Понятие о почве 1 Агрономическое представление 2 Геологическое

Понятие о почве 1. Агрономическое представление 2. Геологическое представление 3 «царства» природных образований Минеральное Растительное Животное

Функции почвы · Без почв невозможна жизнь на земле (продуцентам негде расти); · Почва — центр образования биомассы и видообразования живых организмов; · С появлением почвы и на ней живых организмов возникает жизнь в атмосфере; · Осуществляется связь между биогенными и абиогенными компонентами живой и неживой природы, чем достигается целостность биосферы; · Почва — регулятор окислительно-восстановительного потенциала; · Без почвы невозможна минерализация органического мёртвого вещества, образующегося в результате отмирания растений и животных; · Почва – жилищное пространство для расселения человека и животных ; · Опорная функция (растения и животные сохраняют вертикальное положение); · Почва – источник пищи для растений и человека через них; · Почва обладает поглощающей способностью. Благодаря этому в ней удерживаются элементы пищи растений; · Информационная функция (сама почва информирует человека о своём происхождении);

Почва обладает буферностью и защитным экраном. Она регулирует силу ветра, температуру, водный режим и другие климатические показатели. Регулирует потоки химических элементов в различных условиях; · Регулятор стока воды. Выпадающие осадки не полностью стекают в связи с особенностями рельефа, а частично впитываются почвой; · Почва — источник вещества для образования минералов (первичных, вторичных, осадочных); · Почва способна накапливать различные полезные ископаемые (руду, торф, уголь); · Почва — регулятор газового состояния атмосферы (приземный слой почвы). Дыхание почвы; · В почву возвращается часть азота и углекислого газа путём усвоения этих веществ почвенными микроорганизмами; · Почва поглощает и отражает солнечную радиацию. Благодаря этому формируется энергетика нижних слоёв атмосферы, что способствует возникновению природных зон; · Почва — источник твёрдого вещества; · Влияет на круговорот воды на земном шаре: а)Трансформирует атмосферные осадки в почвенные грунтовые воды; б) Воды имеют определённый химизм (от различного содержания химических веществ в) Влияет на формирование речного стока; г) Почва — фактор биопродуктивности водоёмов и водотоков; · Средство сельскохозяйственного производства, объект труда и условие существования человека.

Факторы почвообразования «Почва есть продукт совокупной деятельности: » 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) Грунта (материнские, почвообразующие породы) Климата Растительных и животных организмов Возраста местности Рельефа местности Почвенных и грунтовых вод Хозяйственной деятельности человека

Почвоообразующие породы Изменения элементного и минерального состава горных пород кора выветривания Устойчивость пород определяется устойчивостью минералов, их составляющих: Оливин Авгит Роговая обманка Биотит Кальциевый плагиоклаз Кальциево-натриевый плагиоклаз Натриево-кальциевый плагиоклаз Натриевый плагиоклаз Калиевый полевой шпат Мусковит Кварц

Наиболее распространенные минералы в коре выветривания 1) Глинистые минералы – каолинит Al 4[Si 4, O 10](OH)8, монтмориллонит (Ca, Na) (Mg, Al, Fe)2 [(Si, AI)4 O 10] (OH)2*n. H 2 O 2) Гидрослюды - гидромусковит (иллит) (K, H 2 O) Al 2[(Al, Si) Si 3 O 10](OH)2 * n. H 2 O, ректорит (H 2 O, K) Al 2[Alx. Si 4 -x. O 10](OH)2 * 3 H 2 O, глауконит (K, H 2 O)(Fe, Mg, Al)2[(Al, Si), Si 3 O 10](OH)2, гидробиотит (К, Н 2 О)(Mg, Fe 3+)3[Al. Si 3 O 10](OH)2 * n. H 2 O. 3) Группа гидроксидов железа – 4) 5) 6) 7) гидрогетит Fe. O*OH*n(H 2 O), гидрогематит Fe 2 O 3*n(H 2 O) Группа гидроксидов марганца – пиролюзит Mn. O 2 , псиломелан Ba. Mn 2+ O 20 *3 Н 2 О Группа гидроксидов алюминия – гидроаргиллит Al(OH)3, диасприбемит Al. O*OH Группа карбонатов – кальцит Ca. CO 3 Группа сульфатов и хлоридов – гипс Ca. SO 4*2 H 2 O мирабилит Na 2 SO 4*10 H 2 O галит Na. Cl

Континентальные плейстоценовые отложения Являются основными почвообразующими породами – сформировались за счет переотложения поверхностных и выветренных горизонтов горных пород. Особенно важны – ПОКРОВНЫЕ – отложения междуречных пространств: Лессовые отложения Покровные суглинки Глины

обнажения плейстоценовых отложений

Гранулометрический состав почвы Это относительное содержание частиц различного размера в %(масс. ) в высушенной при 105 о. С почве. 1) Грубообломочная часть – несколько мм 2) Мелкообломочная часть – 0, 001 -1 мм (обломки первичных минералов) 3) Высокодисперсная часть - <0, 001 мм (глинистые минералы) В зависимости от содержания высокодисперсных частиц выделяют Глины (>30%) Суглинки (10 -30%) Супеси (3 -10%) Пески (<3 %) Гранулометрический состав определяет : воздухо- и водопроницаемость, водоподъемную способность, гигроскопичность, поглотительную способность.

гранулометрический состав почвы

диаграмма классов почв По химическому составу минеральной компоненты почва состоит из: 1) песка - Si. O 2 2) алеврита - формы Si. O 2 с добавками Al 4(Si. O 4)3, Fe 4(Si. O 4)3 , Fe 2 Si. O 4 (пыль, ил, лёсс и лёссовидные породы) 3) глинистых минералов (кристаллические соединения силикатов и гидроксида алюминия)).

Физические свойства почвы 1) Плотность D, г/см 3 2) Объемная масса V, г/см 3 3) Порозность P = (1 - V/D)*100% • • Пластичность Липкость Усадка набухание определяются глинистыми минералами

Биологические факторы почвообразования 3 группы почвенных биологических процессов: 1) Деятельность высших растений 2) Деятельность почвенных животных 3) Деятельность почвенных микроорганизмов Для оценки динамики органического вещества в системе растения - почва используют показатели: • Биомасса • Мертвое органическое вещество • Годовой прирост • Опад Соотношение ОПАД / БИОМАССА – насколько прочно органическое вещество удерживается растительным сообществом. Соотношение ОПАД / МАССА ПОДСТИЛКИ – интенсивность преобразования отмершего органического вещества.

Показатели биологической продуктивности основных типов растительности Типы растительности Биомасса, ц/га Прирост, ц/га Опад, ц/га Лесная подстилка, ц/га Арктические тундры 50 10 10 35 Кустарничковые тундры 280 25 24 835 Ельники северной тайги 1000 45 35 300 Ельники южной тайги 3300 85 55 350 Дубравы 4000 90 65 150 Степи луговые 250 137 120 Степи сухие 100 42 42 15 Пустыни кустарничковые 43 12 12 - Саванны 666 120 115 13 Тропические леса 5000 325 250 20

Растения как концентраторы зольных элементов и азота N, P, K, Ca, Na, Mg, Cl, S и др. Растительность природных зон Элементы, содерж. >50% Элементы, содерж. >20% Отмирают, попадают в почву, где преобразуются Формы, доступные для усвоения растениями Задерживаются в почве или уходят с фильтрующими водами Распределение азота и зольных элементов, % от суммы Тундровая N Ca, K Таежная Извлекаются растениями из почвы и входят в состав органического вещества - Na, Ca, K Леса широколиственные Ca N, K Степная Si N, Ca, K Пустыни полукустарничковые Ca N, Na+Cl Si Ca, N, Fe+Al, K+Mg Влажные тропические леса

Участие животных в почвообразовании Основная функция – измельчение и преобразование органического вещества по системам трофических цепей. По размерам почвенные животные делят на группы: • Микрофауна • Мезофауна (членистоногие) • Макрофауна (личинки, дождевые черви) • Мегафауна (грызуны, землерои)

обитатели почвы

Климатический фактор Термические пояса планеты, различающихся по сумме температур (>+10 о. C) за вегетационный период – характеризуются также определенными типами растительности. Оценка климата как фактора водного режима – коэффициент увлажнения КУ = сумма осадков, мм/ испаряемость, мм Климатические области Среднегод. кол-во осадков, мм КУ Супераридные 10 -20 0, 1 -0, 2 Аридные 50 -150 0, 3 -0, 5 Умеренно сухие 200 -400 0, 7 Влажные (гумидные) 500 -800 1, 0 Избыточно влажные 1500 -2000 1, 2 -1, 5 Супергумидные 3000 -5000 1, 5 -3, 0

Фактор рельефа Автоморфные почвы – на ровных поверхностях и склонах в условиях свободного стока поверхностных вод, при глубоком залегании грунтовых вод (>6 м) Полугидроморфные почвы – при кратковременном застое поверхностных вод или при залегании грунтовых вод 3 -6 м. Гидроморфные почвы – в условиях длительного поверхностного застоя вод или при залегании грунтовых вод выше 3 м. Закон аналогичных топографических рядов почв Распределение почв во всех зонах носит общий характер: автоморфные почвы переходные почвы полугидроморфные и гидроморфные почвы

Общая схема почвообразовательного процесса Начало - Момент поселения живых организмов на горных породах (эллювии) Превращение минералов горных пород Накопление органических остатков и их трансформация Взаимодействие органических и минеральных веществ и образование органоминеральных соединений Накопление в верхней части элементов питания Передвижение продуктов почвообразования с водой и формирование почвенного профиля Аккумуляция питательных веществ в почве в результате биологического круговорота ПЛОДОРОДИЕ

СТАДИИ В РАЗВИТИИ ПОЧВ 1 – Стадия начального (первичного) почвообразовательного процесса – множество небиологических процессов. 2 – Стадия развития – начало деятельности высших растений, резкое увеличение объема биологического круговорота, микропроцессы объединяются в ЭПП (элементарные почвенные процессы), формирующие свойства почв. Каждому ГТП (генетическому типу почвы) соответствуют свои сочетания ЭПП!!! 3 - Стадия равновесия – стабильность свойств почвы. 4 – Стадия эволюции – при изменении факторов почвообразования или саморазвития экосистемы формируется новая почва.

Конкретные почвообразовательные процессы Все многообразие почв – результат: 1) Дернового (гумусо-аккумулятивного) 2) Подзолистого 3) Болотного (гидроморфного) 4) Ферралитного (латеритного) 5) Солонцового (галогенного) типов почвообразования

Дерновый процесс Интенсивное накопление гумуса и аккумуляция биофильных элементов. Условия развития: • Многолетняя травянистая растительность • Умеренно влажный климат • Непромывной тип водного режима • Рыхлые карбонатные породы Примеры: • Типичный чернозем в лесостепи • Обыкновенный чернозем в степной зоне

Подзолистый процесс Древесные остатки разлагаются микрофлорой в гумусе накапливаются фульвокислоты – разрушение верхней части профиля и вынос в нижние горизонты – формируются: • Лесная подстилка • Подзолистый горизонт (р. Н <5, обеднен элементами питания) • Иллювиальный горизонт (вмывания) Условия развития: • Хвойные леса с бедной травянистой растительностью • Континентальный и умеренно континентальный климат при избыточном увлажнении • Промывной тип водного режима • Безкарбонатные породы Примеры: • Таежные почвы • Почвы смешанных лесов

Болотный процесс – оглеение и торфообразование Оглеение – биохимический восстановительный процесс, характерная особенность Fe 2 O 3 →Fe(OH)3 Формируется глеевый горизонт - зеленоватой или голубоватой окраски, бесструктурный. Условия развития: • Избыточное увлажнение • Промывной тип водного режима • Анаэробные условия Торфообразование – накопление полуразложившихся растительных остатков в результате замедленной гумификации и минерализации. Условия развития: • Избыточное увлажнение атмосферными, застойными пресными или слабопроточными; или иной степени минерализованными грунтовыми водами. • Промывной тип водного режима • Специфическая влаголюбивая растительность верховые почвы - сфагновые мхи, сильноугнетённые сосна, реже ель, багульник, кассандра, голубика, морошка, клюква, шейхцерия, пушица низинные почвы - осоки, гипновые и сфагновые мхи, тростники, кустарники, деревья (ель, берёза, сосна).

Ферралитный процесс почвы формируются на коре выветривания древней суши, подвергшейся ферраллитизации (глубокому выветриванию), в результате которого разрушаются почти все первичные минералы. Интенсивное развитие дернового процесса. Внутрипочвенное ожелезивание породы в результате накопления Fe 2 O 3 и Al 2 O 3 Выщелачивание Si. O 2 в условиях теплого влажного климата Формирование: Красноземов и желтоземов в субтропиках Типичных ферралитных почв влажных тропиков Примеры: почвы переувлажненных экваториальных и тропических лесов и саванн

Солонцовый процесс Процесс накопления в почвенном поглощающем комплексе водорастворимых солей натрия В почвенном профиле четко выделяются два горизонта: - - верхний, мощностью от 1 до 20 -30 см светлый, пылеватый, с малым количеством илистых частиц; нижний, иллювиальный, солонцовый горизонт, бурый, разбивающийся на призмовидные столбы, обогащенный илом и солями; ниже находятся солевые (гипсовый и хлоридно-сульфатный) горизонты. Условия: • минерализованные грунтовые воды • засоленные материнские породы • Непромывной водный режим СОЛОНЧАКИ → СОЛОНЦЫ → СОЛОДИ

Карта-схема почвенного покрова России

Формирование почвенного профиля Почвенный профиль – система генетических горизонтов по вертикали. Классификация горизонтов: 1) По составу: - Органогенные Гумусированные Карбонатные Железистые и др. - 2) По свойствам: - Кислые Нейтральные Щелочные Насыщенные Выщелоченные и др. Сочетание признаков определяет внешний вид почвенного профиля и различия между горизонтами.

Схема формирования генетических горизонтов профиля автоморфных почв Почвы формируются под влиянием атмосферной влаги. Режим может быть промывным и непромывным.

Схема формирования генетических горизонтов профиля гидроморфных почв Горизонты: Сульфатно-натриевый Гипсовый Карбонатный

Внешние морфологические признаки (строение профиля дерново-подзолистой почвы) 1. 2. 3. 4. 5. 6. Строение, мощность профиля и отдельных горизонтов. Окраска Гранулометрический состав Структура Сложение Новообразования и включения. Ао(О) – лесная подстилка; Аd – дернина; А – гумусово-аккумулятивный горизонт; А 1 – гумусово-элювиальный горизонт; А 2(Е) – элювиальный горизонт; В – иллювиальный горизонт, переходный от гумусового к материнской породе; G – глеевый горизонт; C – материнская порода; D – подстилающая порода.

Геохимический барьер -резкое изменение условий миграции и концентрирование определенных химических элементов. Тип барьера Сорбционный Функции барьера Играет ведущую роль в связывании (иммобилизации) элементов из природных вод Кислотно-щелочной Определяет выпадение из растворов Fe, Ni и др. металлов на границе с известняками, обогащенными карбонатными горизонтами, при разбавлении кислых рудничных и болотных вод речными водами Окислительновосстановительный Влияет на степень окисления металлов и их гидролитические равновесия Кислородный Восстановительный сероводородный Реализуется при встрече бедных кислородом грунтовых и болотных вод с обогащенными кислородом поверхностными водами, играет ведущую роль в осаждении Fe и Mn Вызывает осаждение сульфидов Сульфатный и карбонатный Реализуется при взаимодействии сульфатных и карбонатных вод с водами другого типа, обогащенными Ca, Sr, Ba Испарительный Имеет место на участках интенсивного испарения грунтовых вод Механический Возникает в результате изменения скорости течения вод, сопровождается осаждением взвешенных частиц

Органическое вещество почв Это совокупность : - Живой биомассы - Органических остатков растений, микроорганизмов и животных - Продуктов их метаболизма - ГУМУСА ИСТОЧНИКИ: Органические остатки разной природы, содержащие: - Белки - Углеводы - Лигнин - Липиды - Дубильные вещества -Алкалоиды - Смолы - Воски и др. Высокомолекулярные соединения в почве подвергаются различным процессам, главнейшими из которых являются 1. Гумификация – превращение органических остатков в гумус 2. Минерализация

Общая схема гумусообразования 1. Конденсационная (полимеризационная) теория Растительные остатки Целлюлоза и углеводы Белки Фенольные соединения Аминокислоты, пептиды Конденсация Поликонденсация (полимеризация), Образование гумусовых веществ Лигнины и таннины Фенольные соединения

Теория окислительного карбоксилирования Процесс идет в несколько этапов при участии оксидаз микроорганизмов. 1 этап – окислительное карбоксилирование, образование сложной системы азотсодержащих гумусовых веществ 2 этап – фракционирование, менее подвижные – группа гуминовых кислот более подвижные – группа фульвокислот 3 этап – трансформация системы уменьшение молекулярной массы, возрастание ароматизации молекулы 4 этап – минерализация.

3) В органической части почвы различают: Мор (грубый гумус, moor) – почти не разложившиеся остатки растительного происхождения, бурого цвета. Модер (moder) – остатки в стадии глубокого преобразования, черного цвета. Гумус – специфические органические соединения. 1) По отношению к растворителям выделяют: Гуминовые кислоты – слаборастворимы в воде, нерастворимы в 1) 2) минеральных и органических кислотах, хорошо растворяются в щелочах с образованием растворов темно-коричневого или черного цвета. 2) Фульвокислоты – хорошо растворяются в воде, минеральных кислотах и щелочах с образованием растворов желтого и оранжевого цвета. 3) Гумин – нерастворимый остаток, смесь ГК и ФК, прочно связанных с минеральной частью почвы.

Показатели состояния органических веществ основных типов почв Показатели Дерновоподзолист. почвы Черноземы обыкновен. Сероземы Красноземы Распределение по профилю Резко убывающее Постепенно убывающее Равномерно или постепенно убывающее Резко убывающее Содержание гумуса в верхнем минерал. горизонте, % 1 -4 7 -12 1 -2 (низкое и очень (высокое и (очень низкое) очень высокое) 4 -7 (среднее и высокое) Тип гумуса в верхнем горизонте С гк : С фк 0, 4 -1, 0 Фульватный и гуматнофульватный 1, 3 -2, 3 Фульватногуматный и гуматный 0, 5 -1, 0 Гуматнофульватный

Благоприятные условия для образования гумуса: Оптимальный гидротермический режим + оптимальный воздушный режим с периодически повторяющимся иссушением. Влияние растительности: ТРАВЫ – мягкий муллевый гумус, равномерное прохождение профиля на всю глубину, ГК > ФК. ЛЕСНОЙ ОПАД – грубый модер-гумус, мор-гумус, ФК > ГК. Зональное распределение гумуса (по Докучаеву): Таежные подзолистые почвы Дерново-подзолистые, серые лесные почвы Черноземы (~ 10%) Каштановые почвы сухих степей (2 -4%) Почвы пустынь

Значение гумуса в почвообразовании, плодородии и питании растений 1) Участвует в трансформации минералов, образовании элювиальных и иллювиальных горизонтов. 2) Основной источник энергии в почвенных процессах 3) Аккумулятор азота (80 -95%) 4) Источник СО 2 5) Регулятор состава природных вод, почвенных растворов, роста и развития растений 6) Санитарно-защитные функции

Плодородие Это способность почвы обеспечивать рост и воспроизводство растений всеми необходимыми условиями. 1) Естественное 2) Искусственное 3) Экономическое Показатели: • Общая стоимость продукции • Затраты на ее получение • Чистый доход

Факторы и условия плодородия • Гранулометрический состав – определяет соподчиненные свойства – плотность, водный, воздушный, тепловой и пищевой режимы. • Структурность почвы • Биологические показатели – характеризуют активность почвенных ферментов. • Агрохимические показатели – содержание гумуса, подвижных элементов, р. Н, емкость катионного обмена (ЕКО) и др. Воздействие на растения: Закон minimum-optimum-maximum Максимальная продуктивность возможна лишь при оптимальном сочетании факторов, а при смещении хотя бы 1 фактора к минимуму или максимуму продуктивность снижается.

Лимитирующие факторы и основные приемы их ликвидации или минимизации Фактор Прием Избыточная кислотность Известкование Избыточная щелочность Гипсование, кислование, внесение кислых удобрений Избыток солей Промывка на фоне дренажа сбросных и почвенно-грунтовых вод Высокая глинистость Пескование, структуривание, глубкое рыхление Высокая плотность Структуривание, рыхление, травосеяние Недостаток тепла Мульчирование поверхности, снегонакопление, лесополосы, пленочные укрытия Недостаток воды Орошение, агротехнические приемы накопления воды, защита от испарения Недостаток минерального питания Внесение минеральных и органических удобрений Избыток воды Осушительный дренаж Недостаток аэрации Дренаж, структуривание, щелевание Пестрота микрорельефа Планировка поверхности Большой угол поверхности Террасирование, полосно-контурная обработка Резко дифференцированный на горизонты профиль Постепенное углубление, глубокая обработка

Факторы деградации почв 1) Эрозия – разрушение почв и рыхлых почвообразующих пород поверхностными водами и ветром 2) Дегумификация 3) Переуплотнение 4) Вторичная кислотность 5) Загрязнение тяжелыми металлами, радионуклидами, пестицидами, остатками минеральных удобрений

Экономическая оценка почв Агропроизводственная группировка почв - объединение видов и разновидностей почв по общности агротехнических показателей, уровню плодородия, характеру использования. I Требующие спец. агротехники Не требующие спец. агротехники II По гранулометрическому составу Тяжелые Легкие III По зональным и видовым различиям Бонитировка почв – интегральный показатель плодородия почвы, сравнительная оценка качество почв по их производительной способности, при которой плодородие выражается в баллах. Бонитет почвы – показатель ее продуктивности. Б = (Урожайность худшей почвы / Урожайность оптимальной почвы) * 100

В РФ – 100 баллов - эталонный чернозем Краснодарского края 35 -40 баллов - выщелоченные и типичные среднемощные неэродированные черноземы (южно-лесостепная и предуральская степная зоны); 18 -20 баллов - дерново-подзолистые и светло-серых лесные почв (в северной и северо-восточной лесостепной зоне). Бонитет почв снижается при водной эрозии, засолении и др. отклонениях от оптимального состояния, что учитывается поправочными коэффициентами. почва № 1160 Чернозем южный (код 43) карбонатный (код 11) среднемощный (код 33) малогумусный (код 34) среднедефлированный (код 05) легкосуглинистый (код 06) общий код данной разновидности: 43113334050006. мощность гумусового горизонта составляет 42 см (87 баллов) содержание гумуса в пахотном слое 4, 1% (71 балл) содержание физической глины 25% (50 баллов). Совокупный (среднегеометрический) балл равен 68. «Технические указания по государственной кадастровой оценке сельскохозяйственных угодий»

Шкала бонитировки почв № почвы Код почвенной разновидности 0627 38002530000006 1024 1504 Наименование почвенной разновидности Балл по свойствам Балл бонитета Балл энергоемкости Мощность орган. Горизонта Содержание гумуса Грансостав Совокупный Серая лесная среднемощная легкосуглинистая 69 67 71 69 61 90 42003335000008 Чернозем обыкновенный среднемощный среднегумусный тяжелый суглинистый 97 100 99 99 108 46243838000006 Лугово-черноземная солончаковатая среднемощная слабогумусированная легкосуглинистая 97 60 50 66 50 114

Пример классификации почв 1) Аркто-тундровые (арктические) 2) Тундровые (кустарниковые тундры) 3) Подзолистые (хвойные леса) 4) Серые лесные (широколиственные леса) 5) Черноземные (луговые степи) 6) Каштановые и бурые (сухие степи) 7) Сероземные (пустыни) 8) Саванны 9) Красно-желтые ферралитовые (влажные тропические леса) В генетический тип объединяются почвы с: • Единым строением профиля • С качественно однотипным процессом почвообразования в условиях одинакового теплового и водного режимов • На материнских породах сходного состава • Под однотипной растительностью Генетический тип (gruppe du sol, great soil group, bodentip) – подтипы (по степени выраженности процесса почвообразования) – ряды (по степени увлажнения) – виды (по степени развития основных свойств) – разновидности

почвенно-геграфическое районирование Территория г. Москвы – Среднерусская провинция дерновоподзолистых среднегумусированных почв подзоны дерново-подзолистых почв южной тайги бореального пояса.

Классификация почв FAO/Unesco