Почвообразовательный процесс по Вильямсу
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОУ ВПО «ТЫВИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА
АГРОНОМИИ
Курсовая работа
по предмету: «Почвоведение с основами геологии»
на тему: «Почвообразовательный процесс по Вильямсу»
студентки
2 курса группы А-21 Сарыглар Саяны
Эдуардовны
Кызыл 2010 г.
Содержание
Введение 3
Глава 1. Жизнь и научная деятельность
Вильямса Василия Робертовича 6
Глава 2. Почвообразовательный процесс по Вильямсу 13
Заключение 39
Список
использованной литературы 40
Введение
В введении к курсовой работе хочется показать всю важность такой науки, как почвоведение. И начать необходимо с того, что изучает почвоведение, как оно зародилось и развивалось. Почвоведение - наука о генезисе, строении, составе и свойствах почв, закономерностях их географического распространения, о путях разумного использования и повышения плодородия почв с целью получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур и охраны земельных ресурсов. Это одна из основных естественных и агрономических дисциплин. Почвы - это важнейший компонент экологической среды, их образование в природе происходит на протяжении десятков и сотен тысяч лет. В настоящее время накоплено очень много о почвах, и в этом заслуга ученых - почвоведов. Вообще, почвоведение, как наука зародилась в России в конце XIX века. Основоположниками явились В.В.Докучаев, П.А.Костычев, Н.М.Сибирцев.
Первое научное определение почвы дал В.В. Докучаев. Он считал, что почвой следует назвать наружные горизонты горных пород, естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха, и различного рода организмов.
Отсюда видно, что основой почв является рыхлые осадочные породы, которые, превращаясь в почвы, претерпели большие изменения под воздействием, прежде всего, растений и микроорганизмов. При этом возросли доступность, и концентрация элементов зольной пищи растений в верхних горизонтах породы, в них появились соединения азота, со временем их содержание стало удовлетворять потребность высших растений в азотном питании.
Образовалось сложное органическое вещество в почвах, которое получило название - гумус. Получила развитие поглотительная способность почв, способность почв обеспечивать растение водой. Разнообразие растительности и сопутствующих ей живых организмов, климата, рельефа и почвообразующих пород привело к формированию различных почв в природе. Сформировались горизонтальные и вертикальные почвенные зоны с преобладанием в них определенных типов почв с характерными внешними признаками и агрономическими свойствами. Почва, по определению П.А.Костычева, - это верхний слой земли до той глубины, до которой доходит главная масса корней растений. Именно на эту глубину поверхностные, осадочные обломочные горные породы претерпели наиболее существенные химические, физические и физико-химические изменения, в результате которых этот слой обеспечивает растения элементами питания и водой. Почва является сложной системой, состоящей из 4 фаз: твердой, жидкой, газовой, живой. Твердая фаза почв (песчаная, супесчаная, суглинистая, глинистая) представляет собой комплекс первичных и вторичных минералов и органического вещества - гумуса. Жидкая фаза почв - это почвенный раствор. Чистой воды в почвах нет. В почвенном растворе находятся элементы питания растений в ионной форме, анионы органических и неорганических кислот, и другие компоненты. Газовая фаза почв близка по составу к атмосферному по содержанию азота и кислорода, но отличается от него постоянным, более высоким содержанием диоксида углерода, наличием в некоторых почвах сероводорода, метана и других газов. Почвенный воздух играет огромную роль в питании растений и в окислительно-восстановительных процессах. Живая фаза почв представлена корневыми системами растений, микроорганизмами, насекомыми и животными. В почве протекает активная жизнь. Число микроорганизмов на 1 г почвы измеряется несколькими миллионами. Около 95% насекомых проводит свою жизнь в почвах.
В
определении выдающегося
Почвоведение, как наука, использует знания многих дисциплин: химии, физики, ботаники, физиологии растений, микробиологии, геологии, агрометеорологии и других фундаментальных наук. Кроме того, в рассмотрении свойств почв, протекающих в них абиотических и биологических процессов, имеется своя специфика.
Почвоведение является научной основой, фундаментом, для важнейших агрономических дисциплин - агрохимии, земледелия, сельскохозяйственной мелиорации, растениеводства, овощеводства и плодоводства. Знания по почвоведению необходимы для решения экологических проблем, которые в данный период стоят перед человечеством очень остро.
Цель работы: Сравнить теории о процессах почвообразования основоположников науки почвоведения В.В.Докучаева, В.Р.Вильямса (процесс накопления органического вещества, признаки аэробного процесса, свойства грибного процесса разложения, процессы, совершавшиеся в почве и др.).
Задача
исследования: Роль органических веществ
в почвообразовательном процессе по данным
исследований В.Р.Вильямса и его значении
в современной науке почвоведения.
Вильямс
Василий Робертович
Вильямс В.Р. (1863-1939) родился в Москве, в семье инженера. В 1887 году окончил Петровскую земледельческую и лесную академию (ныне Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева). Еще, будучи студентом, особенно интересовался химией и почвоведением. В 1885 году профессор А. А. Фадеев, читавший в академии курс почвоведения и земледелия, предложил Вильямсу (в то время студенту 3-го курса) организовать научно-исследовательскую лабораторию и заведовать опытным полем, с этого года началась его научная деятельность. В 1888 году Вильямс опубликовал свою первую работу "Исследование восьми почв Мамадышского уезда Казанской губернии", в которой наметил направление научных исследований почвы. Его интересовали основные свойства почвы и среди них самое существенное — ее плодородие. Он с первых же шагов поставил перед собой задачу: развивать почвоведение в тесной связи с решением практических задач повышения урожайности с.-х. растений. С целью познания взаимодействия условий плодородия почвы Вильямс в первое время изучал физические свойства почвы и убедился, что они зависят от перегнойных веществ. В. интересовали не статические физические свойства почвы, а причины, управляющие ими; стремился рассматривать почву в развитии и этим принципиально отличался от всех предшественников и современников, занимавшихся почвоведением.
В 1888 году поехал в научную командировку за границу, посетил Францию, Германию. В Париже работал в лаборатории Л. Пастера, в Мюнхене — в лаборатории Э. Вольни. В 1891 возвратился из заграничной командировки и начал читать в Петровской академии курс общего земледелия. Параллельно вел большую исследовательскую работу: подвел итог первых лет своих исследований, подверг критике состояние науки о почве за рубежом и наметил пути дальнейших исследований. Эта работа завершилась магистерской диссертацией "Опыт исследования в области механического анализа почв" (1893). В. показал, что нельзя изучать почвы либо со стороны геологической, либо физической, либо химической. Такое одностороннее изучение не объясняет процессы, совершающиеся в почве, и Вильямсу, поставившему задачу развития науки о почве как естественно-исторические дисциплины, во многом приходилось начинать с критического анализа, сделанного до него, и с переисследования многих вопросов науки о почве.
Вильямс вскрыл сложнейшие взаимосвязи, действующие в почве. Установил, что изменение физических свойств почвы влечет за собой изменение и химических свойств, а также условий снабжения растений водой. Изменения могут совершаться и в обратном порядке. Однако главным звеном в раскрытии взаимосвязей сложнейшей цепи зависимостей в свойствах почвы могут служить только основные причины, определяющие развитие почвы, изменчивость всех ее свойств и, прежде всего плодородия. Эти основные причины Вильямс подробно осветил во вступительной речи перед защитой диссертации (произнесенной 31 янв. 1894г.). Он поставил вопрос о соотношении анализа и синтеза в научном исследовании и пришел к выводу, что при всей необходимости анализа исследование нельзя считать законченным, если оно не завершается синтетическим обобщением. Одновременно Вильямс ясно определил и свой общий взгляд на почву. Необходимы физические и химические анализы почвы. Но ни тот, ни другой отдельно и вместе взятые не решают вопроса о плодородии почвы, тем более они не решают вопроса о развитии плодородия. Это развитие может быть понято только при изучении почвы как развивающегося целого, управляемого жизнедеятельностью растительных и животных организмов.
Вильямс писал, что нельзя представить ни происхождения, ни образования почвы без ближайшего участия растений. Физиология растений — основной фундамент всех выводов и заключений земледельческой науки (под физиологией растений Вильямс подразумевал физиологию высших и низших растений, т. е., в современном понимании, физиологию растений и микробиологию). Таким образом, в своей диссертации Вильямс заложил первые основы биологического почвоведения. Разработке этих основ посвящены последующие десятилетия его творческой жизни.
С 1897 года Вильямс работал на московских полях орошения и превратил их в большую производственную лабораторию, в которой всесторонне исследовал вопросы биологии почвы.
В 1903 году впервые в истории науки поставил опыт в лизиметрах с целью изучения перегнойных кислот. На открытой площадке в Петровской академии были построены в земле бетонные камеры. Площадь каждой камеры — 4 м2, объем — 4 м3. Каждая камера по диагонали дна была оборудована дренажем из коротких, широких стеклянных трубок, выходящих в центральный коридор лизиметрические батареи. Дренаж собирал почвенные воды в специальные приемники. В каждую камеру В. насыпал почвы разных типов и на этих почвах создавал растительный покров. На всех посевах в лизиметрах поддерживались природные условия анаэробного, аэробного бактериального и грибного процессов разложения органических остатков. Вода, доставляемая каждым лизиметром через дренаж, в течение круглого года ежедневно измерялась и фильтровалась через бактериальный фильтр. После фильтрации она выпаривалась на водяных банях в фарфоровых чашах. За первые 14 лет в лизиметрах было выпарено до 500 тыс. л воды, собранной из каждого образца почвы. После высушивания осадки собирались, растворялись в воде и подвергались дробной кристаллизации. В. изучал свойства почвенных органических кислот, условия их образования в зависимости от характера той или др. растительности; определил роль этих кислот в физических и химических процессах, совершающихся в почве, в создании физического строения почвы и условий питания растений. Исследовал биологические особенности злаковых и бобовых трав. В 1904 году заложил в Петровской академии питомник злаковых и бобовых трав, в котором собрал коллекцию многолетних трав (около 3000 различных видов, рас и форм злаковых и бобовых трав). В питомнике изучал биологию трав, а также взаимоотношения трав и почвы. Громадный запас наблюдений над луговыми травами, производившихся по всей территории нашей страны, в сочетании с данными по биологии трав, полученными в питомнике, Вильямс положил в основу учения о луговодстве и луговедении.
Работа на полях орошения, опыты в лизиметрах с целью изучения перегнойных кислот и в питомнике с целью изучения биологических особенностей злаковых и бобовых многолетних трав привели Вильямс к выводу о сущности почвообразовательного процесса, о сущности - разработанной им области почвоведения, которую он назвал физиологией почвы.
В 1914—24 вышел капитальный труд Вильямса "Почвоведение", в котором он впервые в целом виде дал свою теорию единого почвообразовательного процесса. В 1919 издал первую, а в 1922 — вторую часть труда "Общее земледелие", где изложил основы травопольной системы земледелия. В 1927 выпустил труд "Общее земледелие с основами почвоведения", в котором изложил теорию единого почвообразовательного процесса и основывающуюся на нем травопольную систему земледелия.
Сущность учения Вильямса о едином почвообразовательном процессе такова: под влиянием термических и химических факторов происходит разрушение (выветривание) массивной горной породы, выступающей на поверхность. В результате образуется рухляковая порода, которая еще не является почвой; она обладает лишь зачатками существенного свойства почвы — плодородия. Рухляковые породы носят название почвообразующих, или материнских, пород. В природе одновременно с процессом выветривания, создающего материнскую породу, происходит почвообразовательный процесс, который определяет скорость единого почвообразовательного процесса, в том числе и выветривание горной породы. Почвообразовательный процесс — это процесс жизнедеятельности растительных и животных организмов, воздействия растений, животных, микроорганизмов на материнскую породу. Характер почвообразовательного процесса зависит от условий, в которых он совершается, места образования почв и времени, в течение которого он протекает. Но при всех различиях характера почвообразовательного процесса определяющей причиной процесса является жизнедеятельность растений, животных, микроорганизмов. Почва есть производное жизни — таков один из незыблемых принципов, установленных Вильямсом. Этот принцип отражает основную сущность учения Вильямса о едином процессе почвообразования.
Второй существенной стороной учения Вильямса о едином почвообразовательном процессе является учение о малом, биологическом круговороте веществ. Биологический процесс синтеза органического вещества, а также биологический процесс разрушения органического вещества взаимно связаны и составляют в совокупности малый, биологический круговорот зольной и азотной пищи растений. Этот биологический круговорот развертывается на части траектории большого, геологического круговорота веществ в природе. Биологический круговорот развивается в направлении, противоположном направлению геологического круговорота. Своими исследованиями процесса образования почвы Вильямс установил, что форма кривой биологического круговорота есть прогрессивно расширяющаяся спираль, определяемая прогрессивным развитием форм проявления жизни на поверхности земной суши. Чем больше жизни на той или иной части земли, тем выше общее плодородие, запас пищи. Поэтому человек способен беспредельно увеличивать плодородие почвы. В разработке этой части современной науки о почве — одна из величайших научных заслуг В. На земном шаре много разных, легко различимых почв: подзолистые, торфяные, каштановые, красноземы и черноземы, почвы солонцеватые и кислые. Все эти почвы, по Вильямсу, — различные выражения почвообразовательного процесса, протекающего в зависимости от условий среды. Различия между ними обусловлены, прежде всего, длительностью процесса образования почв и условиями климата. Черноземные почвы юга СССР имеют больший абсолютный возраст и развивались в других климатических условиях, чем подзолистые почвы нечерноземной полосы. Там, где сейчас черноземы, растительные сообщества воздействовали на материнскую породу более длительное время и накопили в почве большие запасы перегноя; этому способствовали также благоприятные климатические условия.
Но и в пределах одной зоны встречаются разные почвы: одни более богаты перегноем, другие — менее. Это зависит уже не от времени, а от условий и места образования почвы. Большое влияние на процесс почвообразования оказывает материнская порода. В почвах долин перегноя больше, чем в почвах водоразделов. Различие, зависящее от условий и места возникновения почв, В. определил как относительный возраст почвы. Но во всех случаях ведущим фактором почвообразования является жизнедеятельность растений и живущего в симбиозе с ними мира микроорганизмов. Если современную почву лишить на несколько лет растений, она быстро потеряет плодородие и превратится в бесплодный порошок.
Выводы из изучения процесса почвообразования и послужили Вильямсу основанием для разработки травопольной системы земледелия. Травопольная система земледелия включает учение о восстановлении и повышении плодородия почвы, системе обработки почвы, удобрений и учение об организации всей сельскохозяйственной территории с научно обоснованным размещением на ней лугов, полей, лесов и полезащитных лесных насаждений.
Отмечая положительную, прогрессивную теоретическую основу травопольной системы земледелия, в то же время нужно указать, что в учении Вильямса о травопольной системе земледелия имеется ряд ошибочных положений (отрицательное отношение к культуре озимых хлебов, рекомендация повсеместной, не зависимой от климатических условий, вспашки травяного поля только глубокой осенью, некоторые ошибочные формулировки в оценке различных сельскохозяйственных орудий, утверждение о нерентабельности применения минеральных удобрений на бесструктурных почвах). При перенесении в практику того или иного положения В. всегда необходимо сообразоваться с конкретными и всегда сложными условиями сельскохозяйственного производства.
Вильямс известен также своей общественно-организаторской деятельностью. В 1920 году активно выступал за создание рабочего факультета при академии, работал во многих советских учреждениях — в Госплане, Наркомземе, Наркомпросе, выполняя многочисленные задания по планированию народного хозяйства, повышению урожайности, организации просвещения, научной работы. В. являлся организатором ряда научных учреждений — Лугового института (ныне Всесоюзный научно-исследовательский институт кормов), Почвенно-агрономического музея и др.; в 1922—25 был ректором Моск. с.-х. академии им. К. А. Тимирязева.
На
территории Московской сельскохозяйственной
академии им К. А. Тимирязева по постановлению
правительства Вильямсу Василию Робертовичу
воздвигнут памятник.
Глава
2. Почвообразовательный
процесс по Вильямсу
Под понятием почвообразовательного процесса разумеем тот в высшей степени сложный комплекс явлений, под влиянием воздействия которых материнская порода приобретает ряд новых свойств и признаков и под влиянием которых и ней возникает непрерывный ряд новых явлений, слагающих в своей совокупности процесс эволюции существенного признака почвы — её плодородия.
Эти и новые свойства, признаки и явления, возникающие в материнской породе под влиянием почвообразовательного процесса, настолько глубоко и резко — качественно отличаются от свойств, признаков и явлений, присущих материнской породе, как таковой, что наличность их заставляет выделить и отличать особый порядок природных тел — почв.
Материнская порода, образующаяся под влипнем минеральных— абиотических процессов выветривании горных пород и механических процессов переноса продуктов выветривания, представляет бесструктурный агрегат продуктов выветривания, обладающий рядом свойств и признаков, не изменяющихся во времени при условии неизменности термодинамических условий, при которых происходило это выветривание. Все признаки и свойства такой породы отличаются полнейшей устойчивостью. Она представляет конечный продукт минерального выветривания, обладающий полным постоянством своих основных существенных свойств: её химический состав неизменен, её отношения к теплу, свету, воде, газам также постоянны и неизменны. Кроме того, все явления, возникающие в материнской породе под влиянием соприкосновения со с внешними минеральными (абиотическими) агентами природы, совершаются неуклонно в одном направлении, как бы долго явление пи продолжалось. Возникшее в материнской породе явление может количественно измениться или прекратиться только под влиянием количественного изменения или прекращения притока внешнего агента, обусловливающего данное явление. Основное свойство почвы
Почва - функция воздействия на материнскую породу почвообразовательного процесса — представляет полную противоположность последней. Свойства почвы беспрерывно изменяются и не могут не изменяться во времени, несмотря на неизменность термодинамических условий, в которых пребывает почва. Состав почвы подвергается беспрерывному изменению. И общий характер всех изменений направления процессов, происходящих в почве, это — их цикличность.
Динамическое почвоведение
Все эти качественные отличия почвы от материнской породы происходят под влиянием воздействия на породу процессов биологических. Изучение явлений, составляющих этот биологический почвообразовательный процесс и беспрерывно протекающих в почве под его влиянием, изучение свойств и признаков почвы в их генетическом соотношении между собой и с почвообразовательным процессом и изучение эволюции всех этих элементов составляет предмет динамического почвоведения.
Учение о почве, как о массе
Изучение же элементов, присущих материнской породе как одному из факторов почвообразования,- её свойств и явлений, происходящих в ней при соприкосновении с внешними агентами природы, и изучение вновь обособившихся свойств почвы вне зависимости от генетической перспективы, а лишь в пределах незначительных по величине промежутков времени, составляет предмет учения о почве как о массе, или статического почвоведения.
В настоящее время не подлежит уже сомнению, что первичная, начальная роль в создании организованной материи, а следовательно, и органического вещества принадлежит бесхлорофильной клетке. Мы не сделаем, однако, большой ошибки, если допустим, что при условиях настоящей геологической тюхи, переживаемой землёю, подавляющая, главная роль в создании органического вещества на земной поверхности принадлежит хлорофиллоносной клетке, Поэтому рассмотрение созидательной роли бесцветной клетки — бесхлорофильных растений в области почвообразовательного процесса мы отложим до той главы, где нам придётся изучать почвенные образования, в которых заметную роль играют эти организмы. Сейчас же мы займёмся изучением роли в почвообразовательном процессе двух основных его элементов — зелёных растений, созидающих органическое вещество, и бесцветных организмов, разрушающих это-вещество и переводящих его элементы вновь в минеральную форму.
Всякий корень, начиная развиваться в более поверхностном горизонте почвы, углубляется в нижележащие слои. По мере его развития в длину, одновременно происходит и его разрастание в толщину. При этом наибольшей своей величины развитие корня в толщину достигает в наиболее старых его частях, т. е. расположенных наиболее близко к поверхности почвы.
В схеме всякий корень, можно представить себе в виде конуса, обращенного своей вершиной вниз и споим основанием упирающегося в дневную поверхность почвы. На некотором расстоянии от своего верхнего конца корень начинает ветвиться, и каждая ветвь также на некотором расстоянии от своего верхнего конца образует вторичные ветви; вторичные ветви дают ветви третьего порядка и т. д.
Рис.1. Распределение массы и длины корневой системы растений: а – общая схема; б – схема распределения массы корневой системы; в – схема распределения длины корневой системы.
Всякая ветвь корня в схеме представляет такой же конус, обращенный вершиной вниз, как и главный корень. В общей сумме распределение всей массы корневой системы растения в почве может быть изображено схематически в виде конуса, обращенного своей вершиной вниз, а основанием к поверхности почвы (см. рис. 1, б).
Массе корневой системы соответствует находящаяся в определённом отношении к ней масса надземных органов. Отношение между массами корневой и надземной может варьировать в чрезвычайно широких пределах у различных видов растений. В среднем же, не допуская грубой ошибки, можно принять надземную массу высших растений приблизительно равною их подземной корневой массе.
Развиваясь, таким образом, корневая система будет постепенно усваивать необходимые для жизни растений минеральные вещества их зольной пищи во всей толще материнской породы по мере своего проникновения в неё. Ясно, что интенсивность усвоения этих минеральных веществ золы растений из различных горизонтов породы будет изменяться в том же направлении, как и длина корня.
Элементы корня, непосредственно всасывающие питательные вещества почвы,— корневые волоски развиваются по мере развития корня в длину в области, предшествующей самой молодой части его, и отмирают после известного срока существования, не возобновляясь более на местах, где они раз отмерли. Ясно, что общая всасывающая поверхность корневых волосков, пронизывающих почвенную массу или пронизывавших её в более ранние периоды развития корня, прямо пропорциональна длине корневых почвы или породы.
Мы видели выше, что почти все элементы золы растений, необходимые для их питания и содержащиеся в горных породах - сера, кальций, магний имеют ясно выраженное стремление к выщелачиванию во время процесса почвы выветривания горной породы и образования рухляковой материнской породы. Только железо и марганец избегают этой общей участи зольных элементов пищи растений. Но этот процесс выщелачивания питательных веществ из материнской породы может беспрепятственно иметь место только до тех пор, пока в материнской породе отсутствует корневая система растений.
Развивающиеся корни неизбежно нарушат молекулярное равновесие раствора, задерживающегося в материнской породе в силу её волосных свойств. Это нарушение должно произойти вследствие усвоения необходимых для растений солей — фосфора, серы, калия, кальция, марганца и железа, а также и солей азотной кислоты, появляющихся в породе под влиянием организмов, усвояющих свободный атмосферный азот. Неизбежным следствием такого нарушения молекулярного равновесия раствора явится осмотический ток тех веществ, которые были поглощены из раствора корневыми волосками и переведены в состояние нерастворимого в воде живого органического вещества. Очевидно, что этот осмотический ток растворённых солей должен быть направлен к тем областям раствора, в которых произошло обеднение этими солями, или, другими словами, к области развития корневых волосков.
