Основы геологии и почвоведения

Тепловые свойства почв, то есть их способность поглощать и отражать лучистую энергию солнца, проводить и удерживать тепло, также во многом определяют рост и развитие растений. Тепловой режим почвы зависит от цвета почвы, водно-воздушных свойств, теплоемкости заполняющей ее воды или воздуха.

Органическое вещество почв содержит основную массу азота, 80 % серы, 60 % фосфора, много других элементов питания. Эти элементы не вымываются, но постепенно могут использоваться растениями. Органическое вещество - источник энергии для микроорганизмов, мобилизующих элементы питания для растений из растительных остатков и минеральной части почвы. С количеством и качественным составом гумуса связано образование водопрочной структуры и формирование благоприятных водно-физических и технологических свойств почв. Органические коллоиды вносят существенный вклад в создание поглотительной способности почв.

Поглотительная способность почв обуславливает ряд жизненно важных для растений свойств почвы - пищевой режим, химические и физические свойства. Благодаря ей элементы питания удерживаются почвой и меньше вымываются осадками, оставаясь доступными для растений. От емкости и состава обменных катионов зависит реакция почв, дисперсность, способность к агрегированию, водопрочность. Поглощенные водород, алюминий, железо разрушительно действуют на структуру почв и поглощающий комплекс в целом, а «кальций» называют стражем плодородия.

Биологическая активность почвы определяется численностью, составом и активностью почвенной фауны, микроорганизмов, ферментов. Они непосредственно участвуют в трансформации недоступных растениям элементов питания, участвуют в образовании гумуса, биологически удерживают элементы питания. В биомассе отмирающих микроорганизмов, а их количество может достигать 6 т/га, содержится около 12 5 азота, 3 % фосфора, 2,2 % калия. Биологическая активность определяет фиксацию атмосферного азота и образование углекислоты для процессов фотосинтеза.

Те или иные свойства почв могут иметь положительную или отрицательную роль в формировании почвенного плодородия. В агрономии и агрохимии известен закон минимума, согласно которому урожай растений определяется тем фактором, который находится в минимуме в данный момент. «Бочка» Либиха в настоящее время не считается вещью абсолютно бесспорной, но такая закономерность в почве, несомненно, есть.

В почвоведении основная практическая задача - ликвидация или минимизация лимитирующих почвенное плодородие факторов с помощью коренных почвенных мелиораций и агротехнологических приемов. Основными приемами являются:

Известкование

Гипсование, кислотование

Промывка и дренаж вод (избыток солей)

Пескование, оструктуривание и глубокое рыхление (глинистость)

Оструктуривание, рыхление, травосеяние (высокая плотность)

Тепловые мелиорации

Орошение, агротехнические приемы накопления воды

Минеральные и органические удобрения

Осушительный дренаж

Дренаж, щелевание, оструктуривание (недостаток аэрации)

Планировка поверхности (микрорельеф)

Террасирование, полосно-контурная обработка (уклон)

В отношении требований к плодородию почвы естественных фитоценозов и агроценозов существенно отличаются. В естественной среде растительный покров представлен растениями разных видов, которые отличаются по биологической стойкости и требовательности к потреблению элементов питания и воды как в количественном аспекте, так и в плане периодичности потребления в течение вегетации. Ярусность растительности позволяет полнее использовать свет и тепло. В целом природный фитоценоз - устойчивое растительное сообщество, приспособленное к климатическим и иным условиям местности и к почве.

Агроценоз обычно представлен популяцией одного вида. Этот вид растений потребляет много воды и пищи, причем периоды максимального потребления резко совпадают. Человек постоянно стремился создавать оптимальные условия для наиболее нужных ему популяций растений, подбирал и видоизменял сорта в расчете на максимальную продуктивность, в значительной мере за счет утраты устойчивости к неблагоприятным условиям среды. Культурные растения хуже естественных способны извлекать питательные элементы из труднодоступных соединений, их продуктивность подвержена капризам погоды, они без помощи человека не способны справиться с сорняками.

Свойства большинства почв не соответствуют тем высоким требованиям, которые предъявляют современные культурные растения. Почти все культурные растения нуждаются в почве с умеренной плотностью и такой аэрацией, чтобы был хороший газообмен и не было чрезмерной минерализации органического вещества. При плотности сложения почвы выше 1,45-1,60 г/см³ продуктивность многих растений резко снижается. При высоком уровне урожая отдельные виды культурных растений могут потреблять до 500 кг/га азота и кальция, 350 кг/га калия, 120 кг/га фосфора. Суммарное отчуждение элементов питания составляет в среднем для разных почв 300-600 кг/га. Огромную роль играет и наличие микроорганизмов, высокая активность которых крайне важна для высокой продуктивности. В пахотных почвах обычно численность и активность бактерий и других микроорганизмов значительно выше, чем в целинной. Культурные растения предъявляют высокие требования к содержанию и составу гумуса почвы. Гумус в пахотных почвах активно минерализуется, и для поддержания баланса гумуса даже на среднем уровне 2,0-2,5 % необходимо по разным данным вносить от 8 до 12 т/га навоза ежегодно.

Культурные растения предъявляют повышенные требования и к наличию воды, в них не отработана система экономного водопотребления и влагоудержания, высокая транспирация. Плодородная почва должна обладать высокой влагоемкостью, то есть быть структурной и иметь доастаточное количество коллоидных частиц.

Большинство культурных растений хорошо растет лишь в определенном диапазоне кислотности среды, они крайне негативно относятся к сильнокислой или щелочной реакции среды. Важную роль играет и буферность, так как угнетение растений может быть и после кратковременного подкисления в результате применения физиологически кислых удобрений, например. Плодородные почвы обычно имеют высокую емкость поглощения, насыщенную преимущественно кальцием.

Культурные растения произрастают лишь в определенном тепловом режиме, в гораздо более узком интервале, чем естественная растительность, отдельные представители которых могут переносить и очень высокие, и очень низкие температуры. С тепловым режимом связаны сроки сева и тем самым урожаи культур.

В целом плодородная почва должна обладать мощным, оструктуренным, биологически активным, богатым гумусом слоем с большими запасами элементов питания, благоприятным вводно-воздушным, тепловым и пищевым режимом. Преобразование почв в соответствии с требованиями культурных растений называется окультуриванием, а степень соответствия почв требованиям культурных растений - окультуренностью. По мнению ряда авторов, в плодородных почвах идет своеобразный, отличный от природного культурный почвообразовательный процесс.

Плодородие почвы растет вместе с уровнем развития науки и носит относительный характер, оно не может быть выражено какой-то отдельной величиной. Параметры свойств почв разной степени окультуренности одновременно являются мерой уровня плодородия почвы на данной ступени развития науки и техники.

После вовлечения целинной почвы в сельскохозяйственную культуру ее плодородие меняется в зависимости от степени окультуривания почвы, оно может иметь направление улучшения и деградации. Основными факторами воздействия на почву являются: обработка почвы, удобрения и сами культурные растения. Все они действуют на почву двояко, зачастую негативно. Механическая обработка разрушает структуру, способствует минерализации гумуса, с урожаями выносятся элементы питания. Длительное применение кислых минеральных удобрений может существенно подкислить почву и она начнет деградировать. Почва при длительной монокультуре, особенно люцерны, льна, сахарной свеклы, начинает страдать от почвоутомления, поэтому непременным приемом использования плодородных почв должно быть чередование культур.

При культурном земледелии все негативные последствия предусмотрены: возмещается вынос элементов, оструктуривается почва, проводится известкование и т.п. Особенно важное значение имеют гуматы кальция, то есть оптимизация состава обменных катионов и внесение навоза - важнейшие факторы окультуривания.

Почва - основное и незаменимое средство производства, обеспечивающее существование человечества. Вопросы плодородия почв всегда имели социально-экономическое значение, его нельзя рассматривать без контекста социально-экономических отношений. При правильном использовании почва постоянно улучшается, хотя в мире популярна точка зрения, высказанная еще в 1766 году французом А. Тюрго, о наличии закона убывающего плодородия почвы.

9. Черноземы степной зоны. Условия и процесс их образования, признаки, состав и свойства

Черноземные почвы расположены южнее серых лесных почв и простираются широкой полосой по линии Кишинев-Харьков-Саратов-Куйбышев-Кустанай-Барнаул и далее отдельными пятнами уходят в Забайкалье. Основные массивы этих почв распространены в лесостепной и степной зонах.

Климат. Климат зоны распространения черноземных почв изменяется от умеренно теплого и влажного в западных районах до умеренно холодного и сухого в восточных. Среднегодовая температура с запада на восток колеблется от +10 °С до 0 °С. Годовое количество осадков в Европейской части 500 мм, в восточной - 300 мм. Большая часть осадков выпадает во второй половине теплого периода. Интенсивное испарение влаги и недостаточное количество осадков обуславливает неглубокое (до 150-300 см) промачивание почвы (непромывной тип водного режима).

Рельеф. Рельеф зоны характеризуется плавной сменой равнинных форм слабоволнистыми. Слабоволнистые территории имеют хорошо развитую дренажную сеть в виде оврагов, балок и речных долин, чем и объясняется резкое понижение уровня грунтовых вод.

Почвообразующие породы - представлены преимущественно лессами, лессовидными суглинками и глинами. Особенность почвообразующих пород зоны - их карбонатность. Мелкоземистость большинства почвообразующих пород способствует интенсивному проявлению водной и ветровой эрозии.

Растительность. Формирование черноземов связано с лугово-степной растительностью. Растительные ассоциации луговых степей характеризуются обилием видов злаковых и бобовых трав, а также богатого разнотравья (ковыли, типчак, костры, желтая люцерна, клевер, шалфей и многие другие). Дефицит влаги способствовал развитию в этих степях эфемеров и эфемероидов, таких как, мортук, луковичный мятлик, тюльпаны, бурачок, полыни со степенью покрытия 40-60%. Естественная растительность сохранилась в основном лишь в балках и заповедных участках.

Черноземные почвы развиваются под степной и разнотравно-степной растительностью. Весь облик этих почв свидетельствует о богатстве их органическим веществом. В профиле черноземов выделяется мощный темно-окрашенный гумусовый или гумусово-аккумулятивный слой (35-150 см), содержащий большое количество гумуса (250-700 т/га).

Характерный признак черноземных почв - зернистая и комковатая структура гумусового слоя, отчетливо выраженная особенно в подпахотной части горизонта А.

Первые научные положения о происхождении чернозема имеются еще в трудах М.В Ломоносова (1763), который писал: «Итак, нет сомнения, что чернозем не первообразная и не первозданная материя, он произошел от согнития животных и растущих тел со временем».

По вопросу о происхождении черноземов были высказаны различные точки зрения, которые можно объединить в три группы: гипотезы о морском происхождении, теории болотного образования черноземов и теории растительно-наземного их происхождения.

Гипотезы о морском происхождении черноземов были высказаны Палласом (1799) и Петцольдом (1851). Они рассматривали чернозем как морской ил, оставшийся после отступления Каспийского и Черного морей.

Сторонники теорий болотного образования черноземов считали, что в прошлом черноземная зона представляла собой тундровые сильно заболоченные пространства. При последующем постепенном дренировании территории в условиях теплого климата шел процесс энергичного разложения болотной и тундровой растительности и поселения наземной растительности, что и обусловило формирование черноземных почв (Эйхвальд, 1850; Борисяк, 1852).

Теории растительно-наземного происхождения черноземов связывают их образование с поселением и развитием лугово-степной и степной травянистой растительности. Полное и завершающее развитие эта теория получила в работе В. Докучаева «Русский чернозем» (1883). Современные материалы по биологическому круговороту веществ под растительностью черноземных степей позволяют наиболее глубоко понять особенности черноземообразования.

Ведущим процессом почвообразования при формировании черноземов является гумусоаккумулятивный процесс или дерновый, обуславливающий развитие мощного гумусоаккумулятивного горизонта, накопление элементов питания растений и оструктуривание профиля.

Природная растительность черноземных степей характеризуется значительным ежегодным отчуждением в опад органической массы (100-200 ц/га или 40-60 % биомассы). При этом около 40-60 % опада составляют корни растений. Богатство опада растительности черноземных степей зольными элементами и азотом при большой общей массе ежегодного опада определяет максимальное поступление в почву азота и зольных элементов. Если под хвойными лесами ежегодно поступает с опадом 40 - 300 кг азота и зольных элементов, то в сухих степях (каштановые почвы) 200 - 250 кг, а под растительностью черноземов - 600-1400 кг на 1 га.

Следовательно, важнейшая особенность биологического круговорота веществ при черноземообразовании - ежегодное поступление в почву с опадом больших количеств азота и зольных элементов. Гидротермические условия зоны благоприятствуют разложению богатого основаниями и азотом опада по типу гумификации с возникновением сложных перегнойных соединений типа гуминовых кислот, закреплению которых в почве способствуют непрерывное образование в среде биогенного кальция и формирование карбонатного иллювиального горизонта.

Классификация черноземов. В зависимости от особенностей условий образования тип черноземных почв подразделяется на следующие подтипы: оподзоленные, выщелоченные, типичные (лесостепная зона), обыкновенные и южные (степная зона). Как видим тип черноземных почв распространен как в лесостепной так и в степной зонах.

Чернозёмы в степной зоне представлены обыкновенными южными черноземами. Вместе с солонцовыми комплексами они занимают площадь около 100 млн. га.

Черноземы обыкновенные. Эти почвы развиваются в умеренно засушливых степях. Имеют меньший по мощности, чем у типичных черноземов, гумусовый горизонт. Вскипают с поверхности или внизу гумусового горизонта, Скопление карбонатов отмечается под линией вскипания в форме белоглазки. А + В= 80-140 см. В подтипе обыкновенных черноземов преобладают виды среднемощных среднегумусных черноземов, обычные, карбонатные, солонцеватые и осолоделые роды.

Черноземы южные. Эти почвы формируются в условиях более ксеро-морфного климата под разреженной типчаково-ковыльной растительностью засушливой степи. Они занимают южную часть степной зоны и непосредственно граничат с темно-каштановыми почвами. В отличие от обыкновенных черноземов характеризующихся меньшим гумусонакоплением, повышением горизонта карбонатных выделений (на границе гумусового слоя или в нижней части горизонта В₁). В ППК этих почв содержится до 5 % натрия.

В нижних горизонтах на глубине 1,5-2,5 м или глубже южные черноземы часто содержат гипс, а иногда повышенное содержание легкорастворимых солей. Карбонатностъ, солонцеватость и солончаковатость в южных черноземах проявляются чаще, чем в обыкновенных черноземах.

В пониженных элементах рельефа при близком залегании УГВ (6-3 м и выше) формируются почвы лугово-черноземного типа, близкие по свойствам к черноземам, но с заметным проявлением процессов оглеения.

По содержанию перегноя (гумуса) выделяют черноземы: малогумус-ные (< 6 %), среднегумусные (6-9 %), тучные (> 9 %).

По мощности горизонтов А + АВ: -маломощные (< 40 см), среднемощные (40-80 см), мощные (80-120 см), сверхмощные (> 120 см).

Состав и свойства черноземов. Черноземные почвы весьма разнообразны по гранулометрическому составу, что определяется составом почвообразующих пород. Общая особенность почв черноземного типа - отсутствие заметных изменений гранулометрического состава в процессе почвообразования. В минералогическом составе черноземов преобладают первичные минералы (кварц, слюда, полевые шпаты), из вторичных минералов доминируют монтмориллонит.

Черноземы богаты гумусом, в гумусовом слое отмечается аккумуляция элементов питания (N, P, S, микроэлементы). Черноземы обладают благоприятными физико-химическими свойствами: высокая емкость поглощения (30-70 м-экв), насыщенность ППК основаниями, рН близкая к нейтральной. В составе обменных катионов главная роль принадлежит Са⁺⁺. Магний составляет 15-20 % от суммы. В оподзоленных и выщелоченных черноземах в ППК присутствует Н⁺ а в обыкновенных и южных черноземах в ППК находится небольшое количество Na⁺ и несколько возрастает доля Mg⁺⁺ по сравнению с другими подтипами черноземов.

Все подтипы черноземов характеризуются благоприятными физическими и водно-физическими свойствами: рыхлым сложением в гумусовом слое, высокой влагоемкостью и хорошей водопроницаемостью. Благодаря хорошей оструктуренности плотность черноземов в гумусовых горизонтах невысокая и колеблется в пределах 1,0-1,22 г/см³ и лишь в подгумусовых возрастает до 1,4-1,45 г/см³. Черноземные почвы благодаря темной окраске хорошо поглощают лучистую энергию солнца, и длительное время сохраняют тепло.

Урожай сельскохозяйственных культур в черноземной зоне определяется прежде всего сохранением в почве доступной для растений влаги. Эта зона недостаточного увлажнения. Даже в лесостепи вероятность засушливых и полузасушливых лет составляет около 40 %. Все подтипы черноземов Восточно-Сибирской провинции имеют периодически промывной водный режим.

Черноземы степной зоны (Заволжская, Казахстанская, Предалтайская провинции) имеют непромывной водный режим. Водный режим обыкновенных и южных черноземов восточных провинций характеризуется полным физиологическим иссушением корнеобитаемого слоя под зерновыми культурами ко времени их уборки.

Список литературы

1. Баздырев Г.И. Земледелие с основами почвоведения и агрохимии: учеб. Для вузов /Г.И. Баздырев. - М.: КолосС, 2009.

2. Вальков В. Ф. Почвоведение: учеб. Для вузов /В.Ф. Вальков, К.Ш. Казеев, С.И. Колесников. - М.: Ростов-на-Дону; «МарТ» 2006.

3. Добровольский В. А. Геология: Минералогия, динамическая геология, петрография/ В. А. Добровольский. - М.:Владос, 2008.

4. Короновский Н.В. Геология: учебник для вузов/ Н. В. Короновский, Н. А. Ясаманов. - М.: Академия, 2007.

5. Хабаров А.В. Почвоведение: учеб. пособие для вузов /А.В. Хабаров. - М.: КолосС, 2007.

Размещено на Allbest.ru