Основы геологии, состав и свойства почв

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

СОДЕРЖАНИЕ

1.Плодородие почвы. Категории почвенного плодородия. Факторы и условия плодородия, его воспроизводство. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3                                                2.Элементарные почвенные процессы (ЭПП) (мезопроцессы). . . . . . . . . . . . .. . . . . .8 
Список использованных источников  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

1.ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ. КАТЕГОРИИ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ. ФАКТОРЫ И УСЛОВИЯ ПЛОДОРОДИЯ, ЕГО ВОСПРОИЗВОДСТВО.

Плодородие почвы - способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности.[1]

Понятие о плодородии почв. Под  плодородием  понимают  способность  почв  удовлетворять потребность растений в воде и питательных веществах. Важными факторами, определяющими плодородие почв, являются также свет и тепло. Условия,  определяющие  плодородие  почвы,  могут  быть  прямые, непосредственно  влияющие  на  рост  и  развитие  растений,  и  косвенные. К прямым условиям относятся запасы доступной воды, аэрация, реакция среды,

форма  и  количество  доступных  элементов  питания  и  их  соотношение.  К косвенным  условиям  могут  быть  отнесены:  количество  микроорганизмов, глубина  залегания  ограничивающих  корнеобитаемый  слой  почвы  плотных горизонтов и обработка почвы. Прямые и косвенные условия взаимосвязаны и оказывают большое влияние на урожай растений.

Каждое  отдельное  условие,  или  фактор  жизни  растений,  может  быть недостаточным(минимальным)  для  роста  растений, оптимальным(когда наблюдается  наибольший  урожай  растений)  и  избыточным,  максимальным (когда наблюдается токсикоз и урожай растений уменьшается). Для любого растения вреден как недостаток, так и избыток какого-либо фактора(например, элемента питания).

Наиболее благоприятные условия для жизни растений и получения  высокого  урожая  создает  оптимальное  влияние  фактора.  Однако факторы, определяющие развитие растений, действуют не изолированно, а в совокупности.       Оптимальное  плодородие  соответствует  оптимальным  со-отношениям факторов. В  различных  почвенно-климатических  зонах  условия, определяющие почвенное плодородие, различны. Ограничивающими условиями в зоне тундры будут низкие температуры и избыточное увлажнение почв. В лесной зоне–избыточное увлажнение и кислотность почв. В лесостепной и степной зонах–недостаток воды и нередко избыточное содержание в почвах натрия хлора. На песчаных  почвах  сказывается  недостаток  влаги  и  элементов  питания,  а  на тяжелосуглинистых – низкая  аэрация  и  большая  плотность  почв.  Таким образом,  плодородие  ограничивается  различными  условиями,  связанными  с факторами почвообразования.

Различают такие категории почвенного плодородия как: естественное, потенциальное, искусственное и эффективное, или действительное, плодородие.

Естественное плодородие - свойство почвы,  образовавшейся  под естественной растительностью при естественном протекании почвообразовательных  процессов. Оно  сравнительно  мало  изменяется  во времени и является величиной стабильной для определенного типа почв. В то же время различные по происхождению почвы характеризуются неодинаковым плодородием, а одна и та же почва имеет разное плодородие для растений, отличающихся  по  биологическим  свойствам.  Например,  на  лугово-глеевых почвах  прекрасно  растут  луговые  травы  и  гибнут  или  очень  плохо  растут ельники и сосняки. На  песчаных  почвах  хорошо  растут  сосняки  и  плохо – ельники и дубравы.          Потенциальное  плодородие определяется  валовым (общим)  запасом элементов питания в почве, находящихся как в доступной, так и недоступной формах. Искусственное  плодородие  создается  при  использовании  обработки почв,  внесении  удобрений,  выращивании  культур  различных  растений, осушении, орошении. Естественное,  потенциальное  и  искусственное  плодородия неразрывно связаны между собой, поскольку снабжение растений влагой и пищей зависит от свойств природной почвы, а также от изменения свойств почвы под влиянием окультуривания.          При  воздействии  на  почвы  необходимо  разрабатывать  такие  методы земледелия  и  агрохимии,  которые  позволяли  бы  поддерживать  на максимальном  уровне  запасы  доступных элементов  питания  и  воды  с одновременной  стабилизацией  реакции  среды,  соответствующей концентрацией  почвенного  раствора  при  наилучшем  соотношении  между воздухом и водой, скоростью аэробных и анаэробных реакций, протекающих в присутствии веществ, стимулирующих рост растений. И, наоборот, необходимо ослабить вредные, процессы: образование  токсических  веществ,  уплотнение почвы при ее обработке, засорение  нежелательными  растениями  и  микроорганизмами и т.д. Различают факторы и условия почвенного плодородия. К первым относятся элементы азотного и зольного питания растений, лучистая энергия, вода, воздух и тепло – необходимые земные факторы жизни и роста растений, ко вторым – совокупность свойств и режимов, сложное взаимодействие которых определяет возможность обеспечения растений земными факторами (физические и физико-химические свойства, наличие токсических веществ и др.).[2]

Главные показатели (условия), определяющие уровень почвенного плодородия, можно объединить в следующие группы:

1) комплекс физических  свойств почвы – механический состав, структура, физико-механические свойства, воздушные, водные и тепловые свойства;

2) комплекс химических  свойств – гумусовый состав, минералогический  и химический состав, количество  подвижных форм макро- и микроэлементов, наличие токсических веществ, отсутствие избытка легкорастворимых солей;

3) комплекс физико-химических  свойств – реакция, емкость поглощения, состав обменных катионов, степень  насыщенности основаниями, окислительно-восстановительный  потенциал;

4) комплекс биологический  свойств – количество микроорганизмов, преобладание бактерий (нитрифицирующих, целлюлозоразрушающих, наличие азотфиксирующих), ферментативная активность, «дыхание» почвы, фитосанитарное состояние;

5) комплекс режимов почвы  – благоприятные водно-воздушный, пищевой и тепловой.

Необходимо подчеркнуть, что плодородие проявляется как результат сложного взаимодействия и взаимовлияния свойств и режимов почвы. Свойства почвы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на уровень ее плодородия. В таблице 1 перечислены основные лимитирующие факторы почв и соответствующие приемы их мелиорации.

Таблица 1

Лимитирующие факторы плодородия и прием их ликвидации.

После освоения целинной почвы ее плодородие изменяется в зависимости от мероприятий по окультуриванию почвы. В ней происходят количественные и качественные изменения, которые могут протекать в благоприятном направлении (накопление элементов питания, улучшение водно-воздушного режима и др.) или в нежелательном (разрушение структуры, эрозия и др.). С урожаями культурных растений выносится много питательных элементов из почвы, и тем больше, чем выше урожай. [3]        В интенсивном земледелии получение урожая связано с потреблением элементов плодородия (органического вещества, питательных элементов, воды) и ухудшением агрофизических свойств почвы, т.е. снижением плодородия. Устранение этого негативного явления требует постоянного воспроизводства плодородия.

Наибольшую значимость в агрономической практике имеют два вида воспроизводства:

1.   Простое;

2.   Расширенное.

Простое воспроизводство - это восстановление почвенного плодородия к исходному состоянию.

Расширенное воспроизводство - это создание почвенного плодородия выше исходного.

Как простое, так и расширенное воспроизводство осуществляется двумя путями:

1.   Вещественным;

2.   Технологическим;

Первый путь предполагает:

- правильный подбор и рациональное размещение с/х культур;

- научно обоснованное чередование с/х культур;

- возделывание многолетних и однолетних бобовых трав и их смесей, зернобобовых культур, сидеральных и промежуточных культур;

-внесение органических, минеральных и бактериальных  удобрений; известкование почв, применение  пестицидов;

Вещественный путь оказывает наиболее сильное и многостороннее воздействие на плодородие почвы.

Второй путь основывается на улучшении агрономических свойств почвы путем применения обработки почвы и отдельных мелиоративных мероприятий. Однако технологический путь не может компенсировать вынесенных с урожаем вещественных показателей плодородия. Он позволяет только форсировать использование находящихся в почве веществ и по своему воздействию он краткосрочен. Более того, интенсивное и длительное его применение приводит к снижению почвенного плодородия, хотя и обеспечивается краткосрочный эффект. Интенсивная обработка приводит к снижению содержания гумуса, переуплотнению и распылению почвы, созданию эрозионных условий. Этот путь применяется из-за отсутствия достаточного количества вещественных факторов повышения плодородия.

Все технологические операции, система удобрений, система севооборотов, обработка почвы и т.д. строятся таким образом, чтобы обеспечить воспроизводство всех факторов плодородия. Однако решающее значение принадлежит воспроизводству наиболее важного интегрального фактора плодородия - органического вещества.[4]

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПОЧВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ (ЭПП) (МЕЗОПРОЦЕССЫ)

И. П. Герасимов выделял три группы ЭПП, в которых ведущую роль играют:

превращение минеральной части почвенной массы (первичное почвообразование, оглинение, или сиалитизация, аллитизация, или латеризация);превращение органической части почвенной массы (гумусонакопление, торфонакопление);превращение и передвижение минеральных и органических продуктов почвообразования (засоление, рассоление, оглеение, выщелачивание, оподзоливание).

Первичное, или примитивное, почвообразование — первая ступень развития почвообразовательного процесса. Обычно прослеживается на выходах горных пород при участии низших организмов (микроорганизмов, лишайников, мхов).

В настоящее время выделена следующая система элементарных почвенных процессов:

метаморфизм органического вещества (поступление органических остатков, их трансформация, гумификация, минерализация органического вещества, комплексообразование и миграция продуктов гумификации, иммобилизация органоминеральных соединений);

метаморфизм минерального вещества (дезинтеграция, то есть физическое дробление, физическое выветривание, гипсообразование, карбонатизация, брюнификация и рубефикация, глинообразование, трансформация глинистых минералов, разрушение глинистых силикатов, ферраллитизация);

переорганизация почвенной массы (оструктуривание, педотурбации);

оглеение почвенной массы;

миграция вещества (осолонцевание, рассолонцевание, солевая, кальциевая, кремниевая, Аl—Fe-гумусовая миграции, миграция твердого вещества);

сегрегация и цементация вещества (окислительная, кремниевая, гипсовая, солевая);

поступление вещества на поверхность почвы и его потери (принос и унос твердого вещества — эоловый, текучими водами, импульверизация солей, солифлюкация и др.; принос и унос растворенного вещества с флювиальными, морскими и озерными водами, атмосферными осадками и антропогенным путем; принос и сорбция в почвах газообразных веществ: вулканических — во время извержения вулканов, антропогенных — выхлопных или транспортных, промышленных и других газообразных веществ, являющихся продуктами хозяйственной деятельности человека).

              Для ясности необходимо уточнить некоторую используемую терминологию.

Дезинтеграция минерального вещества — измельчение пород любого состава, их обломков, минералов без изменения минералогического и химического составов вследствие температурного, морозного и гидратационного выветриваний.

Брюнификация (оземление) — процесс образования глинисто-железисто-гумусовых комплексов и кристаллитов гётита и гидрогётита, пропитывающих глинистую фазу почвы, с появлением мелкозема бурой окраски.

Рубефикация — появление красных тонов окраски в связи с почвообразованием, из-за образования значительного количества тонкодисперсного гематита, пропитывающего глинистую фазу почвы или образующего пленки на поверхности песчаных частиц.

Ферраллитизация — конечная стадия выветривания горных пород, сопровождающаяся преобразованием почвообразующих минералов и алюмосиликатов, выносом продуктов их разрушения и преобразованием минералов группы каолинита, оксидов-гидроксидов железа и алюминия при высоких среднегодовых температурах и больших количествах осадков.

Оглинение, или глинообразование (силлитизация), — процессы образования глинистых минералов из первичных слоистых силикатов в кислых почвах при промывном водном режиме (подзолах, буроземах, подбурах и др.) или в результате синтеза из продуктов разрушения неслоистых силикатов и аморфных оксидов Fe, Аl и Si в основном в почвах, формирующихся на вулканических пеплах в условиях влажных субтропиков и тропиков. Глинообразование из первичных слоистых силикатов происходит вследствие реакций окисления, гидратации, замещения. Оно начинает развиваться при первичном почвообразовании, достигая максимума в полноразвитых почвах.

Трансформация органических остатков — процесс, складывающийся из физических (механическое измельчение и др.), химических (окисление, деструкция), фотохимических (окисление и разложение под воздействием солнечного света), биохимических (ферментативное расщепление биополимеров) реакций при участии микроорганизмов, различных видов мезо фауны, гетеротрофной растительности. В результате этого процесса образуются промежуточные высокомолекулярные продукты разложения опада.

Гумификация — сложный биофизико-химический процесс трансформации промежуточных высокомолекулярных продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соединений — гумусовых кислот. По Д. С. Орлову, гумификация — всеобщий процесс постмортального превращения органических остатков; он может протекать в почвах, природных водах, илах, торфах, при углеобразовании и образовании горючих сланцев, любых каустобиолитов; его нельзя ограничить только почвенной средой. На трансформацию органического вещества, интенсивность процессов гумификации большое влияние оказывают степень увлажнения, гранулометрический состав почв, климатические условия и другие факторы среды. В результате гумификации образуется гумус, то есть происходит гумусонакопление, которое часто называют дерновым процессом. При замедленной гумификации в анаэробных условиях происходит торфонакопление.

Минерализация органического вещества — комплекс физико-химических и биохимических окислительно-восстановительных микропроцессов, приводящих к полному разложению органических остатков и гумусовых веществ до оксидов и солей. В торфянистых почвах минерализация растительных остатков выражена слабо, а в тропиках автоморфные почвы минерализуются быстро. В степях опад минерализуется быстро, а гумусовые вещества устойчивы к минерализации и закрепляются в почвенном профиле.

Комплексообразование — процессы взаимодействия органических кислот гумусовой природы, образующихся при гумификации, и неспецифических соединений с минеральной частью почвы, приводящие к мобилизации продуктов гумификации за счет образования истинных солевых растворов щелочных и щелочноземельных металлов, растворов комплексных соединений. Миграционные процессы в почвах осуществляются под действием тяготения, осмотических явлений, диффузии, капиллярного перемещения растворов и др.

Иммобилизация органического вещества и органо-минеральных соединений — процессы, действующие на различных биогеохимических барьерах и приводящие к осаждению этих веществ из почвенных растворов и суспензий и их закреплению (например, надмерзлотное осаждение в тундрах, коагуляция в степных почвах при их иссушении, при изменении окислительно-восстановительных условий в пределах почвенного профиля, насыщенность почв Са и др.).

Оструктуривание — процесс образования агрегатов из отдельных механических элементов при одновременном действии механизмов консолидации почвенной массы и обособление отдельностей, в результате чего происходит дифференциация почвенных горизонтов на почвенные агрегаты, неагрегированную массу и межагрегатные пустоты в различных соотношениях.

Педотурбации — процессы механического передвижения почвенной массы под действием сил напряжения внутрипочвенного и внепочвенного генезиса. Например, нарушение строения почвенного профиля в результате: землетрясений, интенсивного сжатия почвы из-за сильного промерзания или иссушения с образованием вертикальных щелей или трещин, резких периодических смен увлажнения и иссушения, приводящих к смещению почвенной массы, росту кристаллов солей (сульфатные солончаки бессточных котловин Центральной и Западной Сахары), деятельности роющих и почвенных животных (кротов, сусликов, слепышей, термитов, жуков, дождевых червей и др.), корневого перемешивания и вывалов деревьев, сельскохозяйственной обработки земель, землекопных планировочных работ, корчевки деревьев.

Выщелачивание — вынос из почвы или ее отдельных горизонтов малорастворимых солей Са и Mg под действием нисходящего или бокового тока почвенного раствора с формированием горизонтов, бедных основаниями и их солями.

Огипсование — процесс образования вторичных аккумуляций гипса в форме новообразований, горизонта или коры.

Окарбоначивание — процесс аккумуляции (иллювиальной, грунтово-водной) солей Са и Mg в почвенном профиле в форме новообразований — налетов, выцветов, псевдомицелия, прожилок, белоглазки, журавчиков, дутиков, куколок, прослоев, кор, панцирей, плит.

Десиликация — процесс выноса кремнезема из почвы или отдельных почвенных горизонтов, наиболее выраженный в почвах тропических областей.

Окремнение — процесс накопления в почвах аморфных форм кремнезема в виде натеков, прослоев, конкреций, мелких скоплений в результате выпадения в осадок, испарения раствора, биогенной аккумуляции, в качестве остаточного продукта при выветривании вулканических пород.

Партлювация — процесс перемещения по почвенному профилю твердых частиц любого гранулометрического состава. Она протекает наиболее интенсивно в почвах, формирующихся на щебнистых породах в гумидных умеренно холодных и холодных областях.

Сегрегация — процесс формирования стяжений, прослоев и кор, отличающихся от вмещающей их массы химическим составом и морфологическими свойствами.

Цементация — процесс превращения рыхлой почвенной массы в твердый горизонт или прослои вследствие скрепления частиц цементирующими веществами, выпадающими из раствора.

Сегрегация и цементация вещества может быть марганцовистой, железистой (конкреции, бобовины, псевдофибры, ортзанды, плинтиты, латериты), кремниевой (желваки натечной формы, опаловые и халцедоновые трубки, псевдоморфозы, кремниевые коры, дурипэны, силкриты), карбонатной (белоглазка, журавчики, дутики, погремки, лёссовые куклы, глобулярные облака, луговой мергель, шох, панцири, кристаллические трубки, аккырши и др.), гипсовой (кристаллические трубки, двойники, ласточкины хвосты, розы, камеры, прослои, гажи, шестоватый гипс, бозынгены, коры и др.), солевой (коры или себкхи).

Латеритизация — процесс глубокого и длительного выветривания алюмосиликатных горных пород в жарком или влажном климате под воздействием растительных организмов. При этом разрушаются даже глинистые минералы, в почвах накапливаются гидроксиды железа и алюминия.

Элементарные почвообразовательные процессы можно объединить в следующие группы:

физические (образование суспензий, почвенных растворов; перемещение растворов и суспензий под действием силы тяжести, осмоса, диффузии и т. д.; осадкообразование, адсорбция);

химические (химические реакции, связанные с действием воды, газов, кислот, солей, а также с действием гуминовых и фульвокислот); гумификация

Сущность всех связей в почвообразовании И. П. Герасимов выразил в триаде: факторы—процессы—свойства .[5]

Список использованных источников

1.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%B5.[1]

2.http://ebooks.grsu.by/pochva_s_osn_rast/glava-10-plodorodie-pochv.htm[2]

2.ПОЧВОВЕДЕНИЕ

для спец. 2604 “лесное и лесопарковое хозяйство” для среднего и      профессионального образования под общей редакцией д-р с.-х. наук. член-корр. РАСХН, проф. Рожкова В.А.авторы:

Кормилицына О.В., доцент, канд. с.-х. наук

Мартыненко О.В., ст. преп.

Карминов В.Н., доцент, канд. с.-х. наук

Сабо Е. Д., профессор, д-р техн. наук

Бондаренко В.В., доцент, канд. биол. Наук. [3]

3http://ggau.by/moodle/mod/resource/view.php?id=437 [4]

4.http://www.zoodrug.ru/topic3525.html. [5]