Рельеф как фактор почвообразования

Министерство сельского  хозяйства Российской Федерации

Федеральное  государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермская государственная  сельскохозяйственная академия

имени академика Д.Н. Прянишникова»

Факультет почвоведения, агрохимии, экологии и товароведения

Кафедра почвоведения

                                                                                                       УДК 631.48.144.2

Курсовая работа

по дисциплине «Общее почвоведение»

на тему «Рельеф как фактор почвообразования»

                                                                            Выполнила студентка 3

                                                                            3 курса агрохимического

                                                                            факультета  гр. АЭ-31А

                                                                            Мурзина О.В.

                                                                            Проверил  Дьяков  В.П.

                                                                                 профессор, кандидат с.х наук

Пермь 2012

УДК 631.48.144.2

Мурзина О.В. Рельеф как фактор почвообразования: Курсовая работа.

Пермь: ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА,2012. – 51c.

В работе дано понятие о процессах  почвообразования. Описаны факторы  почвообразования, формы рельефа и их роль в географии почв, группы почв по характеру увлажнения, морфолого - генетические формы рельефа .

Библ.-51, табл.-6, рис.-5. 

Содержание

Введение………………………………………………………………………..….4

1. Процесс почвообразования…………………………………………………….6

2. Факторы почвообразования…………………………………………………....9

3.Рельеф как перераспределитель солнечной энергии и атмосферной влаги на земной поверхности …………………………………………………………….27

4. Рельеф-как фактор почвообразования……………………………………….29

4.1 Формы рельефа и  их роль в географии почв………………………….32

4.2 Группы почв по характеру  увлажнения………………………………36

4.3 Морфолого –генетические формы  рельефа…………………………..38

5.Влияние рельефа на  развитие эрозионных процессов………………………43

6.Роль рельефа в миграции  растворимых продуктов выветривания  и почвообразования………………………………………………………………………....47

Выводы…………………………………………………………………………...49

Список использованных источников…..……………………………………..50

Введение

Почвы, сформированные на литосферной оболочке суши, были и остаются до сих пор главным объектом труда и средством производства человеческого общества. Потому не случайно теоретические и прикладные основы почвоведения формировались на результатах изучения этих почв.

Почвоведение – наука  о почвах, их образовании (генезисе), строении, составе и свойствах; о закономерностях их географического распространения; о процессах взаимосвязи с внешней средой, определяющих формирование и развитие главнейшего свойства почв – плодородия; о путях рационального использования почв в сельском народном хозяйстве и об изменении почвенного покрова в агрикультурных условиях.

Под факторами почвообразования понимаются внешние по отношению к почве компоненты природной среды, под воздействием и при участии которых формируется почвенный покров земной поверхности.

Роль рельефа в почвообразовании по преимуществу косвенная. Горный рельеф (орорельеф) способствует резкой смене материнских пород и климатических условий на небольших расстояниях. Он также обусловливает резко выраженные явления смыва. Атмосферные осадки в условиях горного рельефа в значительной части не попадают в почвенные горизонты, а уходят по склонам в реки, унося подвижные продукты выветривания и почвообразования.

Основатель генетического  почвоведения В. В. Докучаев положил  начало учению о факторах почвообразования. Он впервые установил, что формирование почвенного покрова теснейшим образом связано с физико-географической средой и историей ее развития, а также дал определение понятия «почва»: «Почвы - это поверхностные минерально-органические образования, которые всегда имеют свое собственное происхождение

Данная работа носит  реферативный характер и основывается на изучении отечественной литературы, в том числе по Пермскому краю. Цель курсовой работы является изучение рельефа как фактора почвообразования, его свойств и особенностей.

Задачи курсовой работы:

• Определить процессы и факторы почвообразования.
• Влияние рельефа на развитие эрозионных процессов.
• Изучить роль рельефа в миграции растворимых продуктов выветривания и почвообразования.

1. Процесс почвообразования

Почвообразование начинается с момента поселения живых  организмов на горных породах, движущей  силой которого является взаимодействие малого  биологического и большого геологического круговоротов веществ. На начальных стадиях первичный почвообразовательный процесс совпадал с выветриванием. Разрушительная сила ветра, воды и разные температуры превращали массивную горную породу в рыхлую, которая приобретала порозность, влагоемкость, водо- и воздухопроницаемость, в ней появились вторичные минералы. Она уже содержит некоторое количество питательных элементов в доступной для живых организмов форме. Порода постепенно обедняется зольными элементами вследствие их вымывания и вследствие того, что они уже усваиваются живыми организмами. В ранний абиотический период геологической истории это были геохимические циклы, а с появлением жизни на Земле они трансформировались в биогеохимические, поскольку большая часть явлений протекает при участии живых организмов или продуктов их жизнедеятельности. С появлением человека они трансформировались в технобиохимические циклы, так как круговорот веществ в природе в настоящее время в значительной степени определяется деятельностью человека.

Почвообразовательный  процесс имеет биофизико –  химический характер и представляет собой совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще. Основными составляющими этого процесса являются превращение минералов горной породы; накопление в почве органических остатков и их трансформация; взаимодействие органических и минеральных веществ и образование органоминеральных соединений; накопление в верхней части элементов питания; передвижение продуктов почвообразования с водой и формирование почвенного профиля.

Особенно большое значение в почвообразовании имеет малый  биологический круговорот веществ, определяющий цикличность биогеохимии почвообразования. Она обусловлена цикличностью поступления на поверхность Земли солнечной энергии, что в свою очередь, определяет продолжительность циклов развития растительных организмов, интенсивность и емкость биологического круговорота. Итогом биологического круговорота является:

1. извлечение организмами из горной породы питательных элементов;
2. синтез биомассы и включение поглощенных элементов в сложные органические соединения;
3. возврат в почву этих соединений с отмирающей биомассой в виде наземного опада и корней.

В результате происходит аккумуляция питательных элементов  в почве, что и формирует ее плодородие. Объем биологического круговорота, или емкость потребления элемента, определяется избирательной способностью организмов и запасом его доступных соединений в среде. В зависимости от экосистемы и физико-географических условий объемы биологического круговорота между собой существенно различаются. Например, хвойные леса на единицу площади потребляют почти в 4 раза меньше калия, в 2,5 раза меньше кальция, в 3 раза меньше магнии, чем широколиственные, а по потреблению азота, фосфора и серы они близки между собой (В.А.Ковда, 1973).

Наибольшее накопление органического вещества наблюдается  в лесных сообществах (таблица 1). В субтропических и широколиственных лесах оно достигает 4000-4100 т/га, во влажных тропических – 500т/га. В арктической тундре биомассы накапливается столько же, сколько и в пустыне, луговые степи накапливают до 25 т биомассы. Важны при этом не только количество, но и ежегодный прирост, структура биомассы, определяемая соотношением между надземной массой и корнями, и качество биомассы в зависимости от потребления элементов питания и возврата их с опадом. Наибольшая доля корней наблюдается в луговых степях (70-88%), наименьшая – в лесах (18-26%). Наименьшие потребление и возврат характерны для сосняков арктических тундр и пустынь. Неодинакова скорость  разложения органических остатков – в тропических лесах меньше, чем за год, отношение подстилки к опаду 0,5-0,7; в степях – 1,5, в тундре – 14, т.е. чем теплее и влажнее климат, тем быстрее разложение. В разложении участвуют главным образом членистоногие и дождевые черви, которые при 30 тыс. на 1 га могут переработать 1,5 т листвы и смешать ее с 15 т минеральной массы. Их может быть от 200 до 500 кг/га. В общем, живое вещество в почве создается, разрушается, вновь возобновляется. По В.И.Вернадскому, в ней протекают «вихри жизни»  (В.А. Ковда, 1973).

Таблица 1-Биологический круговорот веществ, ц/га( Л.Е. Родин 1965)

2. Факторы почвообразования

Почвообразовательный  процесс на земной поверхности протекает  под влиянием исключительного большого разнообразия сочетаний факторов почвообразования, что приводит к разнообразию типов почвообразования и соответствующим им типов, подтипов, родов и видов почв. В то же время в различных почвах повторяются одни и те же процессы, существенно однокачественные, но различающие в деталях своего проявления.

Такие общие для разных типов почвообразования процессы получили название элементарных почвообразовательных  процессов (Г.Б.Розанов,2004).

Климат. Климат – статистический многолетней режим погоды, одна из основных географических характеристик той или иной местности, главный количественный показатель состояния атмосферы и воздействующих на почву атмосферных процессов, прежде всего поступления в почву тепла и воды. Когда говорят о климате как факторе почвообразования, имеют в виду определенную часть атмосферы данной местности, характеризующуюся тем или иным климатическим режимом. Физическим телом природы выступает атмосфера со всем комплексом протекающих в ней процессов и явлений, а климат  служит статистическим отражением этих процессов.

Климат – явление  переменное. Он играет важнейшую роль в закономерном размещении типов почв по лику земного шара, ему принадлежит огромная роль в установлении определенных циклов динамики почвообразовательных процессов, их специфике и направленности. С климатическими условиями связана энергетика почвообразования. Климат оказывает существенное влияние как на состав и жизнедеятельность растительности, так и непосредственно на почву, ее водный и тепловой режимы.

Климат Земли есть результат взаимодействия многих природных факторов, главные из которых: а) приход и расход лучистой энергии Солнца, б) атмосферная циркуляция, перераспределяющая тепло и влагу, в) влагооборот, неотделимый от атмосферной циркуляции.

Главным фактором «общеземного» климата является лучистая энергия Солнца. В поступлении на земную поверхность лучистой энергии Солнца различают суточный и годичный ритмы, вызывающую такую же ритмичность в различных природных процессах, в том числе и почвообразовании. Кроме того, необходимо учитывать еще одиннадцатилетнюю цикличность активности Солнца, которая имеет своим следствием цикличность многих атмосферных явлений.

Участие лучистой энергии  в процессе почвообразования может быть прямым и косвенным. Тепловой режим почвы непосредственно зависит от поступления на поверхность почвы лучистой энергии. Важнейшее косвенное ее проявление – химическая энергия, освобождающая при разложении органических остатков и представляющая собой лучистую энергию Солнца, превращенную в химическую зелеными растениями в процессе фотосинтеза. Косвенное действие лучистой энергии осуществляется также через ее влияние на атмосферу. Тепло, расходуемое на нагревание почвы, создает в последний соответствующий температурный режим. Оно распространяется в почве двумя системами волн: с суточными и годичными циклами, причем каждый цикл состоит из двух полуциклов: нагревания и охлаждения. При этом средний годовой баланс тепла равен нулю, т.к. тепло целиком возвращается в атмосферу целиком, нагревая ее. Расход тепла почвой на нагревание атмосферного воздуха – один из видов обмена энергии между почвой и атмосферой. Та доля тепла, которая расходуется на испарение почвенной влаги, в большей своей части превращается в скрытую теплоту испарения и с водяным паром также уходят в атмосферу. Это другой вид обмена энергии между почвой и атмосферой.

Влияние атмосферы на ход почвообразовательного процесса очень велико. На первом месте должен быть указан обмен влагой между атмосферой и почвой, интенсивность и ход которого определяется годовой сумме осадков, их распределением в течение года и величиной суммарного испарения, куда входят, испарение влаги осадков, задерживаемым растительным пологом, испарение с поверхности почвы и транспирация растительностью.

Совместным влиянием лучистой энергии Солнца и атмосферы определяются типы водного и теплового режимов почвы (гидротермический режим), который в свою, очередь влияет, на скорость разложения и выщелачивания органических остатков, скорость распада минералов, скорость и направление передвижения веществ в почвенной толще и т.д.

Атмосфера – это источник кислорода для происходящих в  почве процессов окисления, дыхания корней и разложения органических веществ, а также источник азота, его оксидов, некоторых солей и пыли.

Между атмосферой и почвой непрерывно происходит газообмен, главным образом кислородом (из атмосферы в почву) и оксидом углерода (IV) (из почвы в атмосферу), а также воздухообмен вследствие действия ветра, изменений температуры почвы, ее влажности, атмосферного давления и колебаний уровня грунтовых вод (А.Х.Газизулин, 2007).

Температурные условия  сказываются прежде всего на продолжительности и интенсивности сезонного почвообразования, так как определяют длительность вегетационного периода. Почвообразование может протекать и при отрицательных температурах, но крайне медленно. От климатических условий также во многом зависит развитие процессов эрозии и дефляции (В.Д.Муха, 2003)

Таблица2-Группировка климата по термическим условиям

Животный мир. В почве обитает бесчисленное множество растительных и животных организмов, имеющих различные размеры и обладающих разнообразной активностью. Все они участвуют в образовании и эволюции почвы в качестве факторов синтеза гумусовых веществ и обуславливают ее плодородие, а также в превращении веществ, используемых высшими растениями для питания. Значение живых организмов в почве очень велико. Относительно большая масса их кажется совершенно ничтожной по сравнению с биологической активностью, которую они проявляют.

Высокая активность почвенных  организмов дает основание утверждать, что все естественные реакции, происходящие в почве, прямо или косвенно являются биохимическими по своей природе.

Преобразование органического  вещества отмирающих растений, включающий два взаимосвязанных, неотделимых друг от друга процесса – разложение и гумификацию, происходят в результате деятельности почвенных микроорганизмов и беспозвоночных животных (В.Д.Муха, 2003).

Микроорганизмы играют значительную роль в почвообразовательных процессах, оказывают существенное и многостороннее влияние на рост и развитие растительного организма.

Преобладающую часть  микрофлоры составляют сапрофитные  и метатрофные бактерии, которым органическое вещество служит источником питания и энергии. Потребляют они элементы и из минеральных соединений. Автотрофы используют для питания только минеральные соединения и ассимилируют углерод из углекислого газа. В качестве энергии им служат экзотермические реакции окисления, некоторые из них могут потреблять энергию солнечного света.

В большом количестве в почве содержаться актиномицеты и грибы, усваивающие азот как из органических, так и минеральных соединений.

 Встречаются в почве  и водоросли – зеленые сине-зеленые  диатомовые, поглощающие углекислоту за счет энергии солнечного света; последние могут поселяться и в некоторой глубине, в этом случае энергетическим материалом для них, как для бактерий и грибов, служит органическое вещество.

Общая масса микроорганизмов  на 1 га почвы может достигать  десятки тонн живой массы. Особенно богаты микрофлорой черноземы, где накапливаются до нескольких миллиардов микроорганизмов в 1 г почвы. Причем больше их бывает в поверхностных слоях почвы, значительно меньше – вниз по профилю. Они непрерывно размножаются.

Жизнь микроорганизмов  прежде всего связана с накоплением  в почве перегноя: сначала они  разлагают свежие животные и растительные остатки, микробную биомассу, корневой опад и корневые выделения, затем способствуют выделению веществ, по строению приближающие к гуминовым кислотам или соединениям необходимых для их синтеза. Эти вещества в клетках бактерий являются регуляторами дыхания, а при выделении во внешнюю среду окисляются и , взаимодействуя с азотсодержащими органическими соединениями, образуют первичную молекулу почвы.

Существенную роль играют микроорганизмы и в процессах  минерализации органических веществ почвы, приводящих к образованию необходимой для растений углеродистой и азотной пищи. Влияют микроорганизмы и  на фосфорный и калийный режимы почвы.

Резко изменяются количественные и качественные признаки микроорганизмов при внесении в почву органических и минеральных удобрений. В основном минеральные удобрения благоприятно влияют на почвенную микрофлору: в большой степени – азотные, в меньшей степени – фосфорные и калийные, но особенно хорошему ее развитию способствует органические удобрения.

Интенсивность распространения микроорганизмов находится в прямой зависимости от аэрации, водного и теплового режимов почв. Так, развитие целлюлозоразлагающих бактерий прекращается при 0°, бактерий – нирофикаторов – при 2 - 3°, аммонифицирующих бактерий, плесневых грибов – при минус 5°. Наименьшее содержание влаги для многих микроорганизмов составляет примерно 1,5 – 2 максимальной гигроскопичности. На ухудшение водного режима большая реакция у нитрофицирующих  и целлюлозоразлагающих бактерий. Данное свойство микроорганизмов определяет в основном замедленный темп разложения гумусовых веществ, а так же остатков растений и животного происхождения в засушливых районах.

Огромное значение в  природе играют микробы – фиксаторы  атмосферного азота – клубеньковые, вступающие в тесный контакт с бобовыми культурами, и свободно живущее – азотобактер, различные виды клостридиум, и некоторые грибы, сине – зеленые водоросли.

В обогащении почвой азотом большую роль играют и свободноживущие микроорганизмы. В основе микрофлоры, кроме анаэробных(клостридиум) и анаэробных(азотобактер) бактерий обнаружены более сотни других азотнакопителей – из семейств фотосинтетических бактерий, микробактерий, метанобактерий, актиномицетов, дрожжей, цианобактерий (И.Н.Листопадов,1984).

Численность микроорганизмов почве может достигать максимума независимо от сезона, но при конкретном сочетании условий: состава и количества питательных веществ, влажности, температуры и других свойств почв, взаимоотношений с почвенными микроорганизмами, солнечной активности.

Состав микробиоценозов во многом зависит от генетических свойств почв, средняя численность микроорганизмов является довольно стабильной величиной для определенного типа почв.

С увеличением степени  окультуренности почв активность биологических процессов в почвах значительно возрастает (Т.Н.Кулаковская,1984).

В почвах большинство  микроорганизмов в естественных условиях находятся в адсорбированном на твердых частицах состоянии: в перегнойно-глеевой почве и в черноземе 90% всех клеток, в дерново-подзолистых и в серых лесных почвах 50 – 60%, в каштановых почвах, красноземах, сероземах 70 – 80%. При этом, одни частицы заселены микроорганизмами очень плотно, другие  - слабее, третьи  -совершенно лишены их, что связанно с их особенностями.

Еще важная особенность  распространения микроорганизмов в почвах  является его микрочаговость, микрозональность, прослеживаемая вплоть до отдельных почвенных частиц. Это связано с общей почвенной неоднородностью и микрозональным строением почв в целом (Б.Г.Розанов,2004).

Растения. Растительные организмы, как известно, играют ведущую роль в формировании почвы. Они вовлекают в биологический круговорот огромную массу элементов минерального питания и являются основным организмом, синтезирующее органическое вещество, главным и непременным источником поступления его в почву. Влияние растительных организмов на развитие почвы настолько и многообразно, что нет такого явления в почве, которое протекало без прямого или косвенного участия растительных организмов и продуктов их жизнедеятельности.

Без растений невозможно  существование почвы и ее главного свойства - плодородия. Взаимодействие растений с почвой, их взаимное влияние основано на принципе прямой и обратной связи – почва – организмы. Каждый из компонентов этой связи выполняет определенные функции по отношению друг к другу, а вместе они составляют единую неразрывную систему. Почва является основой, субстратом существования растения, природной предпосылкой его жизнедеятельности, в то время как продукты жизнедеятельности растений являются биологическим источником формирования почвенного плодородия. Без участия биологического фактора формирование почвы в современном понимании не возможно.

Ежегодно растительный опад большого разнообразия растительных компонентов лесного сообщества формирует лесную подстилку, масса которой в зависимости от вида сообщества составляет 250 – 690 ц на 1 га, а в ней содержится от 1000 до 3238 кг химических элементов. В начальный период жизни растений, когда растительный опад невелик, а процессы его превращения еще не развиты активно, растительные организмы растут засечет потребления элементов пищи самой почвы. По следующем, по мере накопления подстилки, источником создания которой безусловно были почвенные ресурсы, растения в основном обеспечиваются пищей засчет превращения элементов подстилки постоянного и всевозрастающего круговорота элементов, содержащихся в ней.  Создается замкнутость круговорота элементов, основными звеньями которого являются  почва – растение – опад – подстилка.

Растения, как источник органических остатков, являющейся питательной средой для многих почвенных микроорганизмов, стимулирует развитие и активность микрофлоры в зоне корней и в местах скопления растительных остатков. Благодаря этому в почве активизируется круговорот веществ, усиливаются процессы минерализации органических остатков и синтеза гуминовых веществ (В.К.Пестряков, 1977).

Корневые системы растений – это непосредственный компонент  почвы, составная часть ее фазы.

Непосредственное полевое  изучение корневых систем в почвенном  разрезе или подготовленной траншее дает существенную информацию о свойствах почвы, ее потенциальных возможностях и строении почвенного профиля. Морфология корневых систем определяется, с одной стороны, биологическими особенностями, с другой – особенностями почвы, на которой они произрастают, ее составом, строением, особенностями профиля, водносоставом, теплового и пищевого режима (Б.Г.Розанов, 2004).

Животные. Животное население почв многочисленно и разнообразно. Оно довольно специфично для разных видов почв и, согласно представлениям некоторых биологов, может служить надежным диагностическим признаком почвообразования.

Количество почвенных  животных сильно варьирует в различных  экологических условиях, формирующиеся в различных типах почв. Размеры почвенных животных также варьирует в широких пределах. По размеру особей представителей почвенной фауны можно разделить на несколько групп, в состав которых входят различные классы, отряды, семейства животного царства. Согласно Башелье выделяются следующие группы почвенных животных:

Микрофауна – менее 0,2 мм – главным образом, простейшие, нематоды, ризоподы, эхинококки, обитающие во влажной среде почвенных микропор внутри агрегатов.

Мезофауна – от 0,2  до 4 мм – микроартроподы, мельчайшие насекомые, некоторые мириаподы и черви, обитающие во внутриагрегатных и межагрегатных достаточно влажных порах. 

Макрофауна – от 4 до 80 мм – земляные черви, моллюски, мириаподы, насекомые (муравьи, термиты и т.д.).

Мегафауна – более 80 мм – крупные насекомые, крабы, скорпионы, кроты, змеи, черепахи, мелкие и крупные грызуны, лисы, барсуки и другие животные, роющие в почвах норы и ходы.

Животные представлены в почвах многими тысячами видов  и многими миллионами особей. В большинстве случаев сосредоточены они в гумусовых горизонтах почв, причем чем больше гумуса, тем обильнее и разнообразнее почвенная фауна; однако здесь нет прямой зависимости: есть почвы очень бедные гумусом и в то же время очень богаты почвенной фауной, например сероземы, особенно орошаемые, или кросно – бурые саванные почвы (Б.Г.Розанов,2004).

Большую роль в превращении  растительных остатков играют различные мелкие животные, живущие в почве. Поедая органические остатки, они способствуют не только их разложению, но и тесному перемешиванию и связыванию органических веществ с минеральной частью почвы.  В этом отношении особенно велика роль дождевых червей, затаскивающих в свои норки разлагающиеся листья (А.Х.Газизулин, 2007).