Основы геологии. Состав и свойства почвы
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»
Институт Лесотехнический курс 1 группа 5
250700.62 Ландшафтная архитектура
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА.
На тему "Основы геологии. Состав и свойства почвы".
Отметка о зачёте
___________________________
Руководитель Заведующая кафедры _____________ С.В. Любова
Архангельск 2013
ЗАДАНИЕ
Вариант №9
1. Плодородие почвы. Категории почвенного плодородия. Факторы и условия плодородия, его воспроизводство.
2. Элементарные почвенные процессы (ЭПП) (мезопроцессы).
ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ
______________________________
ОГЛАВЛЕНИЕ
Задание……………………………………………………………
Лист для замечаний………………………………
Оглавление……………………………………………………
1. Плодородие почвы. Категории
почвенного плодородия. Факторы и условия
плодородия, его воспроизводство………………………………………
2. Элементарные почвенные процессы (ЭПП) (мезопроцессы)……………………..16
Заключение……………………………………………………
- ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ. КАТЕГОРИИ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ. ФАКТОРЫ И УСЛОВИЯ ПЛОДОРОДИЯ, ЕГО ВОСПРОИЗВОДСТВО.
Плодородие- это способность
почвы удовлетворять
Развитие учения о плодородии
почв связано с именем В.Р. Вильямса.
Он детально исследовал формирование
и развитие плодородия почвы в
ходе природного почвообразования, рассмотрел
условия проявления плодородия в
зависимости от ряда свойств почвы,
а также сформулировал основные
положения об общих принципах
повышения плодородия почв при их
использовании в
Основным свойством почвы
является плодородие – способность
удовлетворять потребность
Развитие почв и почвенного
покрова, как и формирование их плодородия,
тесно связано с конкретным сочетанием
природных факторов почвообразования
многообразным влиянием человеческого
общества, с развитием его
Особая роль в почвообразовании принадлежит живым организмам, прежде всего зеленым растениям и микроорганизмам. Благодаря их воздействию осуществляется важнейшие процессы превращения горной породы в почву и формирование ее плодородия: концентрация элементов зольного и азотного питания растений, синтез и разрушение органического вещества, взаимодействие продуктов жизнедеятельности растений и микроорганизмов с минеральными соединениями породы и т.п. в познании биологической сущности почвообразования особый вклад внесли В.Р. Вильямс и В.И. Вернадский.
Находясь в состоянии
непрерывного обмена веществом и
энергией с атмосферой, биосферой, гидросферой
и литосферой, почвенный покров выступает
как незаменимое условие
Вместе с тем, обладая свойством плодородия, почва выступает как основное средство производства в сельском хозяйстве. Используя почву как средство производства, человек существенно изменяет почвообразование, влияя как непосредственно на свойство почвы, ее режимы и плодородие, так и на природные факторы, определяющие почвообразование. Посадка и вырубка лесов, возделывание сельскохозяйственных культур изменяют облик естественной растительности; осушение и орошение меняют режим увлажнения и т.п. не менее резкие воздействия на почву вызывают приемы ее обработки, применение удобрений и средств химической мелиорации (известкование, гипсование). [2]
Категории почвенного плодородия.
1) Естественное, или природное плодородие определяется свойствами природных почв, формирующимися в процессе их развития и эволюции под влиянием природных факторов почвообразования.
2) Искусственное, или эффективное плодородие создается человеком, его разносторонним воздействием на природу почвы. Однако человек по-разному влияет на почву. Он может положительно влиять на естественные свойства почв, искусственное плодородие проявляется по отношению к природному в высоком эффективном плодородии. Но часто земледелец по незнанию или из-за нерадивого хозяйствования снижает естественный уровень плодородия, что приводит к деградации почвенного покрова.
Однако определить, какая часть плодородия окультуренной почвы относится к ее естественному плодородию, а какая к искусственному, невозможно. Эти два вида плодородия неразрывно связаны между собой. [6]
Факторы плодородия.
Биологические факторы плодородия почвы:
Содержание и состав органического вещества почвы.
Органическое вещество почвы, аккумулируя огромное количество углерода, способствует большей устойчивости круговорота углерода в природе. В этом, а также в накоплении еще ряда элементов в земной коре состоит важная биогеохимическая функция органического вещества в земной коре.
Почвенная биота.
Живые организмы — обязательный
компонент почвы. Количество их в
хорошо окультуренной почве может
достигать нескольких
Основная их часть — микроорганизмы. Доминирующее значение принадлежит растительным микроорганизмам (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты). Животные организмы представлены простейшими (жгутиковые, корненожки, инфузории), а также червями. Довольно широко распространены в почве моллюски и членистоногие (паукообразные, насекомые).
Почвенные организмы разрушают отмершие остатки растений и животных, поступающие в почву. Одна часть органического вещества минерализуется полностью, а продукты минерализации усваиваются растениями, другая же переходит в форму гумусовых веществ и живых тел почвенных организмов.
Некоторые микроорганизмы (клубеньковые
и свободноживущие
Почвенные организмы (особенно фауна) способствуют перемещению веществ по профилю почвы, тщательному перемешиванию органической и минеральной части почвы.
Важнейшая функция почвенных
организмов — создание прочной комковатой
структуры почвы пахотного
Наконец, почвенные организмы выделяют в процессе жизнедеятельности различные физиологически активные соединения, способствуют переводу одних элементов в подвижную форму и, наоборот, закреплению других в недоступную для растений форму.
Наиболее универсальный показатель деятельности почвенных организмов — продуцирование ими углекислого газа. Поэтому учет выделяемого почвой углекислого газа — первостепенный из других биохимических способов определения биологической активности почвы.
Фитосанитарное состояние почвы.
Плодородие почвы в значительной степени определяется фитосанитарным состоянием почвы, т. е. чистотой почвы от сорняков, вредителей, болезнетворных начал, а также токсических веществ, выделяемых растениями, ризосферной микрофлорой и продуктами разложения.
Фитотоксичность почвы обусловлена
накоплением физиологически
Источник образования
и поступления токсических
Когда в структуре посевных площадей преобладают культуры со сходными биологическими особенностями, как, например, зерновые, в почву ежегодно поступает приблизительно одинаковая по количеству и качеству органическая масса в виде корневых выделений и растительных остатков. Это приводит к изменению соотношения основных группировок микробиоценоза, появлению фитотоксических форм, которые поставляют в почву вредные для культурных растений вещества. Так, при разложении растительных остатков зерновых культур в почве обнаружено повышенное содержание фенольных соединений, которые, находясь в зоне семян растений, ингибируют их прорастание.
Анаэробные условия
Внесение минеральных
и особенно органических удобрений
приводит к уменьшению в почве
численности фитотоксичных
Фитотоксины почвенных микроорганизмов
вызывают изменения в химическом
составе растений, нарушают обмен
веществ в них. Они оказывают
влияние на интенсивность дыхания,
а также на азотный обмен растений.
Фитотоксины почвенных
Корни растений выделяют различные
аминокислоты, углеводы и другие вещества.
Вместе с экссудатами в почву
поступает большинство веществ,
участвующих в метаболизме
Агрофизические факторы плодородия почвы:
1) Гранулометрический состав - относительное содержание в почве и породе механических элементов (фракций).
2) Структура почвы - важный показатель физического состояния плодородной почвы. Она определяет благоприятное строение пахотного слоя почвы, ее водные, физико-механические и технологические свойства. Частицы твердой фазы почвы, как правило, склеиваются в комочки (агрегаты). Способность почвы распадаться на агрегаты различной величины называют структурностью. В почвоведении структура почвы - важный морфологический признак: по размеру агрегатов судят о генетических особенностях, как всей почвы, так и ее отдельных горизонтов.
3) Мощность пахотного и гумусового слоев. Мощность обрабатываемого слоя почвы, объем почвы, в котором развивается корневая система растений. Глубокий пахотный слой обеспечивает более благоприятные водно-воздушные и тепловые режимы почвы.
4) Водный режим. Влага необходима для прорастания семян, без нее невозможны последующий рост и развитие растения. С водой в растение из почвы поступают питательные вещества, испарение воды листьями обеспечивает нормальные температурные условия жизнедеятельности растения.
5) Воздушный режим - почвенный воздух заполняет поры, не занятые водой. Избыточная влажность приводит к резкой его недостаточности. Почвенный воздух необходим для дыхания корней растений, почвенных организмов, биохимических процессов превращения питательных элементов.
6) Температурный режим - физиологические процессы, происходящие в растении, жизнедеятельность микроорганизмов и почвенной фауны, химические процессы превращения веществ и энергии возможны только в определенных температурных границах.
Агрохимические факторы плодородия.
Растения усваивают азот и зольные элементы из почвы в форме минеральных солей, растворенных в почвенном растворе. При этом используются как восстановленные (соли аммония), так и окисленные (соли азотной кислоты) соединения азота.
Растения могут усваивать некоторые относительно простые органические азот- и фосфорсодержащие вещества (некоторые аминокислоты, фитин), однако практическое их значение в питании ничтожно. Источником энергии в растении для поглощения элементов питания является дыхание. Более молодые, интенсивно дышащие корни больше усваивают из почвенного раствора минеральных солей.
Процессы корневого питания растений тесно связаны с такими свойствами почвы, как рН почвенного раствора, водно-воздушный режим почвы, содержание в ней усвояемых элементов питания, и другими условиями внешней среды. Кислотность почвы снижает поглощение питательных веществ растениями. Отмечают как прямое, так и косвенное действие повышенного содержания в почве ионов Н+. Прежде всего, изменяется физико-химическое состояние цитоплазмы клеток корня, нарушается ее проницаемость, наружные клетки ослизняются, корни плохо растут.
Большинство возделываемых
культур и почвенных
Недостаток в почве
обменных кальция и магния вызывает
резкое ухудшение физических и физико-химических
свойств почвы (структура почвы,
емкость поглощения, буферность). В
почвенном растворе появляются свободные
ионы алюминия и марганца, токсичные
для растений. Подвижность же ряда
микроэлементов (например, молибдена)
уменьшается, растения испытывают в
них недостаток. Повышенная кислотность
угнетает почвенные организмы, прежде
всего нитрификаторы и
Чтобы привести реакцию почвы
к интервалу слабокислая —
слабощелочная, применяют химическую
мелиорацию почв. Кислые почвы периодически
известкуют, а щелочные, прежде всего
солонцы, гипсуют. Для повышения
содержания в почве, таких жизненно
важных элементов как калий, азот
и фосфор, вносят минеральные удобрения.
Эффективность удобрений
Условия плодородия почв.
- Оптимальная и постоянная влажность. Если слишком сухо, почва становится плотнее, а жизнь в ней почти замирает - прекращается разложение органики и фиксация азота. При избытке воды все задыхается и начинается вредное бескислородное сбраживание органических остатков (силосование).
- Система воздушных полостей и каналов, связанная с атмосферой. Без кислорода не происходит перевод азота в усвояемые формы (нитрификация), не работают кислоты, растворяющие фосфор, калий и другие элементы; без каналов в почву не засасывается вода (внутренняя роса), не живут микробы, черви и насекомые.
- Летом почва должна быть холоднее воздуха. Иначе на стенках внутренних полостей не будет выпадать роса. Вообще, скачки температуры - стресс для корней и почвенной живности.
- Избыток угольной кислоты (Н2СО3) для растворения минералов. Она получается от соединения углекислого газа с водой. Без нее подпочва не отдает в раствор элементы питания.
Так образуется наилучшая среда для корней. [4]
Воспроизводство эффективного плодородия почвы.
В сравнении с другими средствами производства земля (почва) имеет ряд особенностей, которые определяют объективную необходимость интенсификации сельского хозяйства.
Интенсификация сельского
хозяйства - это процесс расширенного
воспроизводства в сельском хозяйстве
на той же земельной площади. Он осуществляется
на основе вложения дополнительных средств
и лучшего использования
Воспроизводство плодородия почвы — процесс очень сложный. Он включает:
-Постоянный синтез и
увеличение содержания
-Образование соединений элементов зольной и азотной пищи растений в доступной для них форме;
-Воссоздание и поддержание
хорошей структуры и
-Обеспечение слабокислой
или близкой к нейтральной
реакции почвенного раствора, а
также высокой емкости
-Отсутствие возбудителей зачатков болезней, вредителей и сорняков на полях и в почве.
Воспроизводство плодородия
почвы бывает простое и расширенное.
Возвращение почвенного плодородия
к исходному первоначальному
состоянию означает простое воспроизводство.
Создание почвенного плодородия выше
исходного уровня – это расширенное
воспроизводство плодородия. Простое
воспроизводство применимо для
почв с оптимальным уровнем
Воспроизводство плодородия почвы в современном земледелии осуществляют двумя способами: вещественным и технологическим. Первый предполагает применение удобрений, мелиорантов, пестицидов и т.д., второй – севооборота, промежуточных культур, различных приемов обработки почвы и способов посева и др. эти пути направлены на достижение единой цели, хотя механизм действия их различен.
Естественная основа теории воспроизводства плодородия почвы закон возврата – частное проявление всеобщего закона сохранения вещества и энергии.
Воспроизводство плодородия почвы начинают с определения оптимальных параметров модели плодородия. Модели плодородия строго дифференцированы в зависимости от природных условий хозяйства, специализации земледелия, экономического уровня производства.
Успешного осуществления расширенного воспроизводства плодородия почвы можно достичь при полном освоении научно обоснованных зональных систем земледелия. [5]
- ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПОЧВЕННЫЕ ПРОЦЕСС
Ы (ЭПП)
Почвообразовательный процесс – это совокупность явлений превращения и
передвижения веществ и энергии, формирующих в поверхностном слое земной коры биокосное тело – почву.
В порядке усложнения почвообразовательные процессы объединяются в три группы:
1) простейшие микропроцессы;
2) элементарные почвенные процессы (ЭПП);
3) общие (тотальные)
Взаимодействия микропроцессов составляют более сложные мезопроцессы, названные академиком И.П. Герасимовым элементарными почвенными процессами (ЭПП).
Элементарные
Это конкретные явления, механизмы
и процессы, приводящие к образованию
того или иного признака почвы (гумусового
горизонта, солонцеватости почвы, горизонтов
карбонатных новообразований
Элементарные процессы, определяющиеся составом и жизнедеятельностью растительных и животных организмов, особенно почвообразующих пород, климата, рельефа, времени, в зависимости от физико-географических зон образуют почвообразовательные процессы, или типы почвообразования, понятие о которых было введено П. С. Коссовичем и развито В. Р. Вильямсом, К. Д. Глинкой, К. К. Гедройцем.
Элементарные почвенные процессы, согласно обновленной схеме (с некоторым сокращением) Б.Г. Розанова можно разделить на следующие группы:
I. Биогенно-аккумулятивные ЭПП - протекают в почве под влиянием живых организмов, при участии продуктов их жизнедеятельности и сопровождаются накоплением органических веществ в верхней части профиля. Подстилкообразование - формирование на поверхности почвы слоя растительного опада, состоящего из растительных остатков разной степени разложенности. Торфообразование — накопление растительных остатков в результате специфической их транформации в анаэробных условиях, когда происходит накопление промежуточных продуктов распада органических соединений и их консервация. Гумусонакопление – процесс аккумуляции гумуса в поверхностном горизонте в результате разложения растительных остатков и гумусообразования.
II Гидрогенно-аккумулятивные ЭПП связаны с аккумуляцией веществ под влиянием грунтовых вод. Засоление — процесс накопления в почвенном профиле легкорастворимых солей при осаждении их из минерализованных грунтовых вод.
Огипсовывание — процесс вторичной аккумуляции гипса в виде новообразований различной формы и размеров в почвенном профиле при отложении его из минерализованных грунтовых вод. Окарбоначивание — процесс вторичной аккумуляции карбоната кальция в почвенной толще в виде различных новообразований. Оруденение — процесс гидрогенного накопления оксидов железа и марганца разной степени гидратации. Олуговение — аккумулятивный процесс, связанный с воздействием пресных грунтовых вод на нижнюю часть профиля при хорошем общем дренаже, что приводит к повышению увлажненности почвы без ее заболачивания, росту гумусированности и обеспеченности элементами минерального питания.
III. Метаморфические ЭПП. - трансформации минеральной части в профиле без элювиально-иллювиального перераспределения компонентов. Оглинивание— процесс внутрипочвенного выветривания первичных минералов с образованием и относительным накоплением вторичных глинистых минералов преимущественно группы монтмориллонита и каолинита. Оглеение — сложный биохимический процесс трансформации минеральной почвенной массы в результате постоянного или длительного переувлажнения почвы, характеризуется восстановлением элементов с переменной валентностью, разрушением первичных минералов, синтезом вторичных минералов, имеющих в своей кристаллической решетке ионы с низкой валентностью, незначительным выносом оснований и иногда аккумуляцией соединений железа, серы, фосфора, кремния. Оливизация — образование глинистых минералов, содержащих трехвалентное железо в шестерной координации (нонтронит, глауконит, хлорит) в условиях чередования переувлажнения/иссушения; процесс сопровождается слитизацией и обесструктуриванием почвы, почвенная масса приобретает оливковую или зеленоватую окраску. Слитизация — процесс обратимой цементации глинистых почв монтмориллонитового состава при чередовании процессов увлажнения/ иссушения, сопровождающихся сменой набухания и усадки с интенсивной вертикальной трещиноватостью. Оструктуривание — процесс разделения почвенной массы на агрегаты разного размера и формы и последующего упрочнения их и формирования внутреннего строения структурных отдельностей.
IV. Элювиальные и иллювиальные ЭПП - связаны с разрушением или преобразованием почвенного материала в элювиальном горизонте и выносом из него продуктов разрушения и трансформации в среднюю или нижнюю, иллювиальную часть профиля с последующей аккумуляцией. В некоторых почвах вынос веществ происходит без их разрушения. Каждому элювиальному процессу может соответствовать свой иллювиальный процесс, если иллювиирование не выходит за пределы почвенного профиля. К элювиальным процессам относятся: Выщелачивание — процесс выноса из верхней части профиля карбонатов кальция и магния, а также легкорастворимых солей. Оподзоливание — процесс разрушения минералов в результате кислотного гидролиза в условиях гумидного климата и промывного водного режима с остаточной аккумуляцией в оподзоленном (подзолистом) горизонте кремнезема и обеднением его илом, алюминием, железом и основаниями. Лессивирование (лессиваж, иллимеризация) — процесс пептизации и выноса тонкодисперсных частиц без разрушения из элювиального горизонта. В результате под осветленным элювиальным горизонтом формируется аккумулятивный иллювиальный горизонт с натечными формами новообразований – глинистыми кутанами – располагающимися по граням структурных отдельностей и в пустотах. Элювиально-глеевый процесс — формирование осветленного элювиального горизонта в условиях временного поверхностного переувлажнения в результате разрушения пленок полуторных оксидов, покрывающих минеральные зерна с последующим выносом или сегрегацией продуктов разрушения и остаточным накоплением кремнезема в элювиальном горизонте, который приобретает характерную мраморовидную окраску. Осолодение — процесс разрушения минеральной части почвы в условиях слабощелочной или нейтральной реакции среды с накоплением остаточного аморфного кремнезема и выносом из элювиального (осолоделого) горизонта аморфных продуктов разрушения. К иллювиальным процессам относятся: Осолонцевание – процесс внедрения натрия в почвенный поглощающий комплекс, сопровождающийся подщелачиванием среды, пептизацией коллоидов, приобретающих подвижность и способность перемещаться на глубину. Морфологически этот процесс проявляется в разрушении исходной комковатой или зернистой структуры, появлении глыбистости, увеличении плотности почвенной массы, появлении кутан по граням структурных отдельностей в иллювиальном горизонте. Глинисто-иллювиальный процесс — иллювиальное накопления илистых частиц, выносимых при лессивировании. Гумусо-иллювиальный процесс — накопление гумуса, выносимого из подстилки или из элювиального горизонта. Железисто-иллювиальный процесс — накопление соединений железа, выносимых из элювиального горизонта в ионной, коллоидной или связанной с органическим веществом формах. Железистогумусо-иллювиальный процесс — накопление аморфных оксидов железа вместе с гумусом, вынесенных вниз из элювиального горизонта, характерный для песчаных подзолов. Карбонатно-иллювиальный процесс — накопление карбонатов кальция, вынесенных сверху, в средней или нижней части профиля.