35. Почва как компонент природных экосистем. Генезис, состав, строение и свойства.

Почва (Докучаев) - это самостоятельное природное тело, которое образовалось в результате изменения верхней части земной коры при длительном и совместном действии растений и животных. Почва — это открытая динамическая система, которая находится в непрерывном взаимодействии с другими составляющими биосферы. Почва, по выражению ак. Вернадского, явл. биокостным телом природы. Это особое положение почвы определяется тем, что в ее составе присут­ствуют как минеральные, так и органические вещ-ва, также неотъемлемую часть почвы, а точнее ее живую фазу, состав­ляют живые организмы.

В настоящее время состав почв включает горизонты:

О - опад, подстилка;

А - горизонт гумусовости;

В - переходный;

и их дереватый горизонт:

I-торфяной;

Е- подзолистый;

G - глеевый;

ниже лежащие горизонты относятся к подпочве:

С - материнская порода;

D- подстилающая поверхность;

R— массивно-кристаллический.

Механический состав почв. В результате выветривания плотная горная порода превращается в рыхлую, состоя­щую из частиц разных размеров. Микроэлементы группируются в пределах определенных размерных интервалов, которые называются гранулометрическими фракциями.

Фракция	Размер фракции, мм
Камни	>3
Гравий	3 – 1
Песок: Крупный Средний Мелкий	1 – 0,5 0,5 – 0,25 0,25 – 0,05
Пыль: Крупная Средняя Мелкая	0,05 – 0,01 0,01 – 0,005 0,005 – 0,001
Ил: Грубый Тонкий	0,001 – 0,0005 0,0005 – 0,0001
Коллоиды	<0,0001
Физическая глина	<0,01
Физический песок	>0,01

Выделяют также мелкозем - это сумма частиц мельче 1 мм, и почвенный скелет - сумма частиц >1 мм. Сумма час­тиц мельче 0,001 мм называется илистой или тонко дисперсной фракцией, а фракция крупной пыли называется лессовид­ной.

Легкими называют почвы, в гранулометрическом составе которых преобладают крупные фракции песка и супеси. Тяжелые характеризуются преобладанием в их составе тонких фракций, особенно ила, тяжелосуглинистых и глинистых. Минералогический состав почв.

1. Первичные минералы почв. Основную долю вещественного состава почв составляет минеральные частицы. Первичные минералы целиком сосредоточены в крупных фракциях почв. По соотношению содержания первичных мине­ралов рыхлые почвенные породы и почвы существенно отличаются от плотных пород. В почвах и рыхлых породах резко уменьшено содержание полевых шпатов, пироксенов, амфиболов, а по сравнению с породами метаморфных и осадочных, уменьшено кол-во слюд и карбонатов. В почвах и рыхлых породах преобладает кварц.

2. Минералогический состав почвообразующих пород. Первичные минералы наследуются почвой почвообразую-щих пород, в связи с чем минералогический состав почвы, как правило, соответствует минеральному составу породы. Наибольшее различие в составе первичных минералов наблюдаются, если почвы различны (рыхлые, плотные элювиаль­ные). Среди рыхлых почвенных пород наиболее широко распространены моренные отложения, лессы, покровные и лессо­видные суглинки, флювиогляциальные пески и супеси. Во всех этих породах доминирующим явл. кварц и полевые шпаты на фоне пониженного содержания тяжелых минералов. Содержание тяжелых минералов в породах не одинаково и умень­шается от морен, затем к покровным и лессовидным суглинкам, флювиогляциальным пескам. Почвы на элювиальных твердых породах характеризуется присутствием значительного кол-ва полевых шпатов, при сниженной доли кварца.

3. Вторичные минералы сосредоточены в тонкодисперсных гранулометрических фракциях и представлены глини­стыми минералами, минералами оксидов Ре и А1, алофагами, а также солями.

Хим. состав почв. В почве обнаружены почти все известные хим. элементы. Однако представляя собой одновре­менно продукт воздействия на литосферу живого вещ-ва почвы, содержание ряда элементов приобретает существенные от­личия. Таких элементов как Si, Р, N в почве больше, чем в литосфере, а Fе, А1, Na, К, Са, Мg с почве меньше, чем в ли­тосере О₂, С, S, Мn, Zn, Во, Мо содержится примерно поровну. Содержание в почве С и N обусловлено влиянием биоген­ных факторов.

Общие физические свойства:

1. плотность твердой фазы - это отношение массы её твердой фазы к массе воды в том же объеме при темпера­туре +4 °С.

2. плотность - масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении (г/см²)

3. пористость - суммарный объем всех пор между чачстицима твердой фазы (%).

Физико-механические свойства:

1. пластичность - способность почвы изменять форму под влиянием какой-либо внешней среды без нарушения сплошности и сохранять приданную форму после устранения этой силы. Она изменяется в зависимости от увлажнения и связана с механическим составом почв.

2. липкость - свойство влажной почвы прилипать к другим телам. Величина липкости определяется силой, тре­бующейся для отрыва метал пластины от влажной почвы. Липкость зависит от насыщенности Na и от мехсостава (у глин она наиболее значительна, у песка наименьшая).

3. набухание - это увеличение объема при увлажнении. Она зависит от кол-ва и кач-ва коллиодов, от состава гли­нистых минералов почвы (монтмориллонит - наиболее, каолинит- наименее).

4. усадка — сокращение объема почвы при высыхании.

5. связность - способность почвы сопротивляться внешним усилиям, стремящаяся разъединить почвенные части­цы. Наибольшая у глинистых, наименьшая у песчаных.

6. структурность — способность распадаться на агрегаты.

Водные свойства:

1. Водоудерживаюшая способность — способность почвы удерживать содержащуюся в ней воду от стекания под влиянием силы тяжести.

2. гигроскопичность - свойство почвы сорбировать парообразную влагу. Зависит от дисперсности, минерализа­ции, гумусированности. Чем тяжелее почва, тем больше коллоидных частиц, тем выше её гигроскопичность.

3. водопроницаемость — способность почвы воспринимать и пропускать через себя воду. Включает впитывание и фильтрацию. Зависит от пористости, механического, химического, минералогического состава, водопрочности агрегатов.

Воздушные свойства:

1. воздухопроницаемость - способность почвы пропускать через себя воздух. Зависит от мехсостава и структуры (больше у почв легкого мехсостава).

Тепловые свойства почвы:

1. отражательная способность — способность почвы отражать лучистую энергию Солнца. Выражается через аль­бедо (отношение отраженного кол-ва лучистой энергии к её общему кол-ву). Темные, неровные хуже отражают, чем свет­лые, плоские.

2. удельная теплоёмкость - кол-во тепла, необходимое для нагревания единицы массы или объёма почвы. Зави­сит от минералогического и механического состава, влажности, кол-ва органического вещества.

3. теплопроводность - способность проводить тепло. Зависит от мехсостава, влажности, содержания воздуха. Наименьшее - сухой торфяник, наибольшее - песок.

Генезис - это развитие любой почвы. Почвообразовательный процесс, или почвообразование, - это сложный природный процесс образования почв из слагающих земную поверхность горных пород, их развития, функционирования и эволюции под воздействием комплекса факторов почвообразования в природных и антропогенных экосистемах Земли.

Почвообразование начинается с момента поселения живых организмов на скальных породах или на продуктах их выветривания и переотложения - водноаккумулятивных (флювиальных), гляциальных, эоловых, гравитационных наносах.

На первых стадиях процесса на скальных породах, магматических или осадочных, первичный почвообразователь­ный процесс по существу совпадает с выветриванием, и формирующаяся на плотной скальной породе почва физически совмещена с корой выветривания.

В процессе выветривания, транспортировки и переотложения горные породы приобретают ряд новых свойств, не характерных для исходных плотных пород и имеющих существенное значение для почвообразования:

1) из плотных, массивных образований становятся рыхлыми, раздельночастичными;

2) приобретают порозность, а вместе с нею воздухоемкость и воздухопроницаемость, влагоемкость и водопрони­цаемость;

3) наряду с первичными породообразующими минералами горные породы коры выветривания содержат вторич­ные минералы, в том числе глинистые минералы предколлоидного и коллоидного размера, являющиеся продуктом транс­формации и неосинтеза и обладающие обменной поглотительной способностью;

4) перераспределяются на земной поверхности по своему гранулометрическому, минералогическому и химиче­скому составу;

5) содержат химические элементы, как биофильные, так и токсичные, в форме доступных живым организмам со­единений;

6) имеют литологическую слоистость, формирующуюся в процессах выветривания, перемещения и переотложения материала.

Т.о, уже в процессе выветривания горные породы приобретают ряд свойств, существенных для формирующихся из них почв. В процессе почвообразования, накладывающегося на выветривание или следующего за ним, эти свойства по­лучают дальнейшее развитие, трансформируясь в почвенные свойства.

Почвообразование по существу сводится к формированию в пределах выветренной либо выветривающейся толщи исходной породы специфического строения (иерархической почвенной структуры), приобретению новообразованной поч­вой особых свойств и функций и постоянному динамическому воспроизводству (поддержанию) этих структур, свойств и функций в общей динамике геосферных процессов на земной поверхности.

Стадийность почвообразования.

1) Стадия начального почвообразования (на скальных горных породах она носит название первичного почво­образования) длительна, поскольку свойства почвенного тела, характерные для развитых почв, еще не сформировались, мала мощность охватываемого почвообразованием субстрата, медленно происходит аккумуляция элементов почвенного плодородия, профиль лишь в слабой степени дифференцируется на генетические горизонты.

2) Стадия развития почвы, которая протекает с нарастающей интенсивностью, охватывая все большую толщу поч-вообразующей породы вплоть до формирования зрелой почвы с характерным для нее профилем и комплексом свойств.

3) Климаксное состояние, длящееся неопределенно долго. В климаксном состоянии поддерживается более или ме­нее постоянное динамическое равновесие почвы со средой, т. е. с существующим комплексом факторов почвообразования. Климаксная стадия сменяется эволюцией почвы в результате саморазвития экосистемы, в которую она входит в качестве одного из компонентов, либо в результате изменения одного или нескольких факторов почвообразования — климата, рас­тительности, характера грунтового увлажнения, под влиянием распашки территории, орошения или осушения и т. д. При этом образуется новая почва с новым профилем и новым комплексом свойств (переход солончака в солонец при расселе­нии; оподзоливание буроземов; заболачивание автоморфных почв и т. д.).

36.ГИС: классификация, функциональные возможности, прикладные аспекты. Геоинформатика - научно-технический комплекс, объединяющий одноименную отрасль научного знания, технологию и прикладную деятельность, которые связаны с разработкой и реализацией ГИС. ГИС - это технология сбора, хранения преобразования, отображения и распространения пространст­венно ком6инировшной информации, имеющая целью обеспечить решение задач оптимизации и управления геосистемами. Также под ГИС понимается изготовление аппаратных средств и про­граммных продуктов, включая создание баз и банков данных, систем управления разного целевого назначения и проблемной ориентации. Задача ГИС заключается в связывании информации с место­положением (где + что = решение). Основные сферы применения ГИС: 1) мониторинг и охрана при­родной среды; 2) поиск и добыча минеральных ресурсов (от разведки до рекультивации); 3) транс­портные, инженерные, коммуникационные сети; 4) городское хозяйство и региональное управление (ведение кадастров, застройка); 5) службы безопасности, правопорядка и спасения (МЧС); 6) военное дело (разведка и анализ местности); 7) бизнес; 8) выборы; 9) сельское и лесное хозяйство (оценка зе­мельного фонда). Таким образом, ГИС - такая система, в состав которой входят компоненты для сбора, передачи, хранения, обработки и выдачи информации о территории. База данных - совокуп­ность данных, организованных по определенным правилам, задающим порядок хранения и манипу­лирования данными, не зависящих от использующих базы данных прикладных программ. Банк данных - упорядоченная совокупность данных или баз данных о некоторой предметной области (карто­графический банк данных в ГИС - набор цифровых карт).

Классификация ГИС. Все ГИС классифицируются по 3 аспектам: 1) по охвату территории; 2) по целям; 3) по тематике. По охвату территории ГИС подразделяются на:

- локальные (крупнее 1:25 000);

- ландшафтные (от 1:25 000 до 1:2 500 000);

- региональные (от 1:2 500 000 до 1:25 000 000);

- глобальные (менее 1:25 000 000).

По ц е л я м ГИС подразделяются на:

- многоцелевые;

- специализированные (информационно-справочные, инвентаризационные, планировоч­ные, управленческие и др.).

По тематике ГИС делятся на:

- общегеографические;

- отраслевые (водные ресурсы, использование земель, сельское хозяйство, лесопользование, туризм и т.д.).

В общем виде структура ГИС представлена следующими блоками:

- диалоговая система пользователя;

- программно-технический комплекс;

- базы данных (информационный блок);

- блок моделей;

- блок оценки и принятия решений.

Построение ГИС выполняется по модульному принципу. Это дает возможность расширять систему за счет добавления новых блоков. Многоцелевые ГИС могут быть использованы для решения раз­личных задач. Выполнение их связано с выполнением особых функций, таких как подготовка и веде­ние банков данных, информационно-справочных, имитационное моделирования, экспертного моде­лирования, автоматизированная картография. ГИС может рассматриваться как информационная ос­нова для изучения природных особенностей региона и как инструмент исследования динамики или прогноза явлений и процессов. ГИС представляет возможности для решения задач физической географии, т.е. изучение морфоструктуры ландшафта, физико-географического районирования и т.д.

Кроме этого ГИС может использоваться как информационно-справочная система, выполняющая поиск и выборку данных по определенному запросу. ГИС осуществляет разработку математических моделей или системы экспертных оценок с помощью анализа динамики экосистем.

Функции ГИС вытекают из 4 типов решаемых ею задач:

- сбор данных,

- обработка данных,

- моделирование и анализ данных,

- использование в процессах принятия решений.

ГИС состоит из 4 компонентов (подсистем): управление, обработка, анализ, использование данных. Основные источники информации для ГИС:

- картографическая информация на основе имеющихся топографических и тематических карт;

- дистанционная аэро- и космическая информация;

- информация полевых обследований;

- литературная, фондовая и архивная информация и др.;

ГИС широко используются при картографическом моделировании. Под картографическим моде­лированием следует понимать создание, анализ и преобразование картографических произведений как моделей объектов и процессов с целью их использования для приобретения новых знаний об этих объектах и процессах. Модели делятся на две большие категории: материальные (вещественные) и идеальные. Материальные модели, в свою очередь, подразделяются на пространственно подобные, физически подобные и математически подобные, а идеальные — на образные, образно-знаковые и знаковые. Картографическое моделирование основывается на трех принципах: 1) математической формализации, обеспечивающей переход от сферической поверхности земного шара к плоскости по­ средством особых картографических проекций; 2) картографической символизации, т.е. на использо­вании систем условных знаков; 3) картографической генерализации, проявляющейся в отборе глав­ного, существенного и его целенаправленном обобщении сообразно назначению, тематике и масшта­бу карты.