Клебанович Н.В. (сост.) Почвоведение и земельные ресурсы

Подождите немного. Документ загружается.

ПОЧВОВЕДЕНИЕ И ЗЕМЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ

КУРС ЛЕКЦИЙ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

географического факультета

Стр.

Введение 3

1 История развития науки 4

1.1 История почвоведения в Беларуси 7

2. Факторы и условия почвообразования 9

3. Стадийность почвообразования 13

4. Классификация почвообразующих пород 17

5. Морфология почв 21

5.1. Строение почвенного профиля 21

5.2. Структура почв 23

5.3. Гранулометрический состав почв 24

5.4. Сложение почв и их горизонтов 27

5.5. Окраска почвы 28

5.6. Новообразования и включения 29

6. Фазовый состав почв. Состав твердой фазы. 30

7. Минералогический состав твердой фазы почв 35

8. Физические свойства твердой фазы 44

9. Вода в почве 49

9.1. Категории (формы) и состояния почвенной воды 51

9.2. Водоудерживающая способность и влагоемкость почвы 60

9.3. Почвенно-гидрологические константы 61

9.4. Водопроницаемость почв 63

9.5. Водоподъемная способность почв 65

9.6. Поведение и состояние воды в почве 68

9.7. Потенциал почвенной влаги 68

9.8. Доступность почвенной воды для растений 73

9.9. Водный режим почв, его типы и регулирование 75

10. Химия почвенных вод 80

10.1 Методы выделения почвенных растворов 81

10.2 Химический состав почвенных растворов 82

10.3. Динамика концентрации почвенного раствора 85

10.4. Роль почвенных растворов в продукционном процессе 86

11. Газовая фаза почвы 88

11.1. Состав почвенного воздуха и воздушные свойства почв 88

11.2 Газообмен между воздухом и атмосферой 90

11.3. Формы почвенного воздуха 91

12. Тепловой режим почв. Радиоактивность почв. 93

13. Эрозия почв и меры борьбы с ней 95

14. Поглотительная способность почв 100

14.1. Адсорбционные свойства почвенных коллоидов 105

14.2. Поглощение катионов почвой 107

14.3. Поглощение анионов почвой 110

14.4. Катионообменная способность почв 111

15. Химия элементов и соединений в почвах 119

15.1. Основные химические элементы в почвах 119

15.2. Микроэлементы в почвах 130

15.3. Тяжелые металлы в почвах 136

15.4. Химический состав почв 144

15.5. Химические реакции и процессы в почвах 146

15.6. Химическое загрязнение и охрана почв 150

15.7. Реакция почвенной среды 153

15.8. Содержание питательных элементов в почвах Беларуси 156

16. Окислительно-восстановительные реакции и процессы в почвах 162

16.1. Окислительно-восстановительный потенциал 162

16.2. Потенциал-определяющие системы в почвах 164

16.3. Типы окислительных режимов почв 166

17. Органическое вещество почв 167

18. География почв мира 176

18.1. Система таксономических единиц 176

18.2. Почвенно-географическое районирование 178

18.3 Почвенный покров ландшафтно-географических поясов 181

18.4. Почвы полярной зоны 183

18.5. Почвы тундровой (субарктической) зоны 185

18.6 Почвы таежно-лесных ландшафтов 186

18.7. Почвы зоны смешанных лесов 190

18.8 Почвы широколиственных лесов 192

18.9. Суббореальный пояс. Черноземные почвы лесостепной и степной зон 197

18.10.

Каштановые почвы сухих степей 203

18.11.

Почвы субтропиков. Почвы и почвенный покров полупустынь и пустынь 206

18.12.

Гидроморфные почвы пустынной и степной зон 214

18.13.

Красноземы и желтоземы влажных субтропических лесов 216

18.14.

Коричневые почвы. Бруниземы. 218

18.15.

Краткий обзор почв тропического пояса 223

18.16.

Почвы и почвенный покров влажных лесных тропических областей 225

18.17.

Почвы тропических ландшафтов сезонного атмосферного увлажнения 230

19. Характерные черты почв горных областей 237

20. Земельные ресурсы мира 240

20.1. Степень земледельческого использования зон мира 242

21 Плодородие почв 246

22. Принципы и системы рационального землепользования 251

23. Почвы Беларуси 261

23.1. Современное состояние и структура земель Беларуси 261

23.2. Характеристика условий и факторов почвообразования 263

23.3. Классификация и характеристика типов почв Беларуси 273

23.4. Почвенно-географическое районирование территории Беларуси 296

Рекомендуемая литература 303

Введение

Курс географии почв занимает особое место в географическом образовании,

что обусловлено исторически. Генетическое почвоведение – наука, положившая

начало изучению взаимосвязей между составными частями природы и таким нау-

кам как ландшафтоведение. Формирование тех или иных почв – яркий пример

взаимодействия компонентов природной среды.

Почва образуется на поверхности Земли в той части биосферы, где смыкают-

ся и проникают друг в друга литосфера, атмосфера и гидросфера, и где плотность

живого вещества планеты особенно велика. Поэтому почва представляет собой

биокосную систему, в которой роль живого вещества особенно велика. В.И. Вер-

надский показал, что в этой оболочке все процессы носят в той или иной степени

биогеохимический характер. Захватывая энергию Солнца, живые вещества соз-

дают химические соединения, при распадении которых энергия высвобождается в

форме, могущей производить химическую работу. Вследствие биокосной приро-

ды в почве непрерывно идут процессы обновления и трансформации энергии. В

биокосной природе и высокой энергетической активности почв лежит причина

плодородия, т.е. способности производить урожай культурных растений.

Почва образуется в ходе почвообразовательного процесса – совокупности яв-

лений превращения и перемещения веществ и энергии под влиянием Солнца в

поверхностном слое горных пород при взаимодействии живых организмов и про-

дуктов их распада с минеральнымисоединениями горных пород, воды и воздуха.

Почва – сложная открытая динамическая система, представляющая собой од-

новременно и результат взаимодействия факторов почвообразования, и ту среду,

в которой этот процесс осуществляется в настоящее время. Циклы возобновления

главных почвообразователей различны: от нескольких часов (газообмен и влаго-

обмен) до десятков тысяч лет (образование почвообразующих пород). Поток ма-

териальных частиц связывает компоненты ландшафта в единое целое, и ключе-

вую роль здесь играет почва: через нее проходит миграционный поток элементов,

она отражает материальный состав дроугих компонентов и является веществен-

ным выражением их геохимической связи. Почва является подсистемой в более

сложной системе – биогеоценозе (по В.Н. Сукачеву) или элементарном ландшаф-

те (по Б.Б. Полынову – основателю геохимии ландшафтов).

Почва образует особую геосферу на земле – педосферу, или почвенный по-

кров Земли, являясь одновременно важным компонентом биосферы. Главные

глобальные функции почвы: 1. Обеспечение жизни на Земле. Почва- следствие

жизни и условие ее существования. 2. Почва – важный фактор обеспечения взаи-

модействия большого геологического и малого биологического круговоротов ве-

ществ на земной поверхности. 3. Регулирование химического состава атмосферы

и гидросферы. 4. Регулирование биосферных процессов. 5. Аккумуляция активно-

го органического вещества и связаннолй с ним энергии.

Почва – естественно-историческое органо-минеральное биокосное тело,

сформировавшееся в особых условиях климата и рельефа под влиянием живых и

мертвых организмов в гравитационном поле Земли, обладающее плодородием.

Или: почва – обладающая плодородием сложная полифункциональная многофаз-

ная поликомпонентная открытая структурная система в поверхностном слое коры

выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы,

организмов, климата, рельефа и времени.

Почвоведение – наука о почвах, их строении, составе, свойствах и географи-

ческом распространении, закономерностях ее происхождения, развития, функ-

ционирования и роли в природе, путях и методах ее мелиорации, охраны и рацио-

нального использования в хозяйственной деятельности человека. Почвоведение

существует немногим более 100 лет, но за это время превратилось в мощную от-

расль естествознания. Теоретической основой науки является последовательный

историзм, генетический подход к анализу почвенных явлений и рассмотрение их

в тесной взаимосвязи с другими компонентами природной среды.

В системе естественных наук почвоведение тесно связано с физикой, химией,

геологией, географией… и опирается на разработанные ими фундаментальные за-

коны и методы исследования (рис. 1). В самостоятельные отрасли выросли химия

почв, ………

Научной основой для нормального функционирования целого ряда приклад-

ных наук о земле (землеустройства, земельного кадастра, мелиорации, планиро-

вания инженерных сооружений и транспортной сети, других) стала почвенная

карта. Сами стали прикладными многие отрасли почвоведения: агро-, лесное, ме-

лиоративное, военное, санитарное, строительное (грунтоведение)…

В целом можно разделить почвоведение на

Общее Прикладное

Педогностика Морфология почв Сельскохозяйственное

Химия почв

Физика почв

Минералогия почв Мелиоративное

Биология почв

Энергетика почв

Педография География почв Лесное

Картография почв

Систематика почв

Экология почв Санитарное

Оценка почв

Информатика (?)

Историческое почвоведение Палеопочвоведение Инженерное

Генетика почв

Динамическое почвоведение Плодородие почв

Мелиорация почв Экологическое

Технология почв

Эрозия почв

Охрана почв Военное

Региональное почвоведение

История и методология науки

1. История развития науки

Корни научных знаний о почве уходят в глубокую древность и связаны с за-

рождением земледелия. Тысячелетиями шло накопление гипотез, фактов. Знание

становится наукой лишь тогда, когда формулируются в определенной системе за-

коны природы, адекватно отражающие окружающую действительность, служа-

щие для управления ею, когда формулируется основная парадигма знаний.

Практически зарождение почвоведения как науки связывают с блестящей

защитой В.В. Докучаевым докторской диссертации «Русский чернозем» - 10 де-

кабря 1883 года.

В длительном же периоде накопления знаний о почвах можно (по И.А. Кру-

пенникову, 1981) выделить несколько четко очерченных этапов, связанных с об-

щим развитием естествознания в истории человечества.

1. Период первичного накопления разрозненных фактов о свойствах

почв, их плодородии и способах обработки связан с зарождением и постепен-

ным совершенствованием земледелия в эпоху неолита и бронзы, примерно 12-13

тысяч лет назад.

2. Период обособления знаний о почвах и введения первичного земель-

ного кадастра совпадает с развитием рабовладельческого общества и соответст-

вующей земледельческой цивилизации. Уже появилось орошаемое земледелие,

были осознаны разнообразия почв и необходимость их дифференцированного аг-

рарного использования и налогообложения. Можно отметить египетские папиру-

сы 5-5,5 тысячелетней давности и Кодекс Хаммурапи, регламентирующий водо- и

землепотребление. Вавилоняне уже делали планы землепользования и схемы оро-

сительных систем.

3. Период первичной систематизации знаний о почвах (8 век до Р.Х.-3 век

нашей эры) связан с Греко-Римской цивилизацией. Были сделаны некоторые

обобщения в рамках философии, дано описание почв разных мест, предложены

первые классификации почв по их свойствам и ценности. Более прагматичные

римские ученые Катон, Варрон, Вергилий, Колумелла создали целую систему

трактатов о земледельческом использовании почв. Особенно известен трактат «О

сельском хозяйстве» Колумеллы, где были даже рекомендации по обработке и

удобрению отдельных групп почв.

4. Период интенсивных земельно-кадастровых работ эпохи феодализма

продолжался до 18 века и связан с развитием почвенно-оценочных работ в фис-

кальных целях. Мало делалось для познания почв, но много – для сравнительной

оценки. К концу периода появились первые сведения о водном питании растений

(Фрэнсис Бэкон), о потреблении растениями солей из почвы (Бернар Полисси), о

круговороте веществ в природе (Леонардо да Винчи).

5. Период интенсивного экспериментального и географического изуче-

ния почв и их плодородия связан с развитием экстенсивного земледелия с 18 ве-

ке. Большое влияние оказала книга немецкого ученого Кюльбеля, где обоснована

теория водного питания растений, француза А. Тюрго, обосновавшего закон убы-

вающего плодородия почв (1766). Валериус (Швеция, 1761) выдвинул теорию гу-

мусового питания растений, а Ахард в Германии извлек щелочью перегнойные

вещества из торфа и осадил их серной кислотой (1786) – принцип, используемый

до сих пор. Ряд русских академиков (Ломоносов, Паллас, Гюльденштедт) выдви-

нул серию гипотез о происхождении почв.

6. Период развития агрогеологии и агрокультурхимии совпадает с разви-

тием капитализма в земледелии Европы. Появилась серия ученых-агрохимиков

(Вольни, Теер, Дэви, Павлов, Берцелиус, Либих, Буссенго), сформулировавших

основные положения агрокультурхимии. Немецкие агрогеологи Шпренгель и

Фаллу – основатели второго направления. Шпренгель впервые применил термин

«почвоведение» в своей книге «Почвоведение или наука о почве» (1837). Первые

почвенные карты в Российской империи были созданы К.С. Веселовским (1851) и

В.И. Чаславским (1879).

7. Период создания современного генетического почвоведения связан с

именем известного русского ученого В.В. Докучаева. Он показал, что почва – са-

мостоятельное природное тело, отличное от всех других тел, развивающееся во

времени под влиянием одновременной и совокупной деятельности воды, воздуха

и организмов, что почва живет своей собственной жизнью и имеет свое особое

распространение на поверхности Земли. Он – автор учения о зональности почвен-

ного покрова, о факторах почвообразования. Им разработаны основные методы

почвоведения – профильно-морфологический, сравнительно-морфологический.

Докучаевым создана целая школа ученых-почвоведов: Н.М. Сибирцев (создатель

первого учебника по почвоведению), А.Н. Краснов (основатель Батумского бота-

нического сада), В.И. Вернадский (участник Полтавской экспедиции Докучаева,

основатель биогеохимии), ботаники Г.Н. Танфильев и Г.Н. Высоцкий (основатели

агролесомелиорации), К.Д. Глинка (первый русский президент Международного

общества почвоведов), С.А. Захаров, Н.А. Димо, Г.Ф. Морозов (основатель со-

временного учения о лесе), Л.И. Прасолов, Б.Б. Полынов. А.Н. Сабанин, Р.В. Риз-

положенский, П.С. Коссович в работах Докучаева участия не принимали, но были

воспитаны на его идеях. Большой успех имели коллекции почв и почвенных карт

Докучаева на международных выставках в Чикаго (1893) и Париже (1899, 1900).

В развитии почвоведения в США важную роль сыграли работы Е.В. Гильгар-

да и М. Уитни, создавшие почвенную школу и почвенную службу США соответ-

ственно. В Германии наиболее известными стали работы М.Э. Вольни, Э. Раман-

на, Н. П. Пушкарова в Болгарии и т.д.

8. Период становления новой науки занимает период между мировыми

войнами. В этот период был собран огромный фактический материал по физиче-

ской, химической, минералогической характеристике почв разных стран, былм

сформулированы основные концепции основных разделов почвоведения. Интен-

сивно развивались почвенно-картографические работы. Важными вехами станов-

ления почвоведения были создание Почвенного института им. В.В. Докучаева

(1927), первой кафедры почвоведения (МГУ, 1922), всесоюзного общества почво-

ведов (1939). Почвоведение оформилось в самостоятельную отрасль естествозна-

ния.

9. Период интенсивной инвентаризации почвенного покрова мира и раз-

вития международного сотрудничества в области почвоведения. В это время

начали интенсивно изучать почвы развивающихся стран. В 1960 году под эгидой

ФАО и ЮНЕСКО начато создание почвенной карты мира, законченное в 1978 го-

ду. Создан Международный музей почвоведения в Амстердаме с богатой коллек-

цией почвенных эталонов мира. В это время возникли многие новые концепции и

подходы к классификации почв, к процессам почвообразования, генезису и гео-

графии почв.

10. Период интенсификации работ по охране и рациональному использо-

ванию почвенного покрова в наши дни связан с осознанием глобальных эколо-

гических проблем, возникших в результате природопользования, социального-

экономического и научно-технического развития. Актуальной стала проблема со-

кращения продуктивных земель, опустынивания и других процессов деградации.

В рамках ООН развивается большое количество проектов по вопросам земельных

ресурсов мира: карта деградации почв мира, социально-экономические аспекты

потерь почв, классификации почв, методы оценки и картирования опустынива-

ния, ряд проектов оказания помощи развивающимся странам в охране и рацио-

нальном использовании почвенного покрова.

На нынешнем этапе почвоведение все больше становится наукой инструмен-

тальной, наукой управления природой.

1.1. История почвоведения в Беларуси

7-10 тысяч лет назад на территории Беларуси были перигляциальные усло-

вия, доминировала тундра. 5-6 тысяч лет назад было мощное потепление и на

территории Беларуси была лесная, а на юге даже степная зоны. С началом суббо-

реального периода степь отступала на юг и облесилась вся территория. Оконча-

тельно границы современных лесной, лесостепной и степной зон сформировались

2-3 тысячи лет назад. Почвы Беларуси используются человеком примерно 5 тысяч

лет, но научное их изучение началось в 19 веке.

Докучаевский всплеск почвенной науки слабо затронул непосредственно Бе-

ларусь. Важнейшим событием того века можно считать создание Горы-Горецкой

сельскохозяйственной школы – 26 апреля 1836 года, превращенная в 1848 году в

сельскохозяйственный институт. Обучение носило агрономический характер,

чистого почвоведения не читалось, но был курс «Кадастр и люстрации земель»

(96 часов), «Практикум по созданию сельскохозяйственных планов и проектов»

(160 часов – второе место в учебном плане по объему). В эти годы в Горках рабо-

тал профессор Иван Александрович Стебут (1833-1923 гг), написавший фунда-

ментальный труд «Известкование почв» (магистерская диссертация – 1865 г.), где

впервые на научной основе рассматривает почвы как объект химической мелира-

ции; материалы, пригодные для известкования, способы их приготовления, от-

дельные химические свойства, приводит первые данные о действии извести на ор-

ганическое вещество почв, на рост отдельных видов растений, их заболеваемость,

анализирует некоторые факторы, влияющие на эффективность известкования. И.

А. Стебут стал основателем теории известкования почв в Россси. Он первым под-

робно проанализировал причины положительного действия извести на почву и

культурные растения и заложил фундамент для последующих исследователей. Он

писал: «свойства нашего климата ... представляют условия, самые благоприятные

для успешного применения известкования, способствующего процессу выветри-

вания, пополняющего содержание извести в почве, содействующего разложению

органических веществ, разрыхляющего почву и мобилизующего в почве пита-

тельные вещества». Он создал в Петербурге женские сельскохозяйственные кур-

сы («стебутовские»), из которых вырос впоследствии Ленинградский сельхозин-

ститут.

В магистерской диссертации Богдана Андреевича Телинского (1812-1886 гг),

посвященной классификации земель в фискальных целях, уже рассматривались

физико-химические свойства почв, органическое вещество, способы оценки зе-

мель. Под его руководством поставлены первые опыты с удобрениями, сортами

культур.

Александр Васильевич Советов (1826-1901 гг), защитил диссертацию о раз-

ведении кормовых трав на полях (1859 г), возглавлял кафедру в Горках (уже через

5 лет после окончания ВУЗа). Переехав в Петербург, стал одним из учителей До-

кучаева, который сам признавал, что как ученый родился в лабораториях профес-

сора Советова. В 1967 году защитил докторскую диссертацию «Про системы зем-

леделия» и стал первым в России доктором сельскохозяйственных наук.

В 1919 году работа Горецкого сельскохозяйственного института была возоб-

новлена, а в 1922 году открыт институт сельского и лесного хозяйства в Минске,

где кафедру почвоведения возглавлял В.Г. Касаткин, который составил первую

почвенную карту части Минской губернии. Этот институт был в 1925 году объе-

динен с Горецким и образована Белорусская сельскохозяйственная академия.

В 1933 году по инициативе академика Я.Н. Афанасьева открыта кафедра поч-

воведения в БГУ, бывшая одной из кафедр геолого-почвенно-географического

факультета (с 1934 года) наряду с тремя геологическими и одной географической

кафедрой. Она исчезла в 1937 году после ареста Я.Н. Афанасьева и возродилась в

1947 году под руководством Ф.М. Доминиковского. С 1948 года лекции стал чи-

тать академик Иван Степанович Лупинович, ставший вскоре ее заведующим. С

1951 по 1953 год существовало почвенное отделение и почвенно-биологический

факультет, выпустивший 73 почвоведа.

Иван Степанович Лупинович (1900-1968 гг), уроженец Шацка, выпускник

института сельского и лесного хозяйства в Минске. С 1934 года – заведующий

кафедрой общего земледелия в Горках, с 1935 – кандидат сельскохозяйственных

наук, с 1942 – доктор. С 1947 года – академик АН БССР, переезжает из Москвы в

Минск. С1951 по 1952 исполнял обязанности Президента Академии. С 1957 года

– президент академии сельскохозяйственных наук Беларуси. Он – основатель ла-

боратории физики и биохиии торфяно-болотных почв в НИИ мелиорации и вод-

ного хозяйства. С 1950 по 1968 год он был заведующим кафедры почвоведения

БГУ. Важнейший труд «Торфяно-болотные почв Белорусской ССР и их плодоро-

дие», «Микроэлементы в почвах БССР и эффективность микроудобрений». Его

имя с 1970 года носит белорусская сельскохозяйственная библиотека.

Андрей Григорьевич Медведев (1897-1985 гг), выпускник Горецкого сель-

скохозяйственного института. С 1930 года – доцент, с 1935 – профессор кафедры

почвоведения в Горках, с 1945 по 1956 – заведующий кафедрой, с 1951 – доктор

сельскохозяйственных наук, тема диссертации – «Характеристика почвенного по-

крова Белорусской ССР в сельскохозяйственных целях». С 1961 года – член-

корреспондент Академии наук, с 1968 по 1980 год – заведующий кафедрой поч-

воведения БГУ. Он считается основателем таких отраслей почвоведения в Бела-

руси, как эрозия и бонитировка почв. Труды: «Почвы БССР», «Почвы Белорус-

ской ССР», «Оценка качества земель в Белорусской ССР», «Качественная оценка

земель в колхозах и совхозах Белорусской ССР», «Эволюция мелиорированных

почв и ее итоги».

В 1960-е годы из классического почвоведения в Беларуси выделилась агро-

химия, которая занимала все большее место ввиду преобладания в стране небога-

тых почв, в которых в первом минимуме часто оказываются именно элементы пи-

тания. Крупнейшими представителями данного направления явились акалемики

Кулаковская Т.Н. (1918 – 1986) и Богдевич И.М. (род. 1937), долгие годы возглав-

лявшие институт почвоведения и агрохимии – крупнейший современный центр

почвоведческой науки в стране.

В настоящее время почвоведение в Беларуси развивается также на кафедрах

почвоведения БГУ, БГТУ, ГГАУ, БСХА, ряде научно-исследовательских органи-

заций.

Почву отличает от горной породы в первую очередь плодородие, реализуе-

мое в урожае сельскохозяйственных культур в результате совокупного действия

отдельных свойств и почвенных процессов.

Почва формируется из горной породы в результате совокупного действия

факторов почвообразования.

2. ФАКТОРЫ И УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ.

Почва образуется из горных пород в процессе выветривания и почвообразо-

вания.

Процесс разрушения массивных горных пород и превращение их в рыхлые

продукты принято называть выветриванием. Выветривание горных пород и мине-

ралов на поверхности Земли совершается под воздействием на них; 1) темпера-

тур, механической силы воды, ветра, движения ледников; 2) углекислого газа –

, кислорода – O

и атмосферной воды; 3) живых организмов – биогенным пу-

тем. В связи с разнообразием факторов выветривания горных пород обычно раз-

личают три его формы: физическое, химическое и биологическое. Физические

факторы выветривания превращают горную породу в более мелкие обломки, ще-

бень, песок и пыль, размельчают ее механически, не изменяя петрографического и

химического состава. Раздробление и разрыхление пород и минералов создает

благоприятные условия для развития процессов химического выветривания, кото-