Кауричев И.С., Гречин И.П. (ред.) Почвоведение

Подождите немного. Документ загружается.

Н. М. Сибирцев

нию о зонах природы» (1899), «Мате-

риалы к оценке земель Нижегород-

ской губернии (14 вып., 1884—1886),

«Материалы к оценке земель Полтав-

ской губернии» (16 вып., 1889—1894),

«Труды экспедиции, снаряженной Лес-

ным департаментом» (18 вып., 1884—

1898),

«Материалы по изучению рус-

ских почв» (10 вып., 1885—1886), «На-

ши степи прежде и теперь» (1899).

В 1899 г. В. В. Докучаевым был

основан журнал «Почвоведение», вы-

ходящий и в настоящее время.

Докучаев является классиком

естествознания и агрономии. Его тру-

ды создали мировую славу русскому

и советскому почвоведению.

Н. М. Сибирцев (1860—1900) —

наиболее близкий ученик, последова-

тель и сотрудник. В. В. Докучаева.

В своих трудах Н. М. Сибирцев

развивал учение В. В. Докучаева о

почве как естественноисторическом об-

разовании и учение П. А. Костычева

о почве как среде для произрастания сельскохозяйственных растений.

Основные исследования Сибирцева касались классификации и кар-

тографии почв, методики почвенных исследований, борьбы с засухой и

бонитировки почв. Он был помощником В. В. Докучаева в экспедициях

по исследованию почв в Нижегородской губернии (1882) и в экспедиции

Лесного департамента.

Сибирцев подчеркивал, что формирование почвы есть результат из-

менения горных пород под совместным воздействием абиотических и

биологических факторов.

Н. М. Сибирцев с 1894 г. руководил первой кафедрой почвоведения

в Ново-Александрийском сельскохозяйственном институте, написал

учебник по почвоведению, вышедший в 1899 г.

П. А. Костычев (1845—1895), по выражению Сибирцева, является

«вторым сооснователем» почвоведения. Его работами заложены науч-

ные основы агрономического почвоведения. Изучение почвы и растений

в их тесной взаимной связи, хорошее знание сельского хозяйства позво-

лили Костычеву сделать ряд ценных теоретических обобщений в области

почвоведения и земледелия.

Костычев определял почву как верхний слой земли, на глубину

которого распространяется основная масса корней растений, подчерки-

вая тем самым теснейшую связь почвообразования с жизнедеятельно-

стью растений. Он впервые выдвинул положение о том, что образование

гумуса связано с жизнедеятельностью микроорганизмов.

Особенно большое значение имеют работы Костычева по изучению

скорости разложения растительных остатков в зависимости от темпе-

ратуры, влажности, физических свойств почвы, а также наличия из-

вести.

П. А. Костычев указывал на большую роль водопрочной структуры

в плодородии почв. Он тесно связывал все приемы агротехники со свой-

ствами почв и подчеркивал необходимость видоизменять приемы обра-

ботки в зависимости от почвенных и климатических условий и даже на

одной территории в зависимости от погодных условий данного года.

В работе «Почвы черноземной области России» (1886) им рассмотрены

особенности гумусообразования в почвах и изложена система мероприя-

П. А. Костычев.

тий по повышению плодородия черно-

земных почв. Заслугой Костычева бы-

ло установление тесной связи между

почвоведением и земледелием.

Последнее десятилетие XIX в. и

начало XX в. в истории отечественно-

го почвоведения связаны с широким

изучением почв страны на основе гене-

тического учения о почве. Вместе с

гем, на основе развития общих естест-

веннонаучных дисциплин — физики,

химии, биологии, в почвоведении на-

чинают формироваться отдельные от-

расли этой науки — физика, физико-

химия, химия, биология почв и др.

В развитии географии, генезиса

и классификации почв особое место

занимают труды К- Д. Глинки,

С. С. Неуструева, Л. И. Прасолова

др.

К. Д. Глинка (1867—1927)—пер-

вый академик-почвовед. Под его руко-

водством были проведены экспедици-

онные исследования почв и, в частно-

сти,

изучение почв азиатской части России по заданию Главного пере-

селенческого управления (1908—-1915). Эти изыскания не утратили

своего значения и в настоящее время. К. Д. Глинкой написан фунда-

ментальный учебник почвоведения, опубликованный в 1908 г., и вы-

шедший в шести изданиях. Глинке принадлежит ряд оригинальных ра-

бот в области выветривания горных пород, генезиса и классификации

почв.

Начиная с 1900 г. К. Д. Глинка заведовал кафедрами почвоведения

в Ново-Александрийском, Воронежском, Ленинградском сельскохозяй-

ственных институтах. Он был одним из главных организаторов Почвен-

ного комитета и Почвенного института им. Докучаева.

К. Д. Глинка сыграл выдающуюся роль в популяризации идей и

методов русского и советского почвоведения за границей.

П. С. Коссович (1862—1915) —один из основоположников экспери-

ментального изучения физических, химических и агрохимических

свойств почв. В своих трудах «Основы учения о почве» (1911), «Курс

почвоведения» (1903), «Почвообразовательные процессы как основа

генетической почвенной классификации» (1910) он не только системати-

зировал фактические сведения о почвах, но и развил оригинальные пло-

дотворные идеи по вопросам почвообразования, классификации и эво-

люции почв.

С. С. Неуструев (1874—1928). Крупной заслугой его было углуб-

ленное развитие положений Докучаева о факторах почвообразования.

В первом в истории почвоведения курсе по географии почв «Элементы

географии почв» он детально рассмотрел факторы почвообразования в

связи с особенностями ландшафтов страны, считая почву как «неотъем-

лемый и весьма характерный элемент всякого естественного ланд-

шафта».

Л.

И. Прасолову (1875—1954) принадлежит ряд классических ра-

бот по географии почв страны и отдельных ее регионов (Поволжье, При-

азовье, Забайкалье и др.). Прасоловым разработаны научные основы

современной почвенной картографии, создан ряд почвенных карт стра-

ны и мира.

В.

Р. Вильяме (1863—1939)—выдающийся советский ученый, ака-

демик, почвовед и агроном. Он возглавил новое биологическое направ-

ление в почвоведении, объединившее ге-

нетическое почвоведение, созданное До-

кучаевым, и агрономическое почвоведение

Костычева.

Наиболее важные и оригинальные

концепции были высказаны В. Р. Виль-

ямсом по следующим вопросам: о сущ-

ности почвообразовательного процесса

и природе отдельных почвообразователь-

ных процессов, о большом геологическом

и малом биологическом круговороте ве-

ществ, о плодородии, гумусе и структуре

почв.

Свои положения в области генетиче-

ского почвоведения В. Р. Вильяме тесно

связывал с практическими вопросами

повышения плодородия почв. Он выдви-

нул и обосновал учение о биологическом

круговороте веществ как основе почво-

образования.

Вильяме показал роль биологических

процессов в формировании важнейших

свойств почв, установив, что в развитии

почв ведущая роль принадлежит биологическому фактору; дал ориги-

нальную трактовку понятия о растительных формациях применительно

к почвоведению как природных комбинациях высших зеленых растений

и микроорганизмов, состав и жизнедеятельность которых влияют на на-

правление почвообразовательного процесса.

Согласно взглядам Вильямса, почвообразование представляет со-

бой единый процесс воздействия элементов биосферы на литосферу.

«Почвообразование представляет один из следов... беспрерывного

процесса эволюции жизни на земной поверхности. Это один, общий,

грандиозный по масштабу и продолжительности процесс». В зависимо-

сти от характера растительности, микроорганизмов и животного мира,

времени воздействия биологических факторов на материнскую породу

и конкретных условий среды (особенности климата, рельефа), в кото-

рых протекает этот непрерывный процесс, он приводит к различным

формам своего проявления и образованию почв с различными свойства-

ми и плодородием.

Взгляды Вильямса в области теории отдельных почвообразователь-

ных процессов (подзолистый, дерновый, болотный) оказали большое

влияние на дальнейшее развитие представлений о генезисе почв.

Вильяме выделял из всех многочисленных свойств почвы ее глав-

ный качественный признак

—

плодородие и рассматривал почвообразо-

вательный процесс как процесс развития плодородия почвы. Взяв за

основу положение Докучаева о развитии почвы, Вильяме показал, что

эволюция почв неразрывно связана с изменением их плодородия.

Большое внимание Вильяме уделил разработке теоретических поло-

жений проблемы почвенного гумуса и, в частности, влиянию микробио-

логической деятельности на образование гумуса, его свойства. Работы

Вильямса в области изучения гумуса почв оказали большое влияние на

дальнейшее исследование этой проблемы.

Б.

Б. Полынов (1877—1952) —крупный советский ученый-почвовед,

академик. Им были разработаны важные положения о роли биогеохи-

мических явлений в выветривании и почвообразовании.

В советский период получили дальнейшее развитие и оформились

как самостоятельные разделы почвоведения география, картография,

физика, химия, биология, минералогия и мелиорация почв. Развитие хи-

мии и физико-химии почв связано с име-

нами К. К. Гедройца, А. Н. Соколовско-

го,

И. Н. Антипова-Каратаева и других

ученых.

К. К. Гедройц (1872—1932)—вы-

дающийся ученый, академик, обогатив-

ший почвоведение крупными исследова-

ниями в области изучения почвенных

коллоидов и поглотительной способности

почв.

Он показал значение коллоидов и

обменных катионов в развитии свойств

пвчв и питании растений.

К- К. Гедройцем разработаны многие

методы химического анализа почв. Ос-

новные его научные труды — «Химиче-

ский анализ почвы», «Учение о поглоти-

тельной способности почв», «Солонцы, их

происхождение».

К. К. Гедройцем дан глубокий ана-

лиз свойств почв с точки зрения условий

развития сельскохозяйственных расте-

ний, а также теоретическое обоснование К. К. Гедройц.

мероприятий по известкованию и фосфо-

ритованию почв, гипсованию солонцов, промывок солончаков и т. д.

Труды К. К. Гедройца были новым этапом в развитии почвоведения

и послужили основой современных взглядов на физико-химическую сущ-

ность процессов почвообразования и способов повышения плодородия

почв.

И. В. Тюрин (1892—1962)—академик, экспериментатор; известен

как автор трудов по генезису, географии и химии почв и разработке

методов химического анализа почв.

В его монографии по вопросам органического вещества дана кон-

цепция о гумусовых веществах почвы, как группе высокомолекулярных

веществ специфической природы, образующихся в результате биохими-

ческих процессов. Широко известна предложенная им методика опреде-

ления гумуса и группового состава органического вещества почв.

И. В. Тюрину принадлежит большая роль в развитии международных

связей по почвоведению и пропаганды советского почвоведения за ру-

бежом.

Исключительная роль в изучении условий питания растений и раз-

работке вопросов удобрения почв принадлежит академику Д. Н. Пря-

нишникову, основателю отечественной школы в агрохимии.

Работы в области теоретических исследований по физике почв, на-

чатые Костычевым и Коссовичем, были в дальнейшем блестяще развиты

в трудах Г. И. Высоцкого, В. Р. Вильямса, А. Ф. Лебедева, А. А. Роде,

Н. А. Качинского и других ученых.

В настоящее время накоплен обширный фактический материал по

характеристике физических свойств почв; для многих типов почв обстоя-

тельно изучены водно-воздушный и тепловой режимы.

Современный период в развитии советского почвоведения характе-

ризуется теоретическими исследованиями во всех разделах науки, боль-

шим масштабом работ по учету, оценке и картографированию почв и

активным участием почвоведов в решении практических вопросов повы-

шения плодородия почв и их рационального использования.

Особое значение приобрели стационарные исследования в области

изучения современных почвенных процессов и режимов, позволяющие

наиболее глубоко решать вопросы генезиса, классификации почв и раз-

работки мероприятий по повышению их плодородия.

Значительных успехов достигли химия, биология, минералогия и

мелиорация почв. Накоплен обширный материал о химических и биоло-

гических свойствах и минералогическом составе почв многих типов.

Экспериментальные исследования в области почвоведения связаны

с широким применением достижений физики и химии.

В нашей стране завершается крупномасштабное картографирова-

ние пахотных почв, развернуты работы по агропочвенному районирова-

нию и бонитировке почв. Проведены обширные работы по изучению почв

в связи с землеустройством колхозов и совхозов, освоением целинных и

залежных земель, мелиорацией почв, созданием лесозащитных насаж-

дений и другими важными мероприятиями в области сельского хо-

зяйства.

В связи с интенсификацией сельского хозяйства особенно возросла

роль почвоведов в деле наиболее рационального использования почвен-

ных богатств, правильной агрономической оценки почв в целях их ме-

лиорации, разработки мероприятий по борьбе с эрозией и т. п.

Благодаря глубоко научным принципам отечественное почвоведение

оказало огромное влияние на развитие учения о почвах за рубежом.

Докучаевское учение о генезисе почв, естественноисторический метод

изучения почв были положены в основу развития почвоведения во мно-

гих странах мира. Русские названия почв «подзол», «чернозем», «соло-

нец» и др. имеют интернациональное употребление.

Распространению идей и методов отечественного почвоведения в зна-

чительной мере способствовали перевод на языки других стран работ

русских и советских почвоведов-, а также систематическое участие со-

ветских почвоведов в международных конгрессах.

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

СОСТАВ И СВОЙСТВА ПОЧВ

ГЛАВА I

ВЫВЕТРИВАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД

И МИНЕРАЛОВ. МЕХАНИЧЕСКИЙ

И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ

ПОЧВООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД И ПОЧВ

Почва образуется из горных пород в результате процессов

выветривания и почвообразования. Еще В. В. Докучаев провел резкую

грань между почвой и горной породой, указав, что горная порода лишь

тогда превращается в почву, когда она подвергается сложным процес-

сам воздействия «воды, воздуха и различного рода организмов...». Вы-

ветривание подготавливает горные породы к образованию из них почв

и является важнейшей частью процесса их формирования.

ВЫВЕТРИВАНИЕ

Под выветриванием понимают механическое разрушение и химиче-

ское изменение горных пород и их минералов.

Наружные горизонты горных пород, где протекают процессы вы-

ветривания, называются корой выветривания. В ней различают две зоны:

зону поверхностного, или современного, выветривания и зону глубинно-

го,

или векового, выветривания. Мощность коры современного выветри-

вания, в которой может протекать почвообразовательный процесс, ко-

леблется в пределах от нескольких сантиметров до 2—10 м.

В едином процессе выветривания различают по преобладающему

действию тех или других факторов три его формы — физическое, хими-

ческое и биологическое. Все они тесно связаны друг с другом.

Физическое выветривание

—

это процесс механического раздробле-

ния горных пород и их минералов на обломки различной величины и

формы без изменения их химического состава. Процессы физического

выветривания протекают под влиянием колебаний температуры, дейст-

вия воды в жидком и твердом виде, ветра и других факторов. Днем верх-

ние слои горной породы нагреваются и вследствие этого расширяются;

внутренние слои в силу низкой теплопроводности оказываются менее

прогретыми. В результате создается разное молекулярное натяжение

верхних и внутренних слоев породы, и она растрескивается параллель-

ными поверхности трещинами. За ночь верхние слои породы охлажда-

ются, но опять-таки в силу низкой теплопроводности внутренние слои

будут иметь более высокую температуру и находиться в более расши-

ренном состоянии, чем верхние. В результате ночного охлаждения в по-

роде возникнут вертикальные трещины.

Растрескивание горной породы происходит вследствие разных ко-

эффициентов расширения минералов, слагающих породу. Например,

входящие в состав гранита минералы характеризуются следующими

коэффициентами объемного расширения: кварц

—

0,000310, ортоклаз

—

0,000170, роговая обманка

—

0,000284, то есть при нагревании кварц

увеличивается в объеме почти в 2 раза больше, чем ортоклаз; роговая

обманка на 7з больше ортоклаза.

2 Почвоведение

Расширение при нагревании и сжатие при охлаждении преодолева-

ют силы сцепления между минералами в породе, и она распадается на

множество обломков различной величины, начиная от глыб и кончая

частицами, измеряемыми десятыми и сотыми долями миллиметра.

Под влиянием нагревания и охлаждения происходит механическое

разрушение даже таких мономинеральных пород, как мрамор, так как

коэффициент расширения кристаллов одного и того же минерала по

разным осям спайности неодинаков.

Выветривание начинается с поверхности, здесь возникают большие

градиенты суточных и сезонных температур. Постепенно процессы вы-

ветривания захватывают более глубокие слои породы и затухают в поясе

постоянных температур. Наиболее интенсивно физическое выветривание

происходит при больших амплитудах колебания температур; например,

в жарких пустынях поверхность пород иногда нагревается до 60—70°, а

ночью охлаждается почти до

0°

С.

Физическое выветривание ускоряется при наличии воды, которая,

проникает в трещины горных пород, создает капиллярное давление

большой силы (в трещинах величиной 1 мк это давление составляет око-

ло 1,5 кг/см

, в трещинах 1 ммк увеличивается до 1500 кг/см

). Еще

больше разрушающая сила воды при замерзании. Вода при замерзании

расширяется на '/ю своего объема и оказывает давление на стенки тре-

щин горных пород 890 кг/см

и больше.

В областях аридного климата аналогичную роль играют соли,про-

никающие в трещины и кристаллизующиеся в них. Так, ангидрид

(CaSO-i), присоединяя воду, превращается в гипс (CaS04-2H

0), увели-

чиваясь при этом в объеме на 33%.

В результате физического выветривания горная порода покрывает-

ся рыхлой массой, способной пропускать воздух и воду и задерживать

некоторое количество последней. Физическое выветривание, раздробляя

и разрыхляя массивные породы, значительно увеличивает общую поверх-

ность, что создает благоприятные условия для проявления процессов

химического выветривания.

Химическое выветривание

—

это процессы химического изменения

и разрушения горных пород и составляющих их минералов с образова-

нием новых минералов и соединений.

Наиболее энергично химическому выветриванию подвергаются маг-

матические породы, сформировавшиеся в условиях высоких температур

и давления при недостатке газообразного кислорода и воды. На земной

поверхности эти породы попадают в совершенно иные условия: низкие

температуры и давление, большие количества кислорода и воды в жид-

кой форме, что делает породы химически неустойчивыми.

Важнейшими факторами химического выветривания являются во-

да, углекислый газ и кислород. Вода служит энергичным растворителем

горных пород и минералов. Разложение минералов водой усиливается

с повышением температуры и насыщением ее углекислым газом; по-

следний придает воде кислую реакцию, что увеличивает разрушающее

действие на минералы. На ход химического разложения минералов влия-

ет также температура. Повышение температуры на каждые 10° ускоряет

течение химических реакций в 2—2,5 раза. Этим следует объяснить ин-

тенсивное химическое выветривание в экваториальных областях и за-

медленное в полярных.

Большую роль в процессах химического выветривания играет ки-

слород, который, проникая в горные породы на значительную глубину,

обусловливает процессы окисления. При химическом выветривании раз-

личают ряд процессов, среди которых наиболее важными являются рас-

творение, гидролиз, гидратация и окисление.

Процессы растворения горных пород водой и особенно водой, со-

держащей С0

и другие соединения, широко распространены в природе.

Так, растворимость кальцита при 25° составляет 0,0145 г в 1 л воды,

а при содержании в воде С0

растворимость его резко повышается

вследствие перехода СаС0

в более растворимую форму — бикарбонат:

СаСОз + С0

+ Н

=J*

Ca (НС0

)

Повышается растворимость минералов в воде, содержащей соли,

особенно хлористые.

Основной химической реакцией при взаимодействии воды с мине-

ралами магматических пород является гидролиз. Реакция гидролиза

приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных металлов

кристаллической решетки на ионы водорода диссоциированных молекул

воды. Схематически эту реакцию для ортоклаза можно выразить так:

K2Al

+2H

0->H

-f2KOH.

Образующийся КОН обусловливает щелочную реакцию раствора,

при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической ре-

шетки с отщеплением части кремнезема и образованием каолинита. На-

пример,

+ nH

0-^H

0 + 4Si0

КОН при наличии С0

переходит в форму карбоната:

2К0Н + С0

= КгСОз + Н

При присутствии большого количества воды и С0

в сочетании с вы-

сокой температурой, что наблюдается в условиях тропического и суб-

тропического климатов, возможен дальнейший гидролиз каолинита с об-

разованием свободных гидратов окиси алюминия и кремнезема:

0->Al

0 -f- Si0

В результате гидролиза силикатов получаются новые продукты, хи-

мически более стойкие в термодинамических условиях поверхностного

выветривания. С деятельностью воды связана также гидратация, то

есть химический процесс присоединения частиц воды к частицам мине-

ралов. Например,

2Fe

+3H

0=2Fe

гематит лимонит

Гидратация наблюдается и в более сложных по составу минера-

лах— силикатах и алюмосиликатах. Она приводит к разрыхлению по-

верхности минералов, что обеспечивает в дальнейшем их взаимодейст-

вие с окружающим водным раствором, газами и другими факторами вы-

ветривания.

Окисление

—

реакция, широко распространенная в зоне вывет-

ривания. Окислению подвергаются многочисленные минералы — содер-

жащие закисное железо или другие способные к окислению элементы.

Характерным примером окислительных реакций при выветривании мо-

жет служить взаимодействие сульфидов с молекулярным кислородом

в водной среде. Так, при окислении пирита наряду с сульфатами и гид-

ратами окисей железа образуется серная кислота, участвующая в соз-

дании новых минералов:

2FeS

+ 70

+ 2Н

0 = 2FeS0

+ 2H

12FeS0

+ 6Н

0 + 30

= 4Fe

(S0

)

-f 4Fe(OH)

2Fe

(S0

)

+ 9H

0 = 2Fe

•

0 + 6H

В процессе окисления изменяется первоначальная окраска горных

пород, появляются желтые, бурые, красные тона. Сильно окисленные

породы обычно приобретают землистое пористое строение (например,

красноцветная кора выветривания),