Лекция2. Закономерности почвообразования

Почвы очень важный природный ресурс. 500 000 000 человек голодает, 1,5 млрд. недоедает, 10000 ежегодно умирает от голода. Искусственная пища – 3-4%, океан 10-12%, 85% даёт сельское хозяйство (почва). Норма — 0,5 га на человека.

Причины сокращения площадей пахотных угодий

· Эрозии;

· Засоление почв (в жарких странах солёные почвы);

· Затопление (превращение территорий в болото);

· Карьеры;

· Опустынивание;

· Радиоактивное загрязнение;

· Химическое загрязнение.

До 35% может превратиться в пустыню. Необходимо 90 млрд $ для приведения почв в божеский вид. Всего пахотных угодий 1,5млрд га. 11% — засушливые регионы, 50% увлажнённые регионы, огромные территории не вспахиваются вообще. Необходима охрана почв от негативных явлений, рациональное использование почв.

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.

Почвоведение — наука о свойствах, динамике, происхождении почв, как естественноисторических образований, как объекта труда и средства сельскохозяйственного производства. Почвоведение в качестве самостоятельной области естествознания оформилось 100 лет назад (основоположник Докучаев). До этого почвоведение рассматривалось как часть агрономии или геологии. Толчком к развитию П. послужила практическая деятельность людей. Самый верхний слой земли, на котором человек жил, получал урожай, стал объектом труда и средством производства. Это произошло много тысяч лет назад. Накопление знаний началось в III веке до н.э. в древнем Китае и Египте. В древней Греции имели детальную классификацию земли. Юлий Цезарь ввёл обязательное известкование немецких земель для повышения плодородия. Позже церковь запретила изучать почву, но в 16-19 веке возникла агрономия — наука о приёмах обработки почв и выращивании культурных растений (начала развиваться в Германии как наука). Возглавил это в 19 веке Теер. Он выдвинул теорию органического питания растений, к нему присоединилось много крупных немецких химиков. Все они изучали органическое вещество гумуса (16-18% гумуса — почва хорошая). Почвенный гумус очень сложное по структуре органическое вещество, включает в себя несколько групп органических веществ. Но не только от гумуса зависит плодородие почв. Азот, фосфор, калий также очень важное звено. После выяснения этого начала развиваться минеральная теория. В этот период расширяются экспериментальные работы. Вся морфология почв является информационной. Это одна из функций почвы. Она показывает генезис почвы. Каждая почва прошла через этап развития в определённых условиях. Развитие почвоведения делится на додокучаевский и докучаевский периоды. Докучаев сумел объединить две теории в одну (гумусовую и минеральную). Также он установил 5 факторов почвообразования: рельеф, климат, растительность, геология, деятельность человека (он рассматривал почву как часть географической среды). Почвоведение — зеркало физической географии. Все факторы действуют взаимно. На основании этих факторов были предложены зоны земного шара: северная зона, тундра, лесотундра, тайга, лесостепь, степь, лапиритная зона (тропики, субтропики). Докучаевым было предложено изучение почв по их генезису. Основным показателем являлась морфология почв. Методы Докучаева сейчас повсеместны.

Почвоведение связано с физикой, химией, географией, биологией, математикой, геологией и др. Почвоведение опирается на разработанные ими фундаментальные законы и методы исследования. Сейчас выделяют: физику, химию, биологию почв, микробиологию, минералогию, микроморфологию, географию, картографию почв. От этого отталкиваются: мелиоративное почвоведение, лесное, санитарное, военное почвоведение; грунтоведение (очень важный параметр при строительстве).

Почва — верхний слой суши земного шара, видоизменённый и продолжающий изменятся под действием биологических и географических факторов.

Особенности почвы:

1- Почва — живое тело, напоминающее по своему сложению губку.

2- Почва населена живыми организмами, чего нет в геологической породе.

3- Почва очень неоднородна по составу.

4- Почва однотипна в пределах одинаковых форм рельефа.

5- Почва всегда связана с факторами почвообразования и с географической средой.

6- Почва характеризуется специфическими свойствами (физ/хим).

7- Почва изменяется во времени.

8- Почва обладает плодородием.

Почва образуется из горной породы в результате выветривания и почвообразования. Все горные породы, прежде чем стать почвой, подвергаются выветриванию, при этом горная порода превращается в мелко раздробленную массу, обладающую способностью впитывать и удерживать питательные вещества, воду, воздух. Таким образом, горная порода становилась благоприятной средой для поселения микроорганизмов, низших растений. Простые разрушительные процессы+выветривание+биохимическое разрушение=почвообразование. Появление растений резко меняет направление процесса миграции различных продуктов. Микроорганизмы захватывали нужные им соли, тем самым фиксируя их и не давая вымыться им из «почвы». В конце жизненного цикла растения отмирают и минерализуются, служа пищей микроорганизмам (малый круговорот), а те переводят его органику в минералы, которыми могут питаться следующие поколения растений. Каждое новое поколение какой-либо формы жизни приводит к накоплению элементов почвенного плодородия.

Выветривание — механическое разрушение и химическое изменение горных пород и минералов, протекает в верхних горизонтах горных пород (в коре выветривания).

Механическое выветривание — механическое разрушение пород без изменения химического состава.

Химическое выветривание — химическое изменение пород и минералов. Химическое выветривание более полезно, потому что образуются вторичные минералы, а также химические соединения, которые придают породе следующие свойства: связность, влагоёмкость, поглотительную способность. Всё это создаёт благоприятные условия для жизни микроорганизмов.

Биологическое выветривание — перераспределение химических элементов по типу биогенной аккумуляции. В результате физико-химического взаимодействия элементы питания переходят в раствор и становятся доступными для растений. Схема большого геологического круговорота: осадки—растворение—вынос в море—выход на поверхность осадочных отложений. Отсутствие биологического выветривания не допускает существования живых организмов. Химическое и физическое выветривание готовит почву для биологического выветривания. С момента действия биологического выветривания начинается малый биологический круговорот веществ: поступление из горной породы и атмосферы питательных элементов в живые организмы, малый биокруговорот синтезирует органику, возвращение химических элементов в почву с ежегодным опадом органического вещества. Биокруговорот связан с минерализацией мёртвого органического вещества в почве, в результате происходит накопление гумуса и минеральных макро- и микроэлементов, которые служат для формирования живых организмов. Биокруговорот веществ связан с развитием специфического почвообразовательного процесса, который носит название дернового процесса. Растительность, как лесная так и травянистая, ежегодно частично или полностью отмирает к концу вегетации. Мёртвая органика частично или полностью минерализуется, высвобождая гумус и минеральные элементы. Они служат питанием для других растений, которые, закончив свой цикл, тоже станут кормом. За счёт дёрнового процесса существует жизнь на Земле.

Почвообразовательный процесс — совокупность явлений превращения и передвижения вещества и энергии, протекающих в почвенной толще под воздействием живых организмов. Наиболее важные слагаемые:

· Создание органического вещества и его разрушение;

· Аккумуляция органического и неорганического вещества в верхних горизонтах почвы и их вынос;

· Синтез и распад минералов;

· Поступление воды в почву и возврат её в атмосферу;

· Поглощение почвой лучистой энергии солнца и её излучение.

Три стадии почвообразования: Первичный процесс почвообразования совпадает с началом функционирования первых биогеоценозов на различных породах. На этой стадии круговорот характеризуется небольшим объёмом, вызванным низкой продуктивностью биогеоценозов. Помимо синтеза органики на начальных стадиях почвообразовательного процесса протекают процессы и небиологической природы (растворение, испарение) в результате осуществляется перенос различных веществ. Такие процессы называют микропроцессами. Постепенно они начинают преобразовываться и согласовываться во времени и пространстве. В результате начинают формироваться верхние горизонты почв, что является началом второй стадии (мезопроцесс). К ним относят оподзоливание, торфообразование, аструктурирование. В результате этих процессов в почве появляются новые соединения, которых не было в материнской породе (горной). Далее идёт макропроцесс. Он ведёт к формированию почвенных типов, а не отдельных горизонтов. Типы почв: краснозём, чернозём, подзолистая, солончак, дёрн, болото. Макропроцесс протекает при непременном участии зелени. На основе этих процессов происходит эволюция почв. Эволюция почв — изменения почвы от начала до наших дней. В естественных условиях идёт очень медленно, но под воздействием антропогенного фактора быстрее.

Факторы, при которых формируется почва — факторы почвообразования.

1- Материнская порода является минеральным субстратом для почвы, от которого зависит механический, минералогический и химический состав почвы, её физические свойства, которые в процессе формирования почвы претерпевают существенные изменения. Почвообразующие породы представляют собой смесь продуктов химического и физического выветривания, т.е. смесь первичных и вторичных минералов. Первичные минералы образуются вследствие выветривания магматических и метаморфических пород, вторичные - из первичных. Из первичных минералов наиболее распространенными являются минералы, включающие кислородные соединения кремния (кварц, полевые шпаты, пироксены и слюды).
Первичные минералы различаются между собой химическим составом и строением кристаллической решетки, что и предопределяет их неодинаковую устойчивость против выветривания. Первичные минералы обладают различной устойчивостью против разрушения, поэтому в составе рыхлых пород они могут встречаться в различных соотношениях. По химическому составу почвы делят на карбонатные и безкарбонатные, известково-меловые и засоленные. Они по-разному влияют на ход окислительно-восстановительных процессов, также имеют разный pH: кислые, нейтральные, щелочные. По механическому составу делятся на пески, супещаные, суглинистые, глинистые, лесовидные. Могут быть меловые и торфяные.

2- Климат. Участие климата проявляется в воздействии на почву и заселяющих её организмов, выпадением осадков, газов атмосферы (воздействие), солнечной радиации. Климат оказывает прямое воздействие на увлажнение почвы, её температурный режим. Он может оказать косвенное влияние на скорость процессов почвообразования. От климата зависит разнообразие растений и живности. Различные климаты характеризуются различными почвами.

3- Биология. Этот фактор включает воздействие микроорганизмов, растений, животных. Особенно велика роль растений, от них зависит скорость почвообразовательных процессов и формирование типов почв. При прочих равных условиях но разной растительности почвы будут разные: хвоя подзолистая, смешаный-дёрново-подз, луг-дёрн.

4- Рельеф. Влияет на распределение влаги, вещества и энергии в почве, на разные элементы рельефа поступает неодинаковое количество тепла, минеральных веществ, воды. Всё это влияет на особенности формирующихся почв. Влияние рельефа связано с количеством поступающего на поверхность почвы света, тепла и влаги. При неровном рельефе разные участки поверхности земли получают на единицу площади неодинаковое количество влаги, тепла, света. На степень освещения и нагрева почв влияет угол уклона рельефа, экспозиция уклона, крутизна (на южном склоне местности больше тепла, чем на северном). Рельеф перераспределяет полученную из атмосферы воду. Больше всего воды поступает в низинную часть рельефа. Все поднятия на земле – положительные элементы рельефа, на них меньше всего влаги. Это связано со стоком вод к подножью. Рельеф влияет на почвообразовательные породы. Как правило сверху находится грубая механическая порода (валуны, камень, гравий), снизу более мелкий и тонкий механический состав (суглинки, лёсы). Положительные элементы рельефа не участвуют в процессах почвообразования путём грунтовых вод, а отрицательные участвуют. Кроме + и – следует отметить: макро-, мезо- и микрорельефы (высоты территорий по отношению к уровню моря). Макро – десятки метров, мезо – метр и ниже, микро – сантиметры. Если поверхность изрезана рельефом, то почва пёстрая (Беларусь).

5- Возраст — время, прошедшее с момента зарождения почвообразовательного процесса до наших дней. Поверхность суши юга освободилась ото льдов раньше, чем севера (возраст южных больше). Есть молодые (скалистые породы, тундра), средние и старые почвы.

6- Деятельность человека: обработка почв, возделывание, осушение, обводнение, удобрение, облесение. Вся деятельность человека связана с социальным развитием общества. Важный фактор, влияющий на почвообразовательные процессы.

7- Вода. Почва без воды существовать не может. От увлажнения зависит скорость микробиологических процессов, интенсивность накопления гумуса, сочетание факторов почвообразования. Каждая почва формируется в особых водных условиях. И из-за этого можно различать их по составу и плодородию. В связи с этим выделяют: автоморфные, полугидроморфные, гидроморфные почвы.