Почвоведение Уч пос_Николаева Т.Н. 2005

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательноеучреждениевысшегопрофессиональногообразования Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова (технический университет)

Т.Н. НИКОЛАЕВА

ПОЧВОВЕДЕНИЕ

Учебное пособие

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2005

1

УДК 631.4 (075.80) ББК 40.3

Н632

Изложены основы науки о почве, дана общая схема образования и развития почвы и ее плодородия. Рассмотрены значение почвообразующих пород и состав минеральной части почв, биологический фактор почвообразования, органическая часть и поглотительная способность почв, химический состав и свойства жидкой и газовой фазы, основные свойства и режимы почв, морфология почв.

Учебное пособие соответствует первой части курса «Почвоведение» и предназначено для студентов специальности 120303 «Городской кадастр».

Научный редактор проф. И.П.Иванов

Рецензенты: доц. Н.Г.Корвет (Санкт-Петербургский ун-т), канд. биол. наук Е.Ю.Сукачева (Центральный музей почвоведения им. В.В.Докучаева).

Николаева Т.Н.

Н632. Почвоведение: Учеб. пособие / Т.Н.Николаева. Санкт-Петербургский государственныйгорный институт (технический университет). СПб, 2005. 96 с.

ISBN 5-94211-180-4.

УДК 631.4 (075.80) ББК 40.3

ISBN 5-94211-180-4		Санкт-Петербургский горный
	институт им. Г.В.Плеханова, 2005 г.

2

Введение

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 – плодородия; о путях рационального использования почв в сельском и народном хозяйстве и об изменении почвенного покрова в агрикультурных условиях.

Накопление эмпирических знаний о почве началось с того времени, когда человек перешел от сбора дикорастущих растений к выращиванию их на полях, к возделыванию почвы. Первые попытки обобщения этих знаний относятся к античному периоду. Как научная дисциплина почвоведение зародилось в России в конце XIX столетия благодаря трудам выдающихся русских ученых В.В. Докучаева, П.А. Костычева, Н.А. Сибирцева и др., которые разработали его научные основы и главные методы исследований.

Первое научное определение почвы дал В.В. Докучаев в работе «Разбор главнейших почвенных классификаций» (1886): «Я предложил бы разуметь под почвой исключительно только те дневные или близкие к ним горизонты горных пород (все равно каких), которые более или менее естественно изменены взаимным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов - живых и мертвых, что сказывается известным образом на составе, структуре и цвете таких продуктов выветривания». Ученый установил, что все почвы на земной поверхности образуются при совместном воздействии пяти факторов почвообразования: климата, рельефа, растительного и животного мира, почвообразующих пород и времени. Идеи

3

В.В. Докучаева получили дальнейшее развитие в представлении о почве как об органо-минеральной (биокосной) динамической системе, находящейся в постоянном материальном и энергетическом взаимодействии с внешней средой и частично замкнутой через биологический круговорот.

Основным свойством почвы является плодородие – способность удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством воздуха и тепла для нормальной деятельности и создания урожая. Именно это важнейшее качество почвы, отличающее ее от горной породы, подчеркивал 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 связаны с конкретным сочетанием природных факторов почвообразования и многообразным влиянием человеческого общества, с развитием его производительных сил, экономических и социальных условий.

Благодаря своим особым качествам почва играет огромную роль в жизни органического мира, выполняя важные биосферные функции: обеспечение существования жизни на Земле (почва – следствие жизни и одновременно условие ее существования), регулирование химического состава атмосферы и гидросферы, аккумуляция органического вещества и связанной с ним химической энергии и др.

Вместе с тем, обладая свойством плодородия, почва выступает как основное средство производства в сельском хозяйстве. Используя почву, человек существенно изменяет почвообразование, влияя непосредственно как на свойства почвы, ее режимы и плодородие, так и на природные факторы, от которых зависит почвообразование. Следовательно, почва является не только особым природным телом, но и средством производства, предметом приложения и аккумуляции человеческого труда, а также в известной степени и продуктом этого труда.

Как основное средство производства в сельском хозяйстве почва характеризуется невозобновляемостью, ограниченностью, неперемещаемостью и плодородием. Эти особенности подчеркивают

4

необходимость исключительно бережного отношения к почвенным ресурсам и постоянной заботы о повышении плодородия почв.

Почвоведение является широкой естественно-научной дисциплиной. Среди наук, с которыми соприкасается почвоведение, с одной стороны, необходимо назвать науки фундаментальные (физика, химия, математика), методами которых почвоведение широко пользуется, и, 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 вместе с минералогией и петрографией, гидрогеология и инженерная геология, физическая география, геоботаника, биогеоценология); науки агробиологического цикла (биология, микробиология, биохимия, агрохимия, физиология растений, растениеводство, земледелие, луговодство, лесоводство) и, наконец, науки аграрно-экономического цикла (сельскохозяйственная экономика, землеустройство и др.).

Наиболее важными разделами почвоведения являются следующие:

учение о формировании и развитии (генезисе) почв;

учение о почвенном покрове как целостном пространственном образовании, связанным с внешней средой (география почв);

учение о плодородии почв и почвенного покрова и о принципахегорегулированияагротехническими и мелиоративными методами.

1.ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ

ИФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

1.1.ОБЩАЯ СХЕМА ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА

Превращение горной породы в почву происходит в процессе почвообразования как результат длительного взаимодействия массы материнской горной породы с живыми организмами, продуктами их жизнедеятельности и элементами гидро- и атмосферы. Почвообразовательный процесс относится к категории биофизико-химических процессов, и агентами его являются живые организмы и продукты их жизнедеятельности, вода, кислород воздуха и углекислота.

5

В основе процесса почвообразования лежит малый биологический круговорот веществ, развивающийся на фоне большого геологического круговорота веществ.

Геологический круговорот веществ представляет собой совокупность геологических процессов превращения и перемещения массы горной породы, совершающихся на протяжении геологических эпох. В геологическом круговороте образуется рыхлая кора выветривания, представленная различными по генезису горными породами. В ней создаются условия для поселения растительности и развития почвообразования. Заселение поверхности рыхлой породы растениями идет медленно, причем наблюдается смена одних, относительно простых растительных группировок другими, более сложными. Высшие растения извлекают из материнской породы (в дальнейшем из почвы) элементы питания, синтезируют биомассу и включают элементы питания в состав сложных, нерастворимых в воде органических соединений, а затем возвращают в формирующуюся почву эти соединения в виде наземного опада и корней.

Малый биологический круговорот веществ, согласно В.Р. Вильямсу, есть процесс превращения и перемещения веществ, связанный с появлением и развитием растительного покрова. Основной итог биологического круговорота – биологическая аккумуляция элементов питания в корнеобитаемом слое почвы и их концентрация в нем, что и обусловливает постепенное развитие плодородия. Интенсивность биологического круговорота зависит от физи- ко-географических условий и характера растительности.

В качестве наиболее важных слагаемых почвообразовательного процесса выделим следующие:

1.Превращение минеральной горной породы, из которой образуется почва, а в дальнейшем и самой почвы, которое совершается при участии живых организмов и продуктов их жизнедеятельности и должно рассматриваться как биохимический процесс.

2.Накопление в почве органических остатков и их постепенная трансформация.

3.Взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием сложной системы органоминеральных соединений.

6

4.Накопление (аккумуляция) в верхней части почвы ряда биофильных элементов, прежде всего, элементов питания.

5.Передвижение продуктов почвообразования с током влаги по вертикальной толще формирующейся почвы.

1.2. ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Основоположник учения о факторах почвообразования В.В. Докучаев установил, что почва как особое природное тело формируется в результате тесного взаимодействия следующих факторов: почвообразующих пород, климата, рельефа местности, живых организмов и времени.

Почвообразующая (материнская) горная порода. Так на-

зывается тот верхний слой (мощностью от нескольких сантиметров до нескольких метров) выходящей на поверхность горной породы, который в процессе почвообразования превращается в почву.

Из верхних слоев материнской породы образуется основная часть почвенной массы. Она наследует гранулометрический, агрегатный, минералогический и химический состав материнской породы. От гранулометрического и агрегатного состава зависят свойства почвы (водопроницаемость, воздухопроницаемость, водоудерживающая способность, влагоемкость и др.) и характер водного режима. Минералогический и химический состав породы влияют на химический состав почвы, ход химических процессов в ней, содержание (по крайней мере, первоначальное) в почве питательных веществ: калия, фосфора, серы, кальция и др.

По окончании почвообразовательного процесса материнская порода становится по отношению к почве подстилающим телом (грунтом) и влияет на обмен газами, влагой и растворенными в ней солями и тепловой энергией между нею и почвенной толщей.

Свойства и состав материнских пород определяют состав поселяющейся растительности, ее продуктивность, скорость разложения органических остатков, качество образующегося гумуса, особенности взаимодействия органических веществ с минеральной частью и другие стороны почвообразовательного процесса.

7

Вследствие этого в одних и тех же условиях климата и рельефа на разных породах могут формироваться разные почвы. Так, на карбонатных породах в таежно-лесной зоне образуются почвы с хорошо развитым гумусовым горизонтом, а на кислых – слабогумусированные подзолистые почвы. В южных зонах засоленные породы являются причиной развития засоленных почв и т.п.

Климат. Под атмосферным климатом понимается среднее состояние атмосферы той или иной территории. Его характеризуют средними показателями метеорологических элементов (температура, осадки, влажность воздуха и т.д.), максимальными и минимальными значениями показателей, а также амплитудами колебаний в течение суток, сезонов и целого года.

Для почвенных процессов важнейшее значение имеют климатические показатели, характеризующие температурные условия и увлажнение, так как с ними связаны водно-температурный режим почв и биологические процессы. Главный источник энергии – солнечная радиация, а основной источник увлажнения – атмосферные осадки. Постоянный тепло- и влагообмен между почвой и атмосферой формирует гидротермический режим почвы.

По сумме среднесуточных температур выше 10 ºС за вегетационный период выделяют главные термические группы климата:

холодные (полярные) – менее 600 ºС;

холодно-умеренные (бореальные) – 600-2000 ºС;

тепло-умеренные (суббореальные) – 2000-3800 ºС;

теплые (субтропические) – 3800-8000 ºС;

жаркие (тропические) – более 8000 ºС.

С этим показателем связаны тепловой режим почв, скорость химических и биохимических процессов, биологическая продуктивность при оптимальном увлажнении. Территории с климатом, соответствующим указанным термическим группам, располагаются в виде широтных поясов земного шара. Для широтного пояса характерны не только сумма среднесуточных температур, но и определенные типы растительности и почв, разнообразие которых зависит от увлажнения. Эти пояса называются почвеннобиоклиматическими, или почвенно-биотермическими.

8

Условия увлажнения определяют водный режим, окисли- тельно-восстановительный потенциал почв, степень выветрелости и выщелоченности и оцениваются коэффициентом увлажнения, представляющим собой отношение количества осадков к испаряемости с открытой водной поверхности. По условиям увлажнения осадками (по коэффициенту увлажнения КУ по Высоцкому – Иванову) при равных термических условиях различают шесть главных климатических групп:

очень влажные (экстрагумидные) – КУ > 1,33;

влажные (гумидные) – КУ = 1,33 1;

полувлажные (семигумидные) – КУ = 1 0,55;

полусухие (семиаридные) – КУ = 0,55 0,33;

сухие (аридные) – КУ = 0,33 0,12;

очень сухие (экстрааридные) – КУ < 0,12.

Климат является важным фактором развития биологических

ибиохимических процессов. Определенное сочетание температуры

иувлажнения обусловливает тип растительности, темпы создания и разрушения органического вещества, состав и интенсивность деятельности почвенной микрофлоры и фауны. Климат оказывает огромное влияние на водно-воздушный, температурный и окислитель- но-восстановительный режимы почвы. С климатическими условиями тесно связаны процессы превращения минеральных соединений в почве, эрозионные процессы.

Рельеф местности. Рельеф как главный фактор перераспределения солнечной радиации и осадков в зависимости от экспозиции

икрутизны склона оказывает влияние на водный, тепловой, питательный, окислительно-восстановительный и солевой режимы почв, развитие эрозионных процессов. Кроме того, изменение рельефа способствует эволюции растительности и почв.

Взависимости от положения в рельефе и соответствующего ему перераспределения осадков выделяют следующие группы почв:

автоморфные почвы – на ровных поверхностях в условиях свободного стока поверхностных вод при глубоком залегании грунтовых вод (более 6 м);

полугидроморфные почвы – при кратковременном застое поверхностных вод или при залегании грунтовых вод на глубине 3-6 м (капиллярная кайма может достигать корней растений);

9

гидроморфные почвы – в условиях длительного поверхностного застоя вод или при залегании грунтовых вод на глубине менее 3 м (капиллярная кайма может достигать поверхности почвы).

Живые организмы (биологический фактор). Под биологи-

ческим фактором почвообразования понимается многообразное участие живых организмов и продуктов их жизнедеятельности в почвообразовании. В процессе участвуют три группы организмов: зеленые растения, микроорганизмы и животные, образующие сложные биоценозы, в которых особенно велика роль высших зеленых растений и микроорганизмов.

Зеленые растения: деревья, кустарники, травянистая и мо- хово-лишайная растительность – вовлекают в процесс формирования почв углерод, образуя органические соединения. В результате их разложения микроорганизмами, живущими в почве, появляются новые органические соединения, в частности кислоты и гумусовые вещества, которые, активно воздействуя на частицы минералов, вызывают их распад.

Высшие зеленые растения своими корнями усваивают золь-

ные вещества (Ca, Mg, K, Na, Fe, Al, Si, Mn, P, S, Cl) и азот из почвы,

принимают участие в передвижении влаги в почве.

Наиболее важной функцией растений в генезисе почв является регулярный синтез органического вещества, сопровождающийся мобилизацией минеральных соединений. Это ведет к аккумуляции запасов потенциальной энергии и биофильных элементов в наземных и подземных органах растений, в их остатках и почвах. Наиболее благоприятное влияние на режим органического вещества и баланс гумуса оказывают многолетние травы.

Микроорганизмы почвы (бактерии, грибы, актиномицеты, лишайники и водоросли) весьма разнообразны по составу и биологической деятельности. Общее количество микроорганизмов в почве составляет миллионы и миллиарды на 1 га. Их количество минимально в подзолистых почвах северных широт и максимально в черноземах и сероземах, под травянистой растительностью. Уменьшение их содержания наблюдается с глубиной. Наибольшее скопление микроорганизмов отмечается около живых корешков и на поверхности мертвых растительных остатков в пленке, называемой ризосферой.

10