Почвоведение. Василий Васильевич Докучаев

1.

ПОЧВОВЕДЕНИЕ

2.

Василий Васильевич
Докучаев
(1 марта 1846 — 8 ноября 1903)
⚫ — известный геолог и почвовед,
основатель русской школы почвоведения и
географии почв. Создал учение о почве как
об особом природном теле, открыл
основные закономерности генезиса и
географического расположения почв.
⚫ В 1883 г. издал книгу «Русский чернозем». В
ней было открыто особое царство природы
— почвы.
⚫ Первое научное обоснование почвы: почва
есть результат совокупной деятельности и
влияния ряда факторов: а) материнской
породы; б) растительных и животных
организмов; в) климата; г) рельефа
местности и д) возраста территории.

3.

Павел Андреевич Костычев
(12 (24 февраля) 1845)— 21 ноября (3 декабря) 1895)
⚫ — выдающийся почвовед
микробиолог, агроном и
геоботаник, один из основателей
современного почвоведения.
⚫ указывал на одно из важнейших
свойств почвы — способность
почвы активно взаимодействовать
с корневыми системами и
обеспечивать их урожай, т.е.
обладать плодородием

4.

Почва — это обладающая плодородием сложная
полифункциональная и поликомпонентная открытая
многофазная система в поверхностном слое коры
выветривания горных пород, являющаяся комплексной
функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и
времени.
Полифункциональность почвы заключается в том, что она является
одновременно природным телом, средой обитания многих живых
организмов, средством сельскохозяйственного производства и т.д.
Поликомпонентность почвы определяется огромным разнообразием
входящих в ее состав органических и неорганических веществ. Эти
вещества представлены различными физическими фазами
(многофазность): твердой (минеральные и органические частицы),
жидкой (почвенный раствор), газообразной (почвенный воздух) и
особо выделяемой живой фазой (организмы). Почва является
открытой системой, поскольку постоянно обменивается веществом и
энергией с окружающей ее средой.

5.

⚫ Почва — верхний рыхлый слой земной коры,
являющийся результатом совокупной деятельности
5 факторов: горная порода, организмы, климат,
рельеф и времени.
Почва (определение по ГОСТ 27593-88) — самостоятельное
естественноисторическое органоминеральное природное тело, возникшее
на поверхности Земли в результате длительного воздействия биотических,
абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твёрдых
минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее
специфические генетико-морфологические признаки, свойства,
создающие для роста и развития растений соответствующие условия

6.

Особенности почвы как природного
тела:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Почва занимает определенное место на нашей планете — это
поверхностный горизонт земной коры, образующий небольшой
по мощности слой. Почвенный покров Земли образует
педосферу. Верхняя граница почвы — поверхность раздела
между почвой и атмосферой; нижняя граница — глубина
проникновения почвообразовательных процессов (определение
нижней границы почвы достаточно условно). Почва —
неотъемлемая часть наземных биогеоценозов.
Почва — глобальный результат возникновения и эволюции
жизни на Земле, взаимодействия биоты с горными породами,
выходящими на поверхность суши.
Процессы в почве включены в сложные круговороты вещества и
энергии на Земле (геологический и биологический).
Почва — природное образование, уникальное по сложности
вещественного состава.
Для почв характерна сложная пространственная организация и
дифференциация признаков, свойств и процессов.
Общее и важнейшее свойство почв — плодородие.

7.

Биосферные функции почвы:
1.
2.
3.
4.
5.
Обеспечение существования жизни на Земле (почва
— следствие жизни и одновременно условие ее
существования).
Обеспечение постоянного взаимодействия большого
геологического и малого биологического
круговоротов (циклов) веществ на земной
поверхности.
Регулирование химического состава атмосферы и
гидросферы.
Регулирование биосферных процессов, в частности
плотности жизни на Земле.
Аккумуляция органического вещества и связанной с
ним химической энергии.

8.

Сельскохозяйственное значение почвы
состоит в том, что она является основным
средством сельскохозяйственного
производства, предметом труда и в известной
степени продуктом этого труда. В настоящее
время благодаря почвенному плодородию
человечество получает 98% продуктов питания,
а также древесину, несинтетические продукты
для разнообразных производств и многое
другое.

9.

Разделы
почвоведения
⚫ морфология почв,
⚫ физика почв,
⚫ химия почв,
⚫ минералогия почв,
⚫ биология почв,
⚫ систематика почв,
⚫ география почв,
⚫ экология почв,
⚫ бонитировка почв,
⚫ мелиорация почв,
⚫ охрана почв
⚫ и др.

10.

Методы почвоведения
⚫
⚫
⚫
⚫
⚫
⚫
⚫
⚫
⚫
Профильно-генетический метод,
Морфологический метод,
Сравнительно-географический метод,
Сравнительно-исторический метод,
Биогеоценотический (экологический) метод,
Метод моделирования,
Метод почвенных ключей,
Аэрокосмические методы,
Физические, физико-химические, химические и биологические
аналитические методы,
⚫ Метод почвенных монолитов,
⚫ Метод вегетационных сосудов,
⚫ Метод почвенных вытяжек,
⚫ Системный (комплексный) подход,
⚫ Радиоизотопные методы

11.

Сопряженность почв, ландшафтов и растительности

12.

Строение почвенного профиля
Почва состоит из слоев,
которые называются
генетическими горизонтами.
Количество горизонтов в почве
от 2 до 5-6 и реже более

13.

ПОЧВЫ
РОССИИ
Агочернозем, Воронеж
Криоаридная, Алтай
Бурозем, Алтай
Дерново-глеевая,
Томск
Торфяно-криозем,
Ямал
Глеезем, Ямал

14.

ПОЧВЫ
РОССИИ

15.

Латерит
Майами, США
Подзол, Мичиган, США
Rhodustox, Бразилия
Терра-росса
Почва степей, Colorado
Краснозем, Тасмания

16.

Совокупность генетически сопряженных и закономерно сменяющихся
Почвенный профиль почвенных горизонтов, на которые расчленяется почва в процессе
почвообразования
Почвенный горизонт
Специфический слой почвенного профиля, образовавшийся в
результате воздействия почвообразовательных процессов
Тип почвы
Основная классификационная единица, характеризуемая общностью
свойств, обусловленных режимами и процессами почвообразования, и
единой системой основных генетических горизонтов
Подтип почвы
Классификационная единица в пределах типа, характеризуемая
качественными отличиями в системе генетических горизонтов и по
проявлению налагающихся процессов, характеризующих переход к
другому типу
Род почвы
Классификационная единица в пределах подтипа, определяемая
особенностями состава почвенно-поглощающего комплекса,
характером солевого профиля, основными формами
новообразований
Вид почвы
Классификационная единица в пределах рода, количественно
отличающаяся по степени выраженности почвообразовательных
процессов, определяющих тип, подтип и род почв
Разновидность
почвы
Классификационная единица, учитывающая разделение почв по
гранулометрическому составу всего почвенного профиля

17.

Типы горизонтов
Органогенные — (подстилка (A0, O), торфяной (T), перегнойный (Ah, H), дерновый
(Ad), гумусовый (A) и т. д.) — характеризующиеся биогенным накоплением
органического вещества.
Элювиальные — (подзолистый, лессивированный, осолоделый, сегрегированный
горизонты; обозначаются буквой E с индексами, либо A2) — характеризующиеся
выносом органических и/или минеральных компонентов.
Иллювиальные — (B с индексами) — характеризующиеся накоплением
вынесенного из элювиальных горизонтов вещества.
Метаморфические — (Bm) — образуются при трансформации минеральной части
почвы на месте.
Гидрогенно-аккумулятивные — (S) — образуются в зоне максимального
накопления веществ (легкорастворимые соли, гипс, карбонаты, оксиды железа и т.
д.), приносимых грунтовыми водами.
Коровые — (K) — горизонты, сцементированные различными веществами
(легкорастворимые соли, гипс, карбонаты, аморфный кремнезем, оксиды железа и
др.).
Глеевые — (G) — с преобладающими восстановительными условиями.
Подпочвенные — материнская порода (C), из которой образовалась почва, и
залегающая ниже подстилающая порода (D) иного состава.

18.

Твёрдая фаза почв
⚫ Почва высокодисперсна и обладает большой
суммарной поверхностью твёрдых частиц: от 3—5 м²/г
у песчаных до 300—400 м²/г у глинистых. Благодаря
дисперсности почва обладает значительной
пористостью: объём пор может достигать от 30 %
общего объёма в заболоченных минеральных почвах до
90 % в органогенных торфяных. В среднем же этот
показатель составляет 40—60 %.
⚫ Плотность твёрдой фазы минеральных почв
колеблется от 2,4 до 2,8 г/см³, органогенных: 1,35—1,45
г/см³.
⚫ Плотность почвы 0,8—1,8 г/см³ и 0,1—0,3 г/см³
соответственно.

19.

Породы

20.

21.

Минеральный состав
⚫ Около 50-60 % объёма и до 90-97 % массы почвы составляют
минеральные компоненты. Минеральный состав почвы отличается
от состава породы, на которой она образовалась: чем старше почва,
тем сильнее это отличие.
⚫ Минералы, являющиеся остаточным материалом в ходе
выветривания и почвообразования, носят название первичных. В
зоне гипергенеза большинство из них неустойчиво и с той или
иной скоростью разрушается. Одними из первых разрушаются
оливин, амфиболы, пироксен, нефелин. Более устойчивыми
являются полевые шпаты, составляющие до 10—15 % массы твёрдой
фазы почвы. Чаще всего они представлены относительно крупными
песчаными частицами. Высокой стойкостью отличаются эпидот,
дистен, гранат, ставролит, циркон, турмалин. Содержание их
обычно незначительно, однако позволяет судить о происхождении
материнской породы и времени почвообразования. Наибольшую
устойчивость имеет кварц, который выветривается за несколько
миллионов лет. Благодаря этому в условиях длительного и
интенсивного выветривания, сопровождающегося выносом
продуктов разрушения минералов, происходит его относительное
накопление.

22.

Шлиф почвенного агрегата под
микроскопом

23.

Вторичные минералы
⚫ Образованы в результате глубокого химического преобразования
первичных, или же синтезированных непосредственно в почве.
⚫ Особенно важна среди них роль глинистых минералов —
каолинит, монтморилонит, галлаузит, серпентенит
⚫ Высоко содержание минералов-оксидов и гидроксидов железа
(лимонит, гематит), марганца (вернадит, пиралюзит, мангатит),
алюминия (гиббсит) и др., также сильно влияющие на свойства
почвы — они участвуют в формировании структуры, почвенного
поглощающего комплекса (особенно в сильно выветрелых
тропических почвах), принимают участие в окислительновосстановительных процессах. Большую роль в почвах играют
карбонаты (кальцит, арагонит). В аридных регионах в почве
нередко накапливаются легкорастворимые соли (хлорид натрия,
карбонат натрия и др.), влияющие на весь ход
почвообразовательного процесса.

24.

Гранулометрический состав почв
оказывает существенное влияние на водно-физические, физикомеханические, воздушные, тепловые свойства, окислительновосстановительные условия, поглотительную способность, накопление в
почве гумуса, зольных элементов и азота.
скелет почвы:
⚫ камни (диаметр элементов — более 3 мм);
⚫ гравий (3—1);
мелкозем почвы:
⚫ песок (1,0—0,05);
⚫ пыль (0,05—0,0001);
⚫ ил (менее 0,0001);
⚫ песок физический (более 0,01);
⚫ глина физическая (менее 0,01).

25.

Классификация почв по гранулометрическому
составу
Содержание физической глины (частиц менее 0,01 мм), %
Название почвы
по гранулометрическ
ому составу
степной тип
солонцы и
подзолистый тип
почвообразования
почвообразования
красноземы и
Песок рыхлый
0—5
желтоземы
0—5
Песок связный
5—10
5—10
5—10
Супесь
10—20
10—20
10—15
Суглинок легкий
20—30
20—30
15—20
Суглинок средний
30—40
30—45
20—30
Суглинок тяжелый
40—50
45—60
30—40
Глина легкая
50—65
60—75
40—50
Глина средняя
65—80
75—85
50—65
Глина тяжелая
более 80
более 85
более 65
солонцеватые
почвы
0—5

26.

Растения и
гранулометрический
состав
Несмотря на большую экологическую приспособленность
к почвам различного гранулометрического состава есть
определенный оптимум для каждой группы культур.
Например, черешня и картофель неплохо плодоносят на
тяжелосуглинистых черноземах. Однако наибольшая
урожайность, лучшее развитие наблюдаются на
супесчаных и легкосуглинистых почвах.
Растения-псаммофиты, предпочитающих песчаные
местообитания: житняк сибирский, кумарчик песчаный,
саксаул, овес песчаный, сосна и др.
Многие растения, такие как кукуруза, слива, вишня, ель,
дуб и другие, не выносят песчаных почв.

27.

Химический состав почв
Содержание (в весовых процентах) химических элементов в
литосфере и почвах (по А. П. Виноградову)
Элемент
Литосфера
Почва
Элемент
Литосфера
Почва
О
47,2
49,0
Mg
2,10
0,63
Si
27,6
33,0
C
0,10
2,00
Al
8,8
7,1
S
0,09
0,085
Fe
5,1
3,8
P
0,08
0,08
Ca
3,6
1,4
Cl
0,045
0,01
Na
2,6
0,6
Mn
0,09
0,085
K
2,6
1,4
N
0,01
0,10
⚫ В почве по сравнению с литосферой в 20 раз больше углерода и в
10 раз больше азота. Накопление этих элементов в почве связано
с жизнедеятельностью организмов.

28.

⚫ При оценке изменения валового состава почв в процессе
почвообразования принято использовать молярные
отношения кремнезема (SiО2) к полуторным оксидам (R2О3)
или отдельно к Al2О3 и Fe2О3.
⚫ С. В. Зонн предложил следующее разделение кор
выветривания по молярным отношениям SiО2 : R2О3 в
илистой фракции:
⚫ Аллитные (SiО2 : R2О3 < 2,5) с подразделением на
собственно аллитные (Al2О3 резко преобладает над Fe2О3),
ферраллитные (Al2О3 преобладает над Fe2О3) и ферритные
(Fe2О3 преобладает над SiО2 и Al2О3 не только в илистой
фракции, но и в коре в целом);
⚫ Сиаллитные (SiО2 : R2О3 > 2,5) с подразделением на
собственно сиаллитные и феррсиаллитные. Для последних
характерно суженное отношение SiО2 : Fe2О3.

29.

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВ
Органическое вещество почв представлено
органическими остатками живых организмов,
продуктами их метаболизма, а также
специфическими органическими соединениями,
носящими название почвенного гумуса.
1.
2.
неспецифические, т.е. вещества не почвенного
происхождения, а имеющие фито-, зоо-,
микробоценотическую природу и поступающие в
почву как продукты жизнедеятельности живых
организмов;
почвенный гумус, или специфические
органические вещества, присущие только почвам.

30.

Химическое строение гумуса

31.

Состав гумуса
Гумусовые кислоты — класс высокомолекулярных органических
азотсодержащих оксикислот с бензоидным ядром, входящих в состав
гумуса и образующихся в процессе гумификации.
Гуминовые кислоты (ГК) — группа тёмноокрашенных гумусовых
кислот, растворимых в щелочах и нерастворимых в кислотах.
Фульвокислоты (ФК) — группа гумусовых кислот, растворимых в воде,
щелочах и кислотах.
Гумин — органическое вещество, входящее в состав почвы,
нерастворимое в кислотах, щелочах, органических растворителях.
Степень гумификации органического вещества — отношение
количества углерода гумусовых кислот к общему количеству
органического углерода почвы, выраженное в массовых долях.

32.

Удобрения гумусовые

33.

Типы гумуса в зарубежной
литературе

34.

35.

36.

37.

Природно-экологическая
значимость органического
вещества почв
1. Минерализация органических
веществ — первостепенный
источник поступления в почвы
доступных растениям элементовбиофилов.
2. Гумусовые вещества почв следует рассматривать как
консервант солнечной энергии.
3. Гумусовые вещества обладают физиологической
активностью.
4. Гумус оптимизирует физическое состояние почв.
5. Гумусовое состояние почв — важнейший показатель
количественной оценки плодородия.

38.

Живое население почв

39.

Почвенные организмы

40.

Живые организмы в почве
Существа, обитающие в почве, называются педобионтами.
Наименьшими из них являются бактерии, водоросли, грибы и
одноклеточные, обитающие в подземных водах. В одном м³ может
обитать до 10¹⁴ организмов. В почвенном воздухе обитают
беспозвоночные, такие как клещи, пауки, жуки, ногохвостки и
дождевые черви. Они питаются остатками растений, мицелием и
другими организмами.
В почве обитают и позвоночные, одно из них — крот. Он очень
хорошо приспособлен к обитанию в абсолютно тёмной почве,
поэтому он глухой и практически слепой.
Неоднородность почвы приводит к тому, что для организмов разных
размеров она выступает как разная среда.
Для мелких почвенных животных, которых объединяют под
названием наннофауна (простейшие, коловратки, тихоходки,
нематоды и др.), почва — это система микроводоемов.

41.

Микроорганизм
ы
почв

42.

Живые организмы в почве
Для дышащих воздухом несколько более крупных животных почва
предстает как система мелких пещер. Таких животных объединяют
под названием микрофауна. Размеры представителей микрофауны
почв — от десятых долей до 2-3 мм. К этой группе относятся в
основном членистоногие: многочисленные группы клещей,
первичнобескрылые насекомые (коллемболы, протуры,
двухвостки), мелкие виды крылатых насекомых, многоножки
симфилы и др. У них нет специальных приспособлений к рытью.
Они ползают по стенкам почвенных полостей при помощи
конечностей или червеобразно извиваясь. Насыщенный водяными
парами почвенный воздух позволяет дышать через покровы.
Многие виды не имеют трахейной системы. Такие животные очень
чувствительны к высыханию.

43.

Ногохвостки

44.

Почвообитающие клещи

45.

Живые организмы в почве
Более крупных почвенных животных, с размерами тела от 2 до 20
мм, называют представителями мезофауны. Это личинки
насекомых, многоножки, энхитреиды, дождевые черви и др. Для
них почва — плотная среда, оказывающая значительное
механическое сопротивление при движении. Эти относительно
крупные формы передвигаются в почве либо расширяя
естественные скважины путём раздвигания почвенных частиц,
либо роя новые ходы.

46.

Живые организмы в почве
Мегафауна или макрофауна почв — это крупные землерои, в основном
из числа млекопитающих. Ряд видов проводит в почве всю жизнь
(слепыши, слепышонки, цокоры, кроты Евразии, златокроты Африки,
сумчатые кроты Австралии и др.). Они прокладывают в почве целые
системы ходов и нор. Внешний облик и анатомические особенности
этих животных отражают их приспособленность к роющему
подземному образу жизни.
Кроме постоянных обитателей почвы, среди крупных животных можно
выделить большую экологическую группу обитателей нор (суслики,
сурки, тушканчики, кролики, барсуки и т. п.). Они кормятся на
поверхности, но размножаются, зимуют, отдыхают, спасаются от
опасности в почве. Целый ряд других животных использует их норы,
находя в них благоприятный микроклимат и укрытие от врагов.
Норникиобладают чертами строения, характерными для наземных
животных, но имеют ряд приспособлений, связанных с роющим
образом жизни.

47.

48.

Ферменты почвы
- посредники и катализаторы важных функций почвы,
которые включают:
(1) разложение органических остатков;
(2) преобразование почвенного органического вещества;
(3) производство неорганических питательных веществ
необходимых для роста растения;
(4) фиксация азота;
(5) детоксикация ксенобиотиков;
(6) нитрификация;
(7) денитрификация.

49.

Ферменты в почвах
Оксидоредуктазы (катализируют процессы биологического
окисления) :
Каталаза, дегидрогеназы, полифенолоксидазы
Гидролазы (катализируют расщепление с присоединением воды).
инвертаза, уреаза, протеаза, фосфатазы.

50.

Новообразования
— скопления веществ, образующиеся в почве в процессе её формирования.
Широко распространены новообразования железа и марганца, чья миграционная
способность зависит от окислительно-восстановительного потенциала и
контролируется организмами, в особенности бактериями. Они представлены
конкрециями, трубками по ходам корней, корками и др. В некоторых случаях
происходит цементация почвенной массы железистым материалом. В почвах,
особенно аридных и семиаридных регионов, распространены известковые
новообразования: налёты, выцветы, псевдомицелий, конкреции, корковые
образования. Новообразования гипса, также характерные для аридных областей,
представлены налётами, друзами, гипсовыми розами, корками. Встречаются
новообразования легкорастворимых солей, кремнезема (присыпка в элювиальноиллювиально дифференцированных почвах, опаловые и халцедоновые прослои и
коры, трубки), глинистых минералов (кутаны — натёки и корочки, образующиеся в
ходе иллювиального процесса), часто вместе с гумусом.
Железистая конкреция из латеритного горизонта,

51.

Карбонатные
новообразовани
я

52.

Новообразования
Железисто-марганцевые
конкреции
Соли в почве Калифорнии
Соли

53.

Включения
- любые объекты, находящиеся в почве, но не связанные с
процессами почвообразования (археологическое находки,
кости, раковины моллюсков и простейших, обломки
породы, мусор). Неоднозначно отнесение к включениям,
либо новообразованиям копролитов, червоточин,
кротовин и прочих биогенных образований.

54.

Почвенная карта мира

55.

Почвенная карта России

56.

Распространение черноземов

57.

Картосхема почвенно-географических зон Юга России

58.

Почвенная карта Северного
Кавказа

59.

Структура почв
Типичные структурные
элементы почв (по С. А. Захарову):
I тип: 1 — крупнокомковатая; 2 —
среднекомковатая; 3 — мелкокомковатая; 4
— пылеватая; 5 — крупноореховатая; 6 —
ореховатая; 7 — мелкоореховатая; 8 —
крупнозернистая; 9 — зернистая; 10 —
порошистая;
II тип: 11 — столбчатая; 12 —
столбовидная; 13 — крупнопризматическая;
14
—
призматическая;
15
—
мелкопризматическая;
16
—
тонкопризматическая;
III тип: 17 — сланцевая; 18 —
пластинчатая; 19 — листовая; 20 —
грубочешуйчатая; 21 — мелкочешуйчатая

60.

Вертисоли

61.

Самыми плодородными почвами на
нашей планете являются чернозёмы
(англ. Chernozem, Mollisols или
black-soil – чернозём). Классический
чернозём из Стрелецкой степи
(Курская губерния) – размером 1х1х1
метр (куб) получил золотую медаль
на парижской международной
выставке, и до сих пор стоит в палате
мер и весов как эталон плодородной
почвы. Этот почвенный куб был
привезён на выставку российским
естествоиспытателем и почвоведом Василием Васильевичем Докучаевым.