Лекция почвовебение. Лекция_почвоведение. Введение цель и задачи курса, краткая история развития почвоведения

• Название: Введение цель и задачи курса, краткая история развития почвоведения
• Анкор: Лекция почвовебение
• Дата: 08.10.2022
• Размер: 0.71 Mb.
• Имя файла: Лекция_почвоведение.doc
• Тип: Лекция; #721494
• страница: 9 из 16

Дополнительная литература

1.Геохимия ландшафтов и география почв. Сб. /Под ред. Н.С.Касимова и М.И.Герасимовой. Смоленск: Ойкумена. 2002. 456 с.

2.Зольников В.Г. Почвы и природные зоны Земли. Л.: Наука. 1970. 238 с.

3.Коровин Е.П. и Шувалов С.А. О биогенной. комплексности почвенного покрова в аридной зоне //Бюлл. МОИП. Отд. биолог. ,т.L111. Вып. 1. 1948. С. 81-96.

4.Корсунов В.М., Красеха Е.Н., Ральдин Б.Б. Методология почвенных эколого-географических исследований и картографии почв. Улан-Удэ: Бурятский центр СО РАН. 2002. 232 с

5.Ливеровский Ю.А. Проблемы генезиса и географии почв М.: Наука. 1987. 248 с. (см.: «Общие закономерности географии почв Западной Сибири» – с. 123-126).

6.Науменко А.А., Зонов Г.В. Усадка почвы и формирование полигональной комплексности почвенного покрова умеренно сухой степи //Изв. АН КазССР. Сер. биологическая. 1980. № 6. С. 51-54.

7.Неуструев С.С. Генезис и география почв. М.: Наука. 1977. 328 с.

8.Соколов И.А., Конюшков Д.Е. О законах генезиса и географии почв // Почвоведение. 2002. №7. С. 777-788.

8.Соколов И.А. Теоретические проблемы генетического почвоведения. Новосибирск: Гуманитарные технологии. 2004. 296 с. (см.: С. 271-282).

9.Степанов И.Н. Формы в мире почв. М.: Наука. 1986. 190 с.

10.Розанов Б.Г. Проблемы генезиса и географии почв // Почвоведение. 1989. № 10. С.27-33.

11. Фридланд В.М. Структура почвенного покрова. М.: Мысль. 1972. 423 с.

12.Фридланд В.М. Структура почвенного покрова мира. М.: Мысль. 1984. 236 с.

ЛЕКЦИЯ 11

ЧЕРНОЗЕМНЫЕ ПОЧВЫ ЛЕСОСТЕПНОЙ И СТЕПНОЙ ЗОН. КАШТАНОВЫЕ ПОЧВЫ СУХИХ И ПУСТЫННЫХ СТЕПЕЙ
Черноземы стали объектом исследования с самого зарождения науки о почве. Еще М.В.Ломоносов (1763) сформулировал положение о происхождении чернозема «от согнития животных и растительных тел со временем». После Ломоносова шло постепенное накопление фактического материала о свойствах и распространении черноземов, был высказан ряд интересных гипотез об их происхождении.

Подлинно научное изучение черноземов началось с В.В.Докучаева, который собрал огромный материал о строении, свойствах, распространении и условиях образования чернозема России. Этот материал им был обобщен в монографии «Русский чернозем» (1883), которая явилась основой для создания генетического почвоведения. Как тип чернозем впервые выделен В.В.Докучаевым в классификации почв 1896 г.

«Чернозём для России дороже всякой нефти, всякого каменного угля, дороже золотых и железных руд: в нём – вековечное, неистощимое русское богатство» (В.В.Докучаев).

Большой вклад в изучение происхождения состава и свойств черноземов внес П.А.Костычев, показавший в своей работе «Почвы черноземной области России» (1896) что в образовании чернозема ведущую роль играют биологические процессы, что основным фактором гумусообразования и структурообразования в черноземе является разложение корней травянистых растений.

Первые фундаментальные исследования водно-физических свойств и водного режима черноземов были проведены А.А.Измаильским и Г.Н.Высоцким в конце XIX и начале ХХ века.

В последующее время широко развернулись работы по глубокому изучению свойств, процессов и способов рационального использования черноземов СССР.

Черноземы распространены в Евразии и Северной Америке. Всего 260 млн. га (≈1,7% суши), в т.ч. 23 млн. га – горные черноземы.

Почти половина приходится на долю СНГ. В Казахстане – 25,8 млн. га, из них на пашню приходится около 15 млн. га.

Экология черноземообразования.

Черноземы развиваются в условиях суббореального (т.е.умеренного) слабоаридного климата с хорошо выраженной сезонной контрастностью.

При большой широтной протяженности черноземной зоны различные фации черноземов существенно различаются между собой по климатическим показателям. Однако по условиям летнего периода – температуре и количеству осадков, а также по наличию зимнего промерзания все черноземы близки между собой.

Черноземы распространены преимущественно на платформенных равнинах, но встречаются также островами среди других почв в межгорных впадинах, котловинах и на слабо эродируемых склонах горных систем.

Почвообразующей породой для черноземов служат, главным образом, четвертичные лёссы и лессовидные породы, карбонатные, пористые. Встречаются черноземы и на третичных глинах. Гранулометрический состав в большинстве случаев суглинистый или глинистый. Небольшая часть черноземов развита и на элювии плотных горных пород – гранитов, базальтов, песчаников, мергелей, однако в этих случаях они весьма специфичны.

Черноземы – это почвы травянистых формаций, приуроченных к степной и лесостепной зонам. Характерный гумусовый профиль обязан воздействию травянистой растительности с ее мощной, быстро отмирающей и легко гумифицирующейся корневой системой.

В СНГ в черноземной зоне по характеру растительности выделяют три подзоны: 1) лесостепь с луговой степью и остепненными лугами, 2) ранотравно-дерновинно-злаковую степь, 3) дерновинно-злаковую степь.

Основные особенности биологического круговорота степных и лугово-степных травяных растительных сообществ заключаются в том, что: 1) ежегодно с отмирающими частями в почву возвращается практически то же количество питательных веществ, которое было использовано на прирост; 2) большая часть этих веществ возвращается не на поверхность почвы, а непосредственно в почву с корнями; 3) среди химичсаких элементов, вовлекаемых в биологический круговорот, первое место принадлежит кремнию, а далее следуют азот, калий и кальций.

Количество растительной массы естественных травяных сообществ на черноземах высоко: в лесостепи Русской равнины 30-40 ц/га – надземной фитомассы и 200 ц/га корней; в степи 8-24 ц/га надземной фитомассы и 150-300 ц/га корней. В среднем опад травяных сообществ черноземной зоны составляет 200 ц/га в год (А.А.Титлянова, Н.И.Базилевич).

Средняя зольность растительной массы степей 3,5-4,5%. Ежегодное вовлечение азота и зольных элементов в круговорот и поступление их в почву достигает 700-900 кг/га.

Роль биологического круговорота в формировании свойств черноземов определяется не столько химическим составом растений степи, сколько его высокой интенсивностью (большим количеством ежегодно обращающихся химических элементов) поступлением основной массы опада внутрь почвы, активным участием в разложении бактерий, актиномицетов, беспозвоночных, для которых благоприятен биохимический состав опада и общая биоклиматическая обстановка.

Богатство опада растительности черноземных степей зольными элементами (зольность опада с учетом надземной части и корней составляет в лугово-степных сообществах 7-8%) и азотом при большой общей массе ежегодного опада определяет максимальное поступление в почву азота и зольных элементов.

Именно важнейшей особенностью биологического круговорота веществ при черноземообразовании является ежегодное поступление в почву с опадом больших количеств азота и зольных элементов.

Работами русских и зарубежных исследователей (И.В.Тюрин, М.М.Кононова, В.В.Пономарева, Маттсон и др.) установлено, что наилучшие условия образования гумуса при разложении опада растений происходит при щелочной реакции, достаточном доступе кислорода, оптимальном увлажнении без интенсивного выщелачивания, в условиях обогащенности растительных остатков белковым азотом и основаниями.

Именно близкая к этим условиям обстановка создается при минерализации органических остатков травяных формаций луговых степей и степей на черноземах.

Наиболее благоприятные условия для процесса гумификации в черноземной зоне создаются в весенний и раннелетний периода. В это время в почве благоприятные температуры и ее достаточный запас влаги от осенне-зимних осадков и весеннего снеготаяния. В период летнего иссушения и прерывистого увлажнения микробиологические процессы заметно ослабевают, что способствует предохранению образующихся гумусовых веществ от их быстрой минерализации.

Богатство опада растительности черноземной зоны кальцием приводит к непрерывному образованию в почвах биогенного кальция и его миграции в форме Ca(HCO3)2. Поэтому процесс гумификации идет в условиях избытка кальциевых солей и насыщения образующихся гумусовых веществ кальцием, что почти полностью исключает образование и вынос свободных водорастворимых органических продуктов.

Таким образом, особенность биологического круговорота под травянистыми сообществами заключается также в том, что гидротермические условия зоны благоприятствуют разложению богатого основаниями и азотом опада по типу гуминовых кислот, закреплению которых в почве способствует непрерывное образование в среде биогенного кальция и формирование карбонатного иллювиального горизонта.

Как особый состав микрофлоры (преимущественно бактериальный), так и условия гумификации (нейтральная среда, богатство растительного опада кальцием, периодическое высушивание) приводят к образованию преимущественно группы гуминовых кислот. Отношение гуминовых кислот к фульвокислотам колеблется от 1,5 до 2,0.

Вместе с накоплением перегноя при черноземообразовании идет закрепление в форме сложных органно-минеральных соединений важнейших элементов питания растений – N, P, S, Ca и др.

Развитие мощных корневых систем лугово-степной и степной растительности и образование гуматов кальция благоприятствуют структурированию профиля почвы.

Рассмотренные общие черты черноземообразования имеют свои особенности проявления в пределах зоны, что связано с изменением состава растительности и климатических условий.

Наиболее благоприятны условия черноземообразования в южной части лесостепной зоны (типичные черноземы), где создается максимальное количество растительной массы и наилучшим образом складывается гидротермический режим почв.

К югу нарастает дефицит влаги, уменьшается количество поступающего в почву опада и ухудшается зольно-азотный его состав, а также уменьшается глубина проникновения корневых систем растений в почву. Все это определяет и менее интенсивный процесс гумусонакопления с продвижением к югу в черноземной зоне.

К северу от типичных черноземов (в подзоне оподзоленных и выщелоченных черноземов, темно-серых почв) более влажные условия климата способствуют большему выносу оснований из опада.

Это, в свою очередь, приводит к образованию более кислых органических продуктов превращения растительных остатков, нейтрализация которых частично идет уже за счет разложения почвенных минералов. В этих условиях возможно проявление некоторого оподзоливания почв.

Существенное влияние на формирование черноземов, их признаки и свойства (мощность гумусового горизонта, процент гумуса, форма выделения карбонатов, глубина промывания, водный и тепловой режим) оказывают фациальные особенности почвообразования.

Черноземы Южно-Европейской фации (Придунайская и Предкавказская провинции) формируются в условиях более мягкого и влажного климата. Они почти не промерзают, быстро оттаивают, получают глубокую влагозарядку. Биологический круговорот в этих условиях протекает более интенсивно, процессы почвообразования охватывают более мощный слой почвы, что приводит к формированию черноземов с большей мощностью гумусовых горизонтов при относительно невысоком содержании гумуса (3-6%).

Длительный вегетационный период и хорошее увлажнение по сравнению с другими провинциями создают здесь благоприятные условия для озимых культур, плодоводства и виноградарства, повышают эффективность применения минеральных удобрений.

К востоку нарастает континентальность климата, уменьшается общее обеспечение теплом, сокращается период вегетации и увеличивается период и глубина промерзания почв.

Черноземы центральных провинций (Украинская, Средне-Русская, Заволжская) развиваются в условиях умеренно-континентальных и относятся к средне- и высокогумусированным (6-12%).

Черноземы Западно-Сибирской и Восточно-Сибирской фаций являются глубоко промерзающими и медленно оттаивающими почвами. В восточных провинциях уменьшается глубина промачивания почв и распространения корневых систем растений, сокращается период активного и наиболее полного разложения органических веществ. Черноземные почвы Западно- и Среднесибирской фаций отличаются меньшей мощностью гумусовых горизонтов, но более высоким содержанием гумуса (5,5-14%). Для них характерна языковатость гумусового профиля, обусловленная сильным растрескиванием почвы в холодный период. Черноземы Восточно-Сибирской фации имеют еще меньшую мощность (35-45 см). Содержание гумуса в них колеблется от 4 до 9% и резко уменьшается с глубиной.

С продвижением на восток в соответствии с отмеченными особенностями климата в черноземах солевые горизонты залегают постепенно на меньших глубинах. Наиболее близко к поверхности их распределение в Казахстанской провинции (1,2-1,5 м). Здесь же наиболее часто наблюдается комплексность почвенного покрова, как следствие малой промытости почв.

Далее к востоку эта закономерность нарушается, поскольку черноземные почвы развиваются уже в подгорных условиях или в горных котловинах часто на легких щебнистых породах (Минусинская, Предалтайская и Забайкальская провинции), с местными особенностями климата, часто проявляющимися в наибольшем выпадении осадков в летне-осеннее время, что приводит к более глубокому вымыванию легкорастворимых солей.

Восточно-Сибирские черноземы отличаются широким распространением мучнистой формы карбонатов и глубокой промытостью профиля муссонными летними дождями.

Классификация и характеристика черноземов.

Черноземная зона делится на три части: северную (сливается с лесостепью), среднюю и южную.

К черноземному типу почвообразования относятся следующие подтипы черноземов: оподзоленные, выщелоченные, типичные, обыкновенные, южные, а также лугово-черноземные почвы.

Черноземные почвы в лесостепной зоне представлены оподзоленными, выщелоченными и типичными черноземами.

Черноземные почвы в степной зоне представлены подтипами обыкновенных и южных черноземов.

Подтипы подразделяются на роды. Так, черноземы обыкновенные подразделяются на карбонатные, солонцеватые, осолоделые, солонцевато-солончаковатые, а южные – на карбонатные, солонцеватые, солонцевато-солончаковатые, осолоделые.

По мощности гумусового горизонта (А+В₁) все черноземы подразделяются на виды: маломощные (>40 см), среднемощные (40-80 см), мощные 80-120 см) и сверхмощные (<120 см); по степени гумусированности – на малогумусные (>6%), среднегумусные (6-9% и высокогумусные (<9%).

В профиле черноземных почв выражены следующие генетические горизонты:

А₀ – степной войлок из остатков травянистой растительности на целине или А_п – распаханный горизонт. Под ним находится гумусовый горизонт А+В₁, причем в горизонте А гумуса больше и он темнее, чем в переходном горизонте В₁. Ниже залегает горизонт гумусовым затеков В₂. У оподзоленных и выщелоченных черноземов под этим горизонтом выделяется промытый горизонт В₃, у черноземов южной части черноземно-степной зоны в горизонте В₂ обнаруживаются карбонаты, бурно вскипающие от соляной кислоты. Под горизонтом гумусовых затеков (В₂) находится карбонатный иллювиальный горизонт (В_к). Карбонаты обусловливают белесоватую окраску.

Гумусовый горизонт А+В₁ черноземов достигает 1 м и более. Это соответствует глубине устойчивого промачивания почвы и массового распространения корней растений. На глубине проникновения основной массы корней залегают карбонаты.

Черноземы имеют типичный солевой профиль с постоянным скоплением карбонатов ниже гумусового горизонта. Глубина залегания карбонатов периодически меняется. Она понижается во влажные периоды и повышается в сухие. Миграция их происходит в виде бикарбонатов Ca(HCO₃)₂. Количество CO₂ в иллювиальном горизонте 5-8% и более.

Черноземы отличаются мощным поглощающим коллоидным комплексом с большой емкостью поглощения (30-40 и более мг·экв на 100 г почвы), который насыщен Са и Mg и почти не содержит H и Na.. В черноземах на глубине 2-3 м, а в южных черноземах на глубине 1,5-2 м часто обнаруживается гипс в виде сульфатного иллювия, выше которого (на глубине около 1 м) выделяются карбонаты.

Реакция черноземов приближается к нейтральной и незначительно меняется по сезонам года (рН 6,5-7,5). Оподзоленные и выщелоченные черноземы имеют слабокислую, а южные – слабощелочную реакцию.

Черноземы имеют благоприятные водно-физические свойства. Плотность твердой фазы их (удельная масса) достигает 2,4 г/см³ в горизонте А и 2,7 г/см³ в горизонте С. Плотность почвы (объемная масса) соответственно колеблется от 1-1,2 до 1,61 г/см3 , а пористость от 55-60% до 45-55%.

Водный баланс черноземов незначительно варьирует от положительного (периодически промывной тип водного режима) – на севере, до отрицательного (непромывной тип) – на юге зоны.

Почвы лугово-черноземного типа

Наиболее широко распространены в Западной Сибири и на Русской равнине. Среди черноземных почв каждой подзоны часто встречаются почвы лугово-черноземного типа. В отличие от черноземов они формируются в особых гидрологических условиях: на близком уровне грунтовых вод (2-5 м и выше) и промывном типе водного режима. Высокоплодородны, за исключением солончаковых и солонцеватых почв.

Морфологический профиль лугово-черноземных почв в основных чертах близок к профилю черноземов. Однако особые гидрологические условия придают профилю рассмотренных почв и ряд специфических признаков: более интенсивная (обычно черная) окраска верхней части гумусового профиля, некоторая растянутость перегнойного слоя и заметная глееватость нижних горизонтов. Профиль лугово-черноземных почв подразделяется на следующие генетические горизонты: А₁ (А_п), В₁, В₂, В_к, С.

Почвы лугово-черноземного типа приурочены к пониженным элементам рельефа: широкие лощины, шлейфы склонов, лиманы и т.п.

Тип лугово-черноземных почв делится на два подтипа – лугово-черноземные почвы и черноземно-луговые почвы.

Черноземно-луговые почвы развиваются в условиях более высокого стояния уровня грунтовых вод (1,5-3 м и выше) и отличаются от лугово-черноземных почв более интенсивным оглеением профиля и, как правило, меньшей мощностью гумусового горизонта.

Черноземы и черноземно-луговые почвы распространены в лесостепи и в подзоне типичных разнотравно-злаковых степей. В сухих степях они сменяются каштановыми почвами.
Использование черноземов

Важнейшая задача сельскохозяйственного производства на черноземных почвах – правильное использование их высокого потенциального плодородия, предохранение гумусового слоя от разрушения. Основные пути в решении этой задачи – рациональные приемы обработки, накопление и правильное расходование влаги, внесение удобрений и улучшение структуры посевных площадей, борьба с эрозией и дефляцией и пр. «…Возвратить чернозёму прежнее плодородие – это значит возвратить ему структуру девственных степей» (В.В.Докучаев).

Каштановые почвы сухих и пустынных степей

В зонах сухих и пустынных (полупустыня) степей выпадает меньше осадков, лето более жаркое, почвы развиваются в условиях более резко выраженного, чем в черноземах, непромывного водного режима. Карбонатный горизонт поэтому лежит ближе к поверхности, часто под ним обнаруживается горизонт скопления гипса.

Соотношение процессов поступления органических остатков, их гумификация и минерализация складывается в каштановых почвах таким образом, что гумуса в них накапливается меньше, чем в типичных среднегумусных черноземах (3,5-4,5%), а мощность гумусового горизонта обычно не превышает 35-40 см. Несколько изменяется по сравнению с черноземом и состав гумусовых веществ – в каштановых почвах уменьшается относительное содержание гуминовых кислот, поэтому почвы сухих степей имеют не черный, а коричневый или каштановый цвет.

Профиль почв имеет следующее морфологическое строение: А – гумусовый горизонт мощностью 15-30 см, буровато-темно-серый или серый с каштановым оттенком, пороховато-зернистой или пороховатой структуры, а в светло-каштановых почвах – бесструктурный; В₁ - переходный гумусовый горизонт мощностью 10-25 см, более яркой коричневой или бурой окраски, крупнокомковатой структуры; В₂ – переходный горизонт, неравномерно окрашен, на буром фоне пятна и потеки гумуса, комковато-призматической структуры; ВС_к (С_к) – иллювиально-карбонатный горизонт мощностью 40-50 см, желтовато-бурый или желтый с выделением карбонатов в виде белоглазки, ореховато-призматической структуры, плотный, с глубиной плотность и количество карбонатов уменьшаются.

С – материнская порода с выделениями гипса с глубины 110-200 см, гипс в виде прожилок, выделения легкорастворимых солей появляются с глубины 150-200 см.

Для них характерно невысокое содержание гумуса (2-5%), преимущественно равномерное его падение с глубиной, нейтральная или слабощелочная реакция верхних горизонтов (рН 7,2-7,5) и слабощелочная - нижних. Емкость поглощения – 13-35 мг · экв на 100 г почвы, в составе поглощенных оснований преобладают кальций и магний, составляющие 85-97% емкости обмена, 3-15% может составлять поглощенный натрий.

Каштановые почвы делятся на три подтипа: темно-каштановые (умеренно-сухая степь), каштановые (сухая степь) и светло-каштановые (пустынная степь). Основным критерием выделения подтипов является степень их гумусированности (соответственно: 3,5-4,5%; 2,5-3,5%; 1,5-2,5%).

Внутри подтипов выделяют роды: обычные, солонцеватые, солонцевато-солончаковатые, остаточно-солонцеватые, солонцевато-осолоделые, карбонатные, карбонатно-солонцеватые и неполноразвитые на плотных породах.

Поглощенный натрий в типичных каштановых почвах содержатся в малых количествах, но в подтипах солонцеватых каштановых почв его содержание превышает 5% от емкости поглощения.

В солонцеватых каштановых почвах (как и в солонцеватых черноземах) наблюдается максимум илистой фракции в нижней части гумусового горизонта, где соответственно увеличиваются емкость поглощения и содержание поглощенного натрия. Этот горизонт выделяется как солонцеватый.

Начиная с В.В.Докучаева и Н.М.Сибирцева происхождение каштановых почв связывалось с засушливостью климата и ксерофильным характером растительности, активной минерализацией остатков и гумуса, ослаблением гумусонакопления по сравнению с черноземами. Аридность обусловливает также слабую выщелоченность профиля от карбонатов, гипса и легкорастворимых солей.

В.А.Ковдой была высказана точка зрения о палеогидроморфном прошлом каштановых почв, формирующихся на пониженных равнинах сухой степи. Эта точка зрения была подтверждена для ряда регионов, в частности, для каштановых почв Прикаспийской низменности (Иванов И.В. и др., 1980). Так, установлено, что на протяжении последних 9 тыс. лет светло-каштановые почвы бессточной равнины Северного Прикаспия прошли в своем развитии этапы и стадии луговости, засоления, рассоления, ослонцевания, остепнения.

В формировании каштановых почв участвуют те же процессы, что и в формировании черноземов. Главнейшие из них – дерновый, а также процесс миграции и аккумуляции карбонатов.

Для каштановых почв характерно развитие комплексности почвенного покрова. Они образуют комплексы с солонцами и лугово-каштановыми почвами. Причиной высокой комплексности почвенного покрова является микрорельеф, который обусловливает различия в водно-солевом режиме почв, а также пестрота в свойствах почвообразующих пород, деятельность землероев, пятнистость растительности на фоне сухого климата и бессточности территории.

Лугово-каштановые почвы встречаются среди каштановых почв по степным блюдцеообразным понижениям, потяжинам, межсопочным долинам, надпойменным террасам и межувальным понижениям. Вместе с солонцами они обусловливают комплексность почвенного покрова.

Лугово-каштановые почвы характеризуются повышенной мощностью гумусовых горизонтов (45-55 см) и более высоким содержанием питательных элементов, чем каштановые.

Особенность строения и свойства каштановых почв варьируют в зависимости от провинциальных условий.