Понятие о почве как об особом природном образовании

О. В. Баженова, Е. А. Иванищева

 

География почв с основами

Почвоведения

 

Учебное пособие

 

Вологда

2019

УДК 631.4: 91(076.5)

ББК 40.35я73

 

Утверждено экспертным советом

по изданию учебной и учебно-методической литературы

 

 

Рецензенты:

 

канд. биол. наук, доцент кафедры биологии и экологии Вологодского государственного университета Е. В. Кармазина

 

канд. биол. наук, научный сотрудник Института физико-химических и биологических проблем почвоведения  Федерального исследовательского центра «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук» И. Ю. Кудреватых

 

 

Баженова, О. В., Иванищева, Е. А.

Географияпочв с основами почвоведения: учебное пособие / О. В. Баженова, Е. А. Иванищева; М-во науки и высш. образ. РФ, Вологод. гос. ун-т. – Вологда: ВоГУ, 2019. – 80 с.

 

ISBN

 

Учебное пособие предназначено для студентов Института математики, естественных и компьютерных наук, обучающихся по направлению подготовки 05.03.02 «География», направленности «Рекреационная география и туризм». Пособие содержит краткое изложение основных теоретических разделов дисциплины «География почв с основами почвоведения» в виде авторских текстов лекций.

 

УДК 631.4: 91(076.5)

ББК 40.35я73

 

 

© ФГБОУ ВО «Вологодский

государственный университет, 2019

ISBN                                                                      © Баженова, О. В., Иванищева, Е. А., 2019

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	4
1.ОСНОВЫ ПОЧВОВЕДЕНИЯ	5
1.1 Понятие о почве как об особом природном образовании	5
1.2 Выветривание. Почвообразующие породы и минеральная часть почвы	13
1.3 Биологические факторы почвообразования и органическая часть почвы	17
1.4 Тонкодисперсная часть и поглотительная способность почвы	25
1.5 Климатические и гидрологические факторы, воздействующие на почву	32
1.6 Классификация почв. Закономерности распространения почв	39
2. географические закономерности распространения почв	47
2.1 Почвы арктических и субарктических ландшафтов	47
2.2 Почвы таежной зоны	50
2.3 Автоморфные почвы широколиственных лесов	55
2.4 Автоморфные почвы зоны степей	59
2.5 Автоморфные почв полупустынь и пустынь умеренного пояса	63
2.6 Гидроморфные почвы степей и пустынь	65
2.7 Почвы субтропического пояса	68
2.8 Почвы тропического, субэкваториального и экваториального поясов	72
Список источников	78

 

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие «География почв с основами почвоведения» предназначено для студентов Института математики, естественных и компьютерных наук ВоГУ, обучающихся по программе академического бакалавриата 05.03.02 «География», направленности «Рекреационная география и туризм».

Пособие представляет собой краткое изложение лекционного курса дисциплины базовой части учебного плана «География почв с основами почвоведения». Рабочей программой дисциплины предусмотрено, что в результате ее освоения студент должен знать значение почвы для человеческого общества, понятие почвы и ее плодородия, факторы почвообразования, основные почвообразовательные процессы, гранулометрический, химический составы почв, физические и химические свойства почв, классификацию почв, географические закономерности распространения различных типов почв, основные проблемы использования почв, а также уметь описывать зональные типы почв мира, объяснять особенности условий формирования типов почв в различных природных зонах. Содержательная часть пособия соответствует программе, поэтому оно может быть использовано в качестве основного источника информации по дисциплине.

Материал, представленный в учебном пособии, разбит на два раздела. В первом разделе изложены основные теоретические положения современного почвоведения. Подробно рассмотрено строение твердой, жидкой и газообразной частей почвы, дана характеристика факторов почвообразования, почвообразовательных процессов, основных свойств почвы. В заключительной части раздела представлена информация о подходах к классификации почв, о системе таксономических единиц, используемых в отечественной классификации почв, а также рассмотрены основные географические закономерности распределения почв.

Второй раздел учебного пособия посвящен характеристике особенностей формирования и строения зональных типов почв мира. Для систематизации знаний студентов о взаимосвязях факторов, процессов почвообразования и строения почв материал по каждой природной зоне структурирован однотипно. Описание почв природной зоны начинается с рассмотрения специфики факторов почвообразования, под влиянием которых развиваются определенные почвообразовательные процессы. Затем во взаимосвязи с процессами почвообразования рассматривается морфологическое строение почв, а в заключении освещены вопросы использования и охраны почв.

Освоение материала, представленного в пособии, способствует формированию у студентов целостного представления о почве как основном компоненте геосистем, центральном звене, связывающем все элементы природных комплексов.

ОСНОВЫ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

Понятие о почве как об особом природном образовании

План

1. Развитие представлений о почве, ее значение.

2. Факторы почвообразования.

3. Общая схема почвообразования.

4. Почвообразовательные процессы.

5. Плодородие почв.

 

Развитие представлений о почве. Основным объектом изучения почвоведения является почва. Это довольно сложное образование, которому трудно сразу подобрать верное и полное определение, хотя с почвой как таковой люди знакомы с момента перехода от собирательства и охоты к земледелию. Под почвой чаще всего подразумевали верхний слой земли, содержащий основную массу корней растительности.

В процессе геологических исследований было обнаружено, что верхняя часть горных пород, находящихся на поверхности, в большей или меньшей степени изменяется. На месте массивных горных пород образуется толща рыхлого элювия – кора выветривания. Элювий и продукты его переотложения геологи стали также называть почвой.

К середине XIX века сложились агрономическое и геологическое представление о почве, которые существенно различались между собой. Так, мощность почвы, согласно агрономическому представлению, не превышала полуметра, а по геологическому – могла достигать нескольких сотен метров.

Длительное время минеральные, растительные и животные объекты природы изучались в рамках разных наук. Минеральные образования являлись предметом изучения геолого-минералогических дисциплин, горные породы – петрографии, геологии, растительные организмы – ботаники, животные – зоологии. Трудно было определить, в рамках каких дисциплин и какими методами нужно изучать почву, т. к. она включает минеральную часть, растительную и животное население.

Только в конце XIX века сформировалась наука, которая изучает почву как самостоятельное природное тело.

Почвоведение – наука о происхождении, строении, свойствах, географическом распространении и рациональном использовании почв. Объект исследования – педосфера – почвенная оболочка Земли. Разделы почвоведения: морфология, энергетика, химия, минералогия, биология, систематика, экология, бонитировка, мелиорация, география почв.

Значение почвы. Почва является важной частьюбиосферы Земли, выполняет разнообразные функции:регулирует химический состав атмосферы, гидросферы и литосферы, участвует в биогеохимических круговоротах веществ, аккумулирует органическое вещество и энергию, является защитным и буферным биогеоценотическим экраном,жизненным пространством и источником питательных веществ для живых организмов.

Для человека почва – важнейший природный ресурс. Почва – главный источник продуктов питания, основное средство сельскохозяйственного производства, предмет труда и продукт труда. Почва – фундамент для поселений, промышленных объектов, транспортной сети, а также хранилище отходов производства. Кроме того, почва – источник вещества для формирования органогенных полезных ископаемых (торф, уголь, нефть).

Сложность понятия почвы заключается в том, что это природное тело состоит из многих частей и может существовать только в процессе взаимодействия факторов почвообразования.

Факторы почвообразования – внешние по отношению к почве компоненты природной среды, под воздействием и при участии которых формируется почвенный покров земной поверхности. К факторам почвообразования относят: почвообразующие породы, климат, воды (почвенные и грунтовые), рельеф, живые организмы (растения и животные), время и хозяйственную деятельность человека.

Почва образуется под воздействием биологических, климатических и иных факторов почвообразования на горные породы. Горные породы, которые выходят на земную поверхность и в толще которых развивается почва, называют почвообразующими или материнскими породами. Почвообразующая порода является минеральной основой для почвы. Порода как бы по наследству передает почве свой механический, минералогический и химический состав, физические свойства. Свойства почвообразующих пород оказывают влияние на видовой и химический состав и биологическую продуктивность растений, на скорость разложения органических остатков и качество образующегося гумуса. Между почвой и почвообразующей породой происходит обмен тепловой энергией, газами, водяным паром и растворами. Это оказывает существенное влияние на темп и направление почвообразовательного процесса.

Влияние климата в почвообразовании проявляется в воздействии на почву и заселяющие ее организмы выпадающих осадков, газов атмосферы, паров воды и поступающей солнечной энергии. Климат оказывает прямое и косвенное влияние на почвообразовательный процесс. Прямое влияние сказывается в непосредственном воздействии элементов климата (увлажнение почвы влагой атмосферных осадков и ее промачивание; нагревание и охлаждение). Косвенное влияние климата проявляется через его воздействие на растительный и животный мир. Состав растительности и ее биологическая продуктивность, количество органических остатков, попадающих в почву, и темп их разложения, количество вовлекаемых в биологический круговорот химических элементов зависит от климатических условий. Климат обуславливает и гидрологические характеристики почвы (формы воды в почве, глубина залегания почвенно-грунтовых вод). Совокупность климатических и гидрологических факторов определяют водный и температурный режим почв.

Влияние рельефа на почвообразование проявляется, прежде всего, через влияние на климатические и гидрологические факторы. Макроформы рельефа (равнины, плато, горные сооружения) оказывают влияние на движение воздушных масс и формирование климата. В горах возникает вертикальная зональность климата, растительности и почв вследствие понижения температуры воздуха с высотой. Воздушные массы, приближаясь к горам, медленно поднимаются и постепенно охлаждаются, что способствует выпадению осадков. Перевалив через горы, те же воздушные массы, опускаясь, нагреваются и становятся сухими. Значение мезорельефа проявляется прежде всего в перераспределении атмосферных осадков на земной поверхности и регуляции соотношения вод, стекающих по поверхности и просачивающихся в почву. Формы мезорельефа определяют направление просачивания и стока внутрипочвенных вод, оказывают влияние на распределение тепла и развитие почвенно-эрозионных процессов. Особенно большое влияние оказывает мезорельеф на формирование водного режима почв. По положению в рельефе и по определяемому им перераспределению атмосферных осадков различают следующие группы почв, которые называются рядами увлажнения.

Автоморфные почвы (почвы нормального увлажнения) формируются на ровных поверхностях и склонах, в условиях свободного поверхностного стока вод, при глубоком залегании грунтовых вод (глубже 6 м).   Полугидроморфные почвы формируются при кратковременном застое поверхностных вод или при залегании грунтовых вод на глубине 3-6 м (капиллярная кайма может достигать корней растений). Гидроморфные почвы (почвы избыточного увлажнения) формируются в условиях длительного поверхностного застоя вод или при залегании грунтовых вод на глубине менее 3 м (капиллярная кайма может достигать поверхности почвы). Эти подразделения очень важны при мелиорации почв и учитываются в их классификации.

Микрорельеф также участвует в дифференциации почвенного увлажнения. Различие в увлажнении вызывает изменение пищевого и солевого режимов почв по элементам микрорельефа.

Важнейшее значение принадлежит биологическому фактору почвообразования. Большая часть явлений, слагающих почвообразовательный процесс, а также формирование и развитие плодородия почв осуществляются при активном участии живых организмов. В почвообразовании принимают участие высшие зеленые растения, низшие растения (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли), высшие позвоночные животные и мелкие беспозвоночные животные (членистоногие, моллюски, черви, простейшие). Главная роль в почвообразовании из перечисленных групп организмов принадлежит высшим зеленым растениям, которые являются главным источником органического вещества в почве.

С развитием человеческого общества почва вовлекается в сферу хозяйственной деятельности и становится средством производства. При этом она подвергается глубоким изменениям, обусловленным механической обработкой, внесением удобрений, посевом культур, осушением и орошением, использованием лугов и пастбищ, эксплуатацией леса. Хозяйственная деятельность человека в современную эпоху стала одним из ведущих факторов почвообразования [18].

Материнская порода превращается в почву только при длительном проявлении почвообразовательного процесса. Поэтому, время, в течение которого идет этот процесс и формируется та или иная почва, тоже является фактором почвообразования.

Перечисленные факторы в их разнообразном сочетании создают множество вариантов протекания почвообразовательных процессов, и, соответственно, формирующихся типов почв, их комбинаций, обуславливая неоднородность структуры почвенного покрова.

Общая схема почвообразования. Почва образуется из горных пород в результате процессов выветривания и почвообразования. Выветривание подготавливает горные породы к образованию из них почв и является важнейшей частью процесса их формирования. Под выветриванием понимают механическое разрушение и химическое изменение горных пород и их минералов. В выветривании горных пород на первых стадиях преобладает физическое и химическое выветривание, затем подключается биота. Первыми атакуют горную породу водоросли, затем лишайники. Под их воздействием возникает мелкозем, который уже является субстратом для поселения высших растений. За счет отмирания частей растений в почве накапливается органическое вещество. Наряду с процессами создания органического вещества в природе одновременно и непрерывно протекают процессы его разрушения. В почве разрушение органических остатков осуществляется главным образом микроорганизмами. Таким образом, в основе почвообразовательного процесса лежит малый биологический круговорот веществ, который протекает в результате жизнедеятельности высших растений, животных и микроорганизмов.

В ходе развития почвы происходит ее дифференциация на горизонты – субгоризонтальные слои, различающиеся по морфологическим и аналитическим показателям. Свойства горизонтов определяются происхождением (генезисом), поэтому почвенные горизонты называются генетическими. Система взаимосвязанных генетических горизонтов образует почвенный профиль.

В верхней части профиля формируются поверхностные горизонты, обозначаемые индексом А.

А₀ – верхний горизонт, мощностью в несколько см, состоит из слаборазложившейся органики (в лесах называется лесная подстилка, на лугах – дернина, на болотах – моховой очес).

А₁ – дерновый (гумусовый или перегнойно-аккумулятивный) – органо-минеральный горизонт, формируется в результате процесса гумификации (образования гумуса) органики. При многолетней сельскохозяйственной эксплуатации происходит разрушение естественной структуры почвы, обеднение гумусом. В результате на месте гумусового горизонта формируется пахотный горизонт – А_п.

А_т – торфяный – в основном состоит из малоразложившихся органических остатков, формируется в условиях избыточного увлажнения.

А₂ – подзолистый (эллювиальный или горизонт вымывания) – минеральный горизонт, формируется в результате процесса оподзоливания, Al-Fe-гумусового процесса или лессиважа.

Ниже по профилю почвы залегают горизонты:

В – срединный горизонт – иллювиальный (горизонт вмывания).

С – материнская или почвообразующая порода.

G – глеевый горизонт – материнская порода, измененная в ходе глеевого процесса, формируется в условиях избыточного увлажнения.

При переходе одного горизонта в другой затеками, могут формироваться переходные горизонты.

А₁А₂ – перегенойно-подзолистый.

А₁В – перегнойно-иллювиальный.

А₂В – подзолисто-иллювиальный.

Формирование того или иного набора горизонтов в почвенном профиле зависит от конкретных факторов почвообразования, обуславливающих развитие разных почвообразовательных процессов.

Почвообразовательные процессы. Почвообразовательный процесс или почвообразование – это процесс образования почв из слагающих земную поверхность горных пород, их развития, функционирования и эволюции под воздействием факторов почвообразования.

Почвообразование складывается из противоположно направленных процессов и явлений, таких как: разрушение первичных и вторичных минералов – неосинтез минералов; биологическая аккумуляция элементов в почве – потребление элементов организмами из почвы; разложение органических соединений – синтез новых органических соединений; растворение веществ – осаждение веществ; увлажнение – высыхание; нагревание – охлаждение; окисление – восстановление; азотфиксация – денитрификация и другие. Перечисленные противоположные процессы, из которых складывается почвообразование, А. А. Роде назвал общими почвообразовательными процессами, поскольку они имеют место во всех почвах, хотя и в разном качественном и количественном проявлении, в разнообразных сочетаниях [21].

Специфические проявления общих процессов в зависимости от специфики факторов и условий почвообразования называют частными почвообразовательными процессами. К ним относят: гумусообразование или торфообразование, засоление или рассоление и т. д.

Все почвообразовательные процессы делят на макропроцессы, охватывающие весь почвенный профиль в целом, и микропроцессы, минеральные и органические преобразования в пределах изолированных участков почвенного профиля.

Частные почвообразовательные макропроцессы академик И. П. Герасимов предложил называть элементарными почвенными процессами – это горизонтообразующие или профилеобразующие процессы. В настоящее время изучен широкий ряд элементарных почвенных процессов (ЭПП) [21], важнейшие из них описаны ниже.

I. Биогенно-аккумулятивные ЭПП – протекают в почве под влиянием жизнедеятельности организмов и сопровождаются образованием в профиле биогенных органо-аккумулятивных поверхностных горизонтов.

1. Подстилкообразование – формирование на поверхности почвы органического (в нижней части органоминерального) слоя лесной подстилки или степного войлока.

2. Торфообразование – процесс преобразования и консервации органических остатков при их незначительной гумификации, ведущий к образованию поверхностных горизонтов торфа различной степени разложения.

3. Гумусообразование – процесс преобразования органических остатков в почвенный гумус и его перемешивания с минеральной частью почвы с формированием гумусовых сгустков (гумонов), обволакивающих пленок, органоминеральных соединений и глинисто-гумусовых комплексов.

4. Дерновый процесс – интенсивное гумусообразование, гумусонакопление и аккумуляция биофильных элементов под воздействием травянистой растительности и особенно корневой массы и образование гумусового (или перегнойного) горизонта.

II. Гидрогенно-аккумулятивные ЭПП – связаны с современным или прошлым влиянием грунтовых вод на почвообразование.

1. Засоление – процесс накопления водоростворимых солей в почвенном профиле при выпотном водном режиме в условиях минерализованных грунтовых вод.

2. Загипсовывание – процесс вторичной аккумуляции гипса в почвенной толще при отложении его из минерализованных грунтовых вод.

III. Метаморфические ЭПП – группа процессов трансформации породообразующих минераловбез элювиально-иллювиального перераспределения компонентов в почвенном профиле.

1. Ожелезнение – процесс высвобождения железа из решеток минералов при выветривании, сопровождающийся побурением или покраснением почвообразующей породы.

2. Оглеение – процесс метаморфического преобразования минеральной почвенной массы в результате постоянного или длительного периодического переувлажнения почвы, приводящего к интенсивному развитию восстановительных процессов (восстановление трехвалентного железа до двухвалентного). Почвы при этом приобретают характерную окраску – голубовато-сизоватую, иногда белесую.

IV. Элювиальные ЭПП – связаны с разрушением или преобразованием почвенного материала в специфическом элювиальном горизонте с выносом из него («вымыванием») продуктов разрушения.

1. Оподзоливание (подзолообразование) – процесс, в основе которого предполагается кислотный гидролиз глинистых силикатов в условиях гумидного климата и промывного водного режима с остаточной аккумуляцией в оподзоленном (подзолистом) горизонте кремнезема и обеднением его илом, алюминием, железом и основаниями. Механизмы этого процесса разными авторами трактуются различно [21]. Традиционно, в отечественном почвоведении развитие процесса оподзоливания связывали с действием гумусовых кислот, особенно фульвокислот (при разложении лесной подстилки образуется большое количество фульвокислот, под их воздействием происходит распад глинистых силикатов, трудноподвижные вещества – железо, алюминий, гумус – переходят в подвижную форму и выносятся вниз по профилю; в элювиальном горизонте остается только кремнезем) [20].

2. Al-Fe-гумусовый процесс – процесс мобилизации железа и алюминия минеральных пленок кислыми гумусовыми веществами и последующего выноса аморфных соединений с образованием элювиального горизонта без глубокого разрушения минеральной части. Согласно концепции ряда почвоведов, преимущественно западных школ, – это истинное оподзоливание [21].

3. Лессивирование (лессиваж) – процесс формирования осветленного горизонта в результате выноса веществ вниз по профилю без их химического разрушения. Суть процесса сводится к инфильтрации веществ вниз по профилю под влиянием осадков. При этом осаждаются сначала более тяжелые и крупные минеральные частицы, затем гумусовые, железо и алюминий. В соответствии с этим горизонты приобретают окраску – белесую, коричневую или бурую, рыжую или красно-коричневую.

VI. Педотурбационные ЭПП – смешанная группа процессов механического перемешивания почвенной массы под влиянием разнообразных факторов и сил, как природных, так и антропогенных.

1. Криотурбация – процесс морозного механического перемещения одних почвенных масс относительно других в пределах какого-либо горизонта или профиля в целом с образованием специфического криотурбационного строения.

2. Биотурбация – перемешивание почвы обитающими в ней животными землероями.

3. Ветровальная педотурбация – процесс перемешивания массы различных почвенных горизонтов при ветровальных лесных вывалах, приводящий к существенной гетерогенности и гетерохронности почвенного профиля.

VII. Деструктивные ЭПП – группа процессов, ведущих к разрушению почвы как природного тела.

1. Эрозия– процесс механического разрушения почвы под действием поверхностного стока атмосферных осадков.

2. Дефляция – процесс механического разрушения почвы под действием ветра (ветровая эрозия почвы).

В соответствии с разными комбинациями факторов почвообразования на планете возникают разные типы почвообразовательных процессов и соответствующие им разные типы почв. Среди основных типов почвообразования можно выделить тундровый, подзолистый, дерновый, черноземный и др.

Плодородие почв. Наиболее важным свойством почвы является ее плодородие – способность удовлетворять произрастающие на ней растения элементами питания, водой и другими факторами жизни.

Различают разные категории плодородия почвы. Естественное (природное) плодородие – то плодородие, которым обладает почва в природном состоянии без вмешательства человека. Искусственное плодородие – плодородие, которым обладает почва в результате воздействия на нее целенаправленной человеческой деятельности (распашка, периодическая механическая обработка, мелиорации, применение удобрений). Искусственное плодородие свойственно пахотным почвам, используемым в сельскохозяйственном производстве, зависит от уровня развития науки и техники. Потенциальное плодородие – суммарное плодородие почвы, определяемое ее свойствами, как приобретенными в процессе почвообразования, так и созданными или измененными человеком. Эффективное плодородие – та часть потенциального плодородия, которая реализуется в виде урожая растений при данных климатических (погодных) и технико-экономических (агротехнологических) условиях.

Понятие экономического плодородия связано с разной оценкой участков почв в зависимости от их расположения, удаленности и удобства использования. Почвы с благоприятными для растений природными свойствами и богатые питательными веществами, но расположенные далеко, экономически могут расцениваться ниже бедных почв, но удобно расположенных [12].

Существует также представление об относительном плодородии, то есть плодородии почвы в отношении какой-то определенной группы или видов растений (плодородная для одних растений почва может быть бесплодной для других).

Плодородие почвы формируется в процессе образования самой почвы и определяется совокупностью ряда свойств почвы. Плодородие почвы зависти от содержания в ней гумуса, от гранулометрического состава, структурности, водно-физических и тепловых свойств почвы, ее биологической активности, поглотительной способности.

Имея представление о факторах почвообразования и важнейших свойствах почвы, можно дать следующее определение. Почва – рыхлый поверхностный слой земной коры, который видоизменен и продолжает видоизменяться под влиянием факторов почвообразования, в результате процессов почвообразования, состоящий из ряда тесно связанных генетических горизонтов и обладающий плодородием. Почва состоит из трех частей: твердой (минеральная и органическая часть), водной (почвенная влага), газообразной (почвенный воздух).

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте понятие «почва». Объясните, в чем заключается значение почвы для биосферы и человека.

2. Перечислите факторы почвообразования.

3. Объясните, что такое «почвообразовательный процесс», приведите примеры.

4. Раскройте суть понятия «плодородие почвы». Поясните, какие выделяют категории плодородия почв.