Вальков - Почвоведение. Издательский центр МарТ
 Скачать 19.72 Mb.
|
|
* Учебный курс» В.Ф. Вальков, К.Ш. Ка з ее в СИ. Колесников для вузов Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений Издательский центр «МарТ» Москва - Ростов-на-Дону 2004 JfQ Ъ»^3> ББК 26 В Отв. редактор доктор биологических наук, профессор В.Ф. Вальков Рецензенты: доктор биологических наук, профессор ОС. Безуглова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Е.В. Полуэктов Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. В 16 Почвоведение Учебник для вузов. — Москва ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2004. — 496 с. (Серия Учебный курс»). Учебник предназначен для студентов высших учебных заведений биологического, географического, педагогического и сельскохозяйственного профиля. Он соответствует государственному образовательному стандарту по почвоведению и состоит из четырех частей Состав и свойства почв, Образование почв, Классификация и география почв, Охрана и рациональное использование почв». Издание адресовано студентам, аспирантами специалистам в области сельского хозяйства, биологии, землеустройства, агро экологии и т. д Х ББК 26 © Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников СИ, 2004 © Оформление Издательский центр «МарТ*, 2004 © Оформление ИКЦ Март, 2004 СОДЕРЖАНИЕ Предисловие........................................................................... Введение ........................................................................................ Понятие о почве. Роль почвы в природе и обществе. Почвоведение в системе наук. Часть СОСТАВ И СВОЙСТВА ПОЧВ. Морфология и структура почв. 21 1.1.1. Морфология почв. Полевое исследование почв. Гранулометрический и скелетный состав почв. 40 1.2.1. Понятия и классификации. 40 1.2.2. Генетическое и экологическое значение гранулометрического состава. 42 1.2.3. Генетическое и экологическое значение скелетности почв. Происхождение и состав минеральной части почв. 51 1.3.1. Первичные минералы почв. Я. Вторичные минералы почв. 55 1.4. Химический состав почв. 58 1.4.1. Содержание химических элементов в почвах. Формы химических элементов в почвах. Изменения химического состава почв в процессах генезиса. 62 1.5. Органическое вещество почв. Неспецифические органические соединения почв. 64 1.5.2. Гумус почв как комплекс специфических органических веществ. 68 1.5.3. Экологическое значение органических веществ почвы. Вода в почве. 82 1.6.1. Формы состояния почвенной влаги. Почвенно-гидрологические константы ...................... 85 1.6.3. Экологическое значение почвенной воды. 88 Почвоведение. Газовая фаза почв. Формы почвенного воздуха. 94 1.7.2. Состав почвенного воздуха. Свойства воздушной фазы. Экологическая значимость почвенного воздуха. Биологическая фаза почв. Фауна почв. 102 1.8.2. Микрофлора. 108 1.8.3. Ферменты в почвах. 114 1.8.4. Биологическая активность почвы. Поглотительная способность почв. 120 1.9.1. Виды поглотительной способности. 121 1.9.2. Почвенные коллоиды и физико-химическая поглотительная способность. 125 1.9.3. Физическое состояние почвенных коллоидов . . . . 128 1.9.4. Экологическое значение поглотительной способности почв. НО. Кислотность и щелочность почв. Природа почвенной кислотности и щелочности. 155 1.10.2. Экологическое значение кислотности и щелочности почв. 159 1.11. Общие физические и физико-механические свойства почв. Общие физические свойства почв. 146 1.11.2. Экологическое значение плотности почв. Физико-механические свойства почв. Почвенный раствор. Методы выделения почвенного раствора. 156 1.12.2. Состав, свойства и экологическая значимость почвенных растворов. 158 1.13. Экологические функции почв. 161 1.13.1. Экосистемные (биогеоценотические) функции почвы. Глобальные (биосферные) функции почвенного покрова. 165 1.13.3. Сельскохозяйственные функции почв Содержание b5bЧасть II ОБРАЗОВАНИЕ ПОЧВ. Факторы почвообразования. 171 2.1.1. Методология системного подхода к изучению почв. 171 2.1.2. Атмосфера и климатические условия как фактор почвообразования. 175 2.1.3. Организмы как фактор почвообразования. 180 2.1.4. Почвообразующие породы как фактор почвообразования. 186 2.1.5. Рельеф как фактор почвообразования. 190 2.1.6. Грунтовые и поверхностные воды как фактор почвообразования. 192 2.1.7. Время почвообразования и возраст почв. Процессы почвообразования. 204 2.2.1. Концепция процессов почвообразования в общей теории генезиса почв. 204 2.2.2. Преобразование и накопление органических веществ в почвах. 207 2.2.3. Преобразование почвенной массы. 208 2.2.4. Преобразование и миграция почвенной массы . . . Часть КЛАССИФИКАЦИЯ, ГЕОГРАФИЯ, СВОЙСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВ. Классификация, таксономия и номенклатура почв . . . 225 3.2. Закономерности географического распространения почв...................................................................................... 254 3.3. Почвы полярного пояса. 241 3.3.1. Почвы полярных пустынь. Почвы тундровой зоны ................................................ 245 3.4. Почвы бореального пояса. 252 3.4.1. Подзолистые почвы. 255 3.4.2. Дерновые почвы. 261 3.4.3. Дерново-подзолистые почвы. 265 3.4.4. Мерзлотно-таежные почвы, подбуры и иллювиально-гумусовые железистые подзолы . . 266 3.4.5. Болотно-подзолистые почвы. .. 269 Почвоведение. Болотные почвы. Использование земельного фонда таежно лесной зоны. Почвы суббореального пояса. Серые лесные почвы. 279 3.5.2. Бурые лесные почвы. 286 3.5.3. Чернозем ы ...................................................................... 295 3.5.4. Б рунизем ы ...................................................................... 517 3.5.5. Каштановые почвы. Бурые полупустынные почвы. Почвы субтропического пояса. Красноземы и желтоземы............................................ 555 3.6.2. Коричневые почвы. Красновато-черные почвы. Серо-коричневые почвы .............................................. 547 3.7. Почвы тропического пояса. Почвы тропических лесов. Почвы саванн. 554 3.7.3. Черные слитые почвы. 557 3.7.4. Особенности растениеводства в тропиках. Засоленные почвы и солоди................................................ 564 3.8.1. Солончаки. Солонцы. Солод и ............................................................................ 584 3.9. Гидроморфные почвы. Почвы надпойменных террас и степных западин............................................................................ 589 3.9.2. Аллювиальные почвы речных пойми дельт. Рисовые почвы. 598 3.9.4. М очары............................................................................ 400 3.9.5. Марши и польдеры....................................................... 405 3.9.6. М ангры............................................................................ 404 3.9.7. Использование земельного фонда гидроморфных почв. Почвы пустынь. Высокогорные почвы ........................................................... 417 3.12. Пески и песчаные почвы .................................................... 424 Содержание. Почвы урболандшафтов и техноземы........................... 426 3.13.1. Почвы урболандшафтов............................................ 426 3.13.2. Техноземы.............................................................. Часть ПЛОДОРОДИЕ, РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ. Плодородие почв. 455 4.1.1. Понятие о плодородии почв. 455 4.1.2. Виды и формы плодородия почв. 457 4.1.3. Экологическая конкретность плодородия почв. Плодородие почв и продуктивность биогеоценозов................................................................. 444 4.1.5. Плодородие почв и продуктивность агроценозов................................................................... 447 4.2. Оценка плодородия почв. 452 4.2.1. Земельный кадастр и земельный фонд Российской Федерации. 452 4.2.2. Агропроизводственные группировки почв. Бонитировка и таксономическая оценка земли . . . 456 4.3. Деградация почв. 462 4.3.1. Классификация деградационных процессов. Водная и ветровая эрозия почв. 464 Промышленная эрозия почв и рекультивация. . . 470 4.3.4. Дегумификация почв. 471 4.3.5. Вторичное засоление, осолонцевание и слитизация почв. 472 4.3.6. Загрязнение почв при неправильном использовании удобрений. 475 4.3.7. Загрязнение почв тяжелыми металлами и другими продуктами техногенеза.......................... 476 4.3.8. Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами . . . 479 4.3.9. Загрязнение почв пестицидами. 481 4.3.10. Радиоактивное загрязнение почв. 484 4.3.11. Биологическое загрязнение почв. Литература. 491 ПРЕДИСЛОВИЕ Учебник предназначен для студентов высших учебных заведений биологического, географического, педагогического и сельскохозяйственного профиля. Учебник соответствует государственному образовательному стандарту по почвоведению и состоит из четырех частей Состав и свойства почв, Образование почв, Классификация и география почв, Охрана и рациональное использование почв». Особое внимание в издании уделено экологическими биологическим свойствам, плодородию, охране и рациональному использованию почв, поскольку эти аспекты природопользования приобретают в настоящее время особую актуальность, чему было уделено много внимания на последнем Всероссийском съезде (Суздаль, 2000) и Международном конгрессе почвоведов (Бангкок, В создании книги принимали участие С.А. Тищенко (подраздел 3.9.4), С.Н. Горбов и С.А. Тищенко (3.13), Т.В. Денисова (4.3.10), С.С. Тащиев (Авторы выражают глубокую признательность рецензентам д.б.н., профессору ОС. Безугловой и д.с.-х.н., профессору Е.В. Полуэкто- ву, а также с благодарностью примут и учтут все замечания и пожелания по форме и содержанию учебника Прежде всего про четыре узнай мирозданья начала воздух, огонь, жизнетворную почву и влагу. Эмпедокл, греческий философ ВВЕДЕНИЕ П о н яти е о п о ч в е П очвоведение — наука о почве, ее строении, составе, свом- ствах и географическом распространении, закономерностях ее происхождения, развития, функционирования и роли в природе и обществе, путях и методах ее мелиорации, охраны и рационального использования в хозяйственной деятельности человека. Наука о почве — почвоведение — возникла в нашей стране. Основоположник этой науки — великий русский ученый Василий Васильевич Докучаев. В 1883 г. увидела свет его книга Русский чернозем. В ней было открыто особое царство природы — почвы. До До кучаева знали о растительном и животном мире, царстве минералов. Талантливый исследователь впервые показал новый мир — мир почв, который вбирает в себя и мертвые минералы, и живые организмы, и продукты их жизнедеятельности. Почвы представляют собой самостоятельную, сложную, особую биокосную оболочку земного шара, покрывающую сушу материков. Поверхностные горизонты горных пород, подвергаясь воздействию многих поколений живых организмов, испытывая длительное влияние атмосферы и гидросферы, преображаются в почвенный покров. Почвенный покров — педосф ера — является продуктом взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы. Основатель почвоведения В.В. Докучаев дал первое научное обоснование почвы. Он определил, что почва есть результат совокупной деятельности и влияния ряда факторов а) материнской породы, б) растительных и животных организмов, в) климата, г) рельефа местности и д) возраста страны. Профессор Павел Андреевич Костычев и академик Василий Робертович Вильямс, уточняя определение почвы, указывали на одно Почвоведение bиз важнейших ее свойств — способность почвы активно взаимодействовать с корневыми системами и обеспечивать их урожай, те. обладать плодородием. На основе идей В. В. Докучаева, ПА. Костычева, В. Р. Вильям са и др. ученых в современном почвоведении принято следующее определение понятия почвы. Почва это обладающая плодородием сложная полифункциональная и поликомпонентная открытая многофазная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени. Полифункциональность почвы заключается в том, что она является одновременно природным телом, средой обитания многих живых организмов, средством сельскохозяйственного производства и т. д. Поликомпонентность почвы определяется огромным разнообразием входящих в ее состав органических и неорганических веществ. Эти вещества представлены различными физическими фазами (многофазность): твердой (минеральные и органические частицы, жидкой (почвенный раствор, газообразной почвенный воздух) и особо выделяемой живой фазой (организмы. Почва является открытой системой, поскольку постоянно обменивается веществом и энергией с окружающей ее средой. Роль ПОЧВЫ В ПРИРОДЕ И ОБЩЕСТВЕ Почвы имеют особый органо-минеральный состав. В процессе почвообразования происходит накопление гумуса и других сложных органических соединений. Почвы обогащаются также биогенными вторичными алюмосиликатными минералами, биофильными элементами и, таким образом, приобретают особое свойство — плодородие. Как следствие плодородия почвенный покров обладает способностью обеспечивать рост и продуктивность растений, те. производить урожай. Это свойство почвы является одним из условий существования человека и возникновения сельского хозяйства со всеми его отраслями. Каждая почва отличается особым строением. В связи стем, что почва возникла и развивается в результате совместного воздействия нагорные породы воды, воздуха, солнечной энергии, живых организмов, строение почвы отражает местные особенности природных условий Введение b11Почвенный покров и растительность представляют собой неразделимое единство — мировую почвенно-экологическую систему, в которой растения и почвы живут совместно. Растительность на суше появилась около полумиллиарда лет назад. Тогда же возник почвообразовательный процесс, который прошел очень сложную историю, тесно связанную с историей всего живого на нашей планете. Почвенный покров суши в настоящее время насчитывает около двухсот типов почвообразования. Наблюдаемые современные подзолы, серые и бурые лесные почвы, черноземы, красноземы и другие почвы имеют различный возрасти возникли вместе с развитием живой природы в разные геологические эпохи. Они появлялись и исчезали на Земле, суша сменялась морем, морское дно становилось сушей, пустыни замещались лесами, ледники выпахивали громадные площади. Однако почвообразовательные процессы следовали за растительными сообществами, исчезая и возникая вновь, сменяя друг друга вместе с изменением всей географической среды. Солнце — главнейший источник энергии в биосфере. Нормальное функционирование биосферы зависит от поступления солнечной энергии и фотосинтеза растений. Этот важнейший процесс, связывающий солнечную энергию в растительном органическом веществе, немыслим без огромной роли почвенного покрова и его плодородия. Запасы фитомассы на нашей планете громадны. Они составляют 99% от всего живого вещества Земли. Большая часть этого вещества сосредоточена в почвенных горизонтах. Например, травы на 60—80% состоят из корней. Как подземная часть растений, таки надземная масса служат источником питания растительноядных животных, а те, в свою очередь, становятся добычей хищников или после отмирания поедаются другими животными и дальше — микроорганизмами В конечном итоге все органическое вещество так или иначе попадает в почву. Именно здесь наблюдается наибольшая концентрация организмов. Почва — незаменимый аккумулятор биологической энергии в биосфере. Преобладающая масса живого вещества суши и потенциальной биологической энергии сосредоточена в почвенном покрове Земли. В итоге биологического преобразования растительных и животных остатков в почвах происходит накопление особых органических веществ — почвенного гумуса. В нем консервируются многие жизненно Почвоведение bнеобходимые элементы, закрепляется энергия солнца, которая когда- то вначале была накоплена зелеными растениями. Однако гумус не вечен. Он медленно и постепенно разлагается микроорганизмами, освобождая закрепленные элементы, необходимые растениям, тем самым обеспечивая их питание. Также постепенно высвобождается закрепленная в нем энергия. В.А. Ковда назвал гумусовые горизонты йочв гумосферой, непрерывной оболочкой суши. Это важнейший общепланетарный результат почвенного биогенного превращения горных пород. В почвах происходят различные явления интенсивного разрушения химических соединений как органической, таки минеральной природы. Результатом всех биологических превращений органических веществ растительных, животных остатков и почвенного гумуса является их минерализация, те. переход в почвенные растворы неорганических соединений — солей, кислот, углекислого газа и т. д. Разрушаются также силикатные и алюмосиликатные минералы почвы, которые достались ей в наследство от материнской породы. Много процессов участвует в этом разрушении. Почвоведение дает им сложную классификацию. Но главнейший результат всех этих явлений — появление простых химических соединений, переход в почвенные растворы химических элементов, которые входили в состав минералов почвы. В биосфере вряд ли можно найти место, где биогеохимические процессы разрушения веществ разной природы происходят столь интенсивно. Это обусловлено тем, что в почве происходит сложный контакт и взаимодействие всех природных сил живое вещество, вода, воздух, температура, взаимодействие различных химических соединений и т. д. Но главное — всепобеждающее действие живых организмов и продуктов их жизнедеятельности во всех явлениях. Ив итоге всех этих процессов в подвижное (миграционное) состояние переходят практически все химические элементы, а в почве присутствуют практически все элементы периодической системы Менделеева. Почва — единство противоречий. Ее функционирование определяется как обязательным закреплением и аккумуляцией сложных химических веществ разной природы, таки обязательным переходом в растворимое подвижное состояние очень многих химических элементов. Сложна и многообразна судьба в почве различных химических элементов и их соединений. Одни из них, которые необходимы для Введение bИжизни, сразу же перехватываются и усваиваются растениями. Они требуются в различных количествах. Много нужно для живых организмов кислорода, азота, фосфора, калия, кальция, кремния, магния и т. д. Это макроэлементы. Но обязательно важно присутствие вне больших количествах и многих других элементов — микроэлементов йод, молибден, кобальт, бор, цинк, медь, фтор и т. д. Соотношение химических элементов в живом веществе ив горных породах различно. В почвах постоянно аккумулируются, закрепляются и переходят в подвижное состояние те химические элементы, которые обеспечивают жизнь. Избирательное накопление элементов в почвах возможно только при участии растений. Их корни ищут эти элементы глубоко в породах, перехватывают каждую частицу вещества, необходимого для жизни. В этом заключается процесс биологической аккумуляции химических элементов жизни. Растения, накапливая в своем веществе элементы-биофилы, затем передают их почвенному гумусу и другим соединениям, тем самым постоянно улучшая среду обитания. Почвы закрепляют нужные для жизни химические элементы и становятся начальным звеном последующего усвоения и миграции этих элементов по цепям питания многих групп организмов. Нов конце концов они снова приходят к почве. Не все химические элементы почвенных растворов усваиваются растениями. Они часто находятся в избыточных количествах и под влиянием нисходящих потоков воды, промывающих почвы ежедневно, вовлекаются в миграционные потоки. То есть почвенный покров — начальное звено миграции многих химических элементов. С почвенными растворами они появляются в родниках. Химический состав воды наших рек в конечном итоге зависит от химического состава почвенных растворов тех территорий, откуда текут реки. Речные артерии — наиболее распространенные пути миграции химических веществ, покинувших почвенный профиль. Они могут заканчиваться или во внутренних замкнутых обширных озерах континентов, таких как Аральское, Каспийское, некоторые озера в Африке, или же, большей частью, в морях и океанах. Соленая вода морей и океанов нашей планеты во многом обязана многомиллионолетнему стоку вод, прошедших через почвенные горизонты. Почвенный покров выполняет в биосфере еще одну важнейшую роль. Он, как и Мировой океан, — очиститель (пурификатор) планеты. В почве завершается разрушение многих органических и органо Почвоведение bминеральных соединений. Почва — приемник разнообразных отходов хозяйства и жизнедеятельности. Благодаря высокой концентрации жизни в почвах и проявляется это свойство утилизировать, разлагать то, что оставляют после себя живые организмы. Способность почвы как пурификатора используется в некоторых городах для очистки канализационных и промышленных вод. Создаются специальные поля орошения, на которые поступают сточные воды и эффективно в почвенной среде проходят биологическую очистку. Почва по отношению к человеческому обществу имеет двойственную природу. Во-первых, это базис, физическая среда, жизненное пространство для сооружения, размещения жилищ, населенных пунктов, промышленных предприятий, дорог, мест отдыха и т. д. Во-вто рых — экономическая основа существования людей, основное средство производства в сельском хозяйстве, выступающее как предмет и орудие труда одновременно. В заключение отметим, что необходимо различать понятия почва к земля, как это характерно для других языков (лат. solum-terra, англ. soil-land и т л ). Земля — понятие более сложное, включающее в себя не только почву, но и определенную часть земной поверхности » определенном географическом пространстве. Это окружающая нас географическая обстановка ландшафты, поселки, города, леса, луга, сады, пашни, водные пространства и т. д. И, конечно, Земля — на- шание одной из планет Солнечной системы, на которой мы живем. Исходя из вышеизложенного можно определить особенности почвы как природного тела, ее биосферные функции и сельскохозяйственное значение. |