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
втесной взаимосвязи с другими компонентами природной среды.
Всистеме 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)…
Вцелом 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
иорганизмов, 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 развития 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.
Врамках 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.
Вмагистерской 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.
В1919 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.
В1933 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».
В1960-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.
Внастоящее 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 – CO2, кислорода – O2 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-