Почва как сложная структурная система

Почва — четырехфазная система

Почва состоит из четырех фаз: твердой, жидкой, газовой и живой. Твердая фаза почвы — это полидисперсная органоминеральная система, состоящая из первичных, вторичных минералов и органических веществ растительного и животного происхождения, а также продуктов их взаимодействия. Она наименее динамична и образует каркас для других фаз, характеризуется определенными морфологическими признаками, гранулометрическим, минералогическим и химическим составом.

Жидкая фаза почвы— это вода, занимающая часть порового пространства, поступающая в виде атмосферных осадков и из грунтовых вод, содержащая растворенные органические и минеральные вещества и потому названная почвенным раствором. Почвенный раствор характеризуется определенным химическим составом, кислотно-щелочными и окислительно-восстановительными параметрами и другими показателями. Ему принадлежит ведущая роль в химических, биологических, биохимических и других процессах, протекающих в почвах в вертикальном и латеральном (боковом) переносе веществ. Он является непосредственным источником питания растений. Жидкая среда динамична, продукты ее функционирования обновляются в течение суток.

Газовая фаза почвы — это почвенный воздух, заполняющий поровое пространство, свободное от воды. Так же, как и атмосферный, почвенный воздух в основном состоит из азота, кислорода и углекислого газа, но в отличие от атмосферного содержание в нем кислорода и углекислого газа сильно изменяется во времени и в пространстве. Скорость обновления продуктов функционирования газовой фазы в целом сопоставима со скоростью обновления жидкой фазы.

Живая фаза почвы (почвенная биота) — это населяющие почву организмы. К ним относятся микроорганизмы, бактерии, грибы, водоросли, представители почвенной микрофауны; простейшие, насекомые, дождевые черви и др. Отнесение обитающих в почве корней растений к живой фазе почв, так же как и млекопитающих, остается дискуссионным, хотя их вклад в почвообразование очень существенный.

Согласно современным представлениям почва является сложной системой, имеющей многоуровневую структурную организацию. На базе системного подхода были определены иерархические уровни структурной организации почвы (Б.Г. Розанов, 1988). Наиболее низким уровнем является атомарный (радиоактивные изотопы, естественная и искусственная радиоактивность). Следующий уровень — кристалло-молекулярный, или молекулярно-ионный (молекулы и ионы твердой, жидкой, газообразной и живой фазы почв). Третий уровень структурной организации почвы — уровень элементарных почвенных частиц — это фракции разного размера, выделяемые при гранулометрическом анализе (песок крупный, средний, мелкий; пыль крупная, средняя, мелкая; ил). Эти частицы различаются не только размером, но и составом и свойствами. Четвертый уровень — почвенные микро- и макроагрегаты, или структурные отдельности, включающие кроме агрегированных (склеенных) элементарных почвенных частиц специфические новообразования (конкреции, стяжения, пленки и др.). Клеящим веществом в агрегатах являются новообразованные гумусовые вещества, соединения кальция, железа и др.

Пятый уровень организации — почвенный горизонт. Морфологические признаки, состав, строение и свойства генетических горизонтов позволяют диагностировать почвенные процессы и почвенные разности.

Шестой уровень структурной организации — это почвенный профиль (почвенный индивидуум), характеризующий почву как особое природное тело, состоящий из закономерного сочетания генетических горизонтов.

Седьмой и последующие уровни являются уровнями почвенного покрова: элементарный почвенный ареал — участок территории, занятый одной почвой, почвенные комбинации, структуры, включающие два или несколько элементарных почвенных ареалов (сочетания, вариации, комплексы и др.). К последнему уровню следует отнести почвенный покров, или педосферу в целом, как отдельную геосферу Земли, имеющую общепланетарные функции.

Каждый из перечисленных уровней организации требует специальных методов исследования и способов контроля и управления.

Почвы образуются в результате взаимодействия факторов почвообразования. В.В. Докучаевым было установлено пять глобальных факторов почвообразования: климат, растительность и животный мир (биологический фактор), почвообразующие породы, рельеф и возраст страны (время). Впоследствии были добавлены хозяйственная деятельность человека (фактор, ставший в настоящее время глобальным) и ряд локальных факторов, таких как почвенно-грунтовые и грунтовые воды, поверхностные воды половодий и паводков в поймах рек, вулканический фактор в областях действующих вулканов.

Почвоведение изучает почву не только как особое природное тело, но и как средство производства, как предмет труда и как продукт труда. Это связано с тем, что главным функциональным свойством почвы является плодородие, обеспечивающее жизнь на Земле и являющееся результатом жизни. Под плодородием понимается способность почв обеспечивать растения земными факторами жизни, а это: элементы питания, вода, почвенный воздух, стимулирующая способность, теплорегулирующая способность, кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия, энергетические поля, каркас для корневых систем. Кроме того следует различать космические факторы жизни растений (солнечная энергия, свет и тепло) и атмосферные факторы (кислород, углекислый газ, элементы питания).

Плодородие почв — предмет изучения одного из главных направлений прикладного почвоведения — агропочвоведения. Оно зависит от состава и свойств почв, формируется и развивается вместе с развитием почвы в результате взаимодействия факторов почвообразования, поддается количественной оценке и регулированию.

Источник

Почва как сложная структурная система

Теоретическое почвоведение и его история возникли практически одновременно. Основатель почвоведения В.В. Докучаев был и его первым историком.

Основные этапы развития науки:

І. Этап накопления фактов (эмпирический)

Периоды:

7-8 век до н.э. Первые исследовательские попытки у эллинов. Колыбель современного почвоведения – в Греции. Главное качество периода – наблюдательность (выделили почвенные слои);
2-1 век до н.э. В древнем Риме появились первые агроприемы, направленные на восстановление плодородия (“так терпи же, чтобы поле отдыхало под паром покой на досуге вкушая”);
Период средневековья. Основная решаемая проблема: чем питаются растения – водой, частицами, воздухом … Решение данного вопроса способствовало исследованию состава почвы, ее происхождения. Появились первые гипотезы о наличии гумуса в почве.

Теории происхождения почвы:

-геологическое или растительное образование

-гумусовая теория

-болотная теория

-гипотеза М.В. Ломоносова (почва – продукт взаимодействия минерального и растительного царства). Работа «О слоях земных».

ІІ. Этап современного почвоведения (эмпирический)– основатель В.В. Докучаев

Периоды:

почва самостоятельное «естественноисторическое» тело природы;
намечена методология исследования почв;
открыты законы природной зональности;
появилось учение о классификации почв (генетическая), в название почв используются цветовые шкалы;
взаимопроникновение с агрономией;
новая наука приступила к решению прикладных задач

2.) Период окончательного утверждения и дальнейшего развития Докучаевских идей (1901 – 1916 гг.)

начало дифференциации почвоведения;
первые оценочные работы;
исследование почвенных ресурсов;
начало исследований почв в Сибири

Наиболее авторитетные ученые: К.Д. Глинка, П.С. Коссович

3.) Дифференциация почвоведения (1917 – 1947 гг.)

углубленное изучение свойств почв и почвенных процессов;
появление разделов – физика, химия, биология, минералогия, генезис, география почв;
начало «картографии почв»;
почвенно-оценочные работы

Наиболее авторитетные ученые: Б.Б. Полынов, В.Р. Вильямс, Л.И. Прасолов, С.П. Кравков, К.К Гедройц, Р.С. Ильин

4.) Дифференциация почвоведения (1948 – 1973 гг.)

дальнейшее развитие картографии;
развитие классификации и стационарных исследований;
развитие сети почвенных учреждений;

5.) (1974 – 1990 гг.)

развитие разделов почвоведения;
выявление биосферных и экологических функций почв;
проблема деградации почв;
разработка почвенного мониторинга

6.) Экологизация почвоведения (1991 – по настоящее время)

усиленное внимание к теоретическим проблемам природного и антропогенного почвообразования;
решение экологических проблем;
ослабление экспериментальных и экспедиционных исследований;
анализ почвы как системы

Резюме: Фактами истории почвоведения являются все события интеллектуальной, организационной и практической деятельности почвоведов, а историческими источниками – воспоминания, материалы архивов, все публикации научного, прикладного, хроникального характера, особенно в журнале «Почвоведение».

2. Понятие о почве и почвоведении

Почва – четырехфазная открытая система. Состоит из 4 фаз (частей):

Твердая фаза – характеризуется гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, сложением, структурой и пористостью.

В состав твердой фазы почвы входят минералы и химические соединения, унаследованные от исходной горной породы и практически неизменные при последующем выветривании и почвообразовании. Минералы и соли, перешедшие в почву из исходной породы, называют первичными. Твердую фазу формируют также вторичные минералы. Они образуются при выветривании исходной горной породы и почвообразовании .

Органическое вещество почвы в т.ч. гумус также формирует твердую фазу почвы. На долю минеральной части приходится до 90 % от объема твердой фазы.

Жидкая фаза – это вода в почве, циркулирующая в пределах почвенного профиля вместе с растворенными в ней разнообразными минеральными, органическими и органоминеральными соединениями. Она называется почвенным раствором.

Почвенный раствор представляет собой исключительно динамичную фазу почвы, он играет важную роль в жизни живых организмов, а также в процессах миграции веществ в почвенном профиле. Почвенный раствор располагается в почвенных порах.

Газообразная фаза – представляет собой почвенный воздух, который заполняет разнообразные пустоты (поры, трещины), имеющиеся в почве и не занятые водой. Почвенный воздух существенно отличается от атмосферного и динамичен во времени. Основные газы почвенного воздуха – кислород, углекислый газ, которого в почве в несколько раз больше, чем в атмосферном воздухе, азот. Почвенный воздух располагается в порах, которые формируют пористость аэрации.

Читайте также: Шунгит эм удобрение арго

Живая фаза – представлена живыми организмами, населяющими почву, которые служат важнейшим фактором почвообразования. В состав фазы входят разнообразные микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты), почвенные животные, корневые системы зеленых растений.

Все фазы почвы взаимосвязаны, оказывают взаимное влияние друг на друга и существуют как единое целое.

Почвоведение – наука об образовании (генезисе), строении и свойствах почв, закономерностях их географического распространения, путях рационального использования и повышении почвенного плодородия.

Почвоведение принадлежит к наука о природе, т.е. является естественнонаучной дисциплиной. Оно тесно соприкасается с фундаментальными науками (математика, физика, химия), естественно-историческими (биология, геология, география), прикладными науками (земледелие, растениеводство, мелиорация, агрохимия, землеустройство и т.д.).

Как любая другая наука, почвоведение имеет свои методы исследований, адекватные предмету исследований.

3. Функции почв

І. Биогеоценотические – объединены в несколько групп по основным контролирующим их свойствам почв.

жизненное пространство

жилище и убежище

опорная функция

функция сохранения и депо семян

Химические и биохимические функции

источник питательных элементов и соединений

депо элементов питания, энергии и влаги

функция стимулятора и ингибитора биохимических и других процессов

Физико-химические функции

сорбция тонкодисперсного вещества, поступающего из атмосферы, с боковыми и грунтовыми водными потоками и растительным опадом

сорбция почвенным мелкоземом микроорганизмов, обитающих в почве

функция стимулятора и ингибитора биохимических и других процессов

Информационные функции

функция сигнала для сезонных и других биологических процессов

регуляция численности, состава и структуры биогеоценоза

пусковой механизм некоторых сукцессий

«память» биогеоценоза (ландшафта)

Биогеоценоз – это экосистема в границах фитоценоза.

Целостные функции

Трансформация вещества и энергии

Санитарная функция

Функция защитного и буферного экрана

В целом все перечисленные функции прямо или косвенно определяют почвенное плодородие.

ІІ Глобальные – входят функции, реализуемые почвенным покровом в его взаимодействии с литосферой, гидросферой, атмосферой и биосферой.

защитный слой литосферы

источник вещества для формирования пород и полезных ископаемых

передача аккумулированной солнечной энергии и вещества в недра Земли

Гидросферные

Роль в круговороте воды, регулировании водного баланса

Атмосферные

Фактор формирования и эволюции газового состава атмосферы

Источник и приемник твердого вещества и микроорганизмов атмосферы

Общебиосферные

среда обитания организмов суши

связующее звено биологического и геологического круговорота

ІІІ Экологические функции городских почв

Отличие городских почв от почв природных ландшафтов в том, что их свойства формируются под влиянием антропогенных факторов. С участием почв в антропоэкосистемах города протекают биогеохимические циклы различных химических веществ (природного и техногенного происхождения), в них происходит преобразование культурного насыпного слоя, трансформация поверхностных вод в грунтовые.

Утилитарное (практическое) значение имеет плодородие этих почв, пригодность их для произрастания зеленых насаждений. Почвы служат банком для семян, регулятором газового обмена. Особую значимость в урбанизированных ландшафтах приобретает протекторная функция почвы.

Таким образом, в городах, почва служит:

защитным барьером от вертикального проникновения веществ химического и биологического происхождения
биогеохимическим преобразователем грунтов, мусора и свалок.

4.Принципы и формула почвообразования

В основе генетического почвоведения, созданного Докучаевым, лежит два фундаментальных принципа:

1) Почва, есть самостоятельное естественно-историческое природное тело, объективно отличающиеся от других природных тел строением, свойствами, законами образования (генезисом) и функционирования.
2) Почва как природное тело является функцией взаимодействия факторов – почвообразователей во времени.

Однако еще Докучаеву и его ученикам было ясно, что связь почвы со средой осуществляется благодаря почвообразовательным процессам, постепенно превращающему исходный геологический субстрат в почву. Так, почти одновременно с учением о почве родилось учение о почвообразовательном процессе как передаточном «механизме» от факторов среды к свойствам почв.

Только в 60-70-е годы двадцатого века произошло окончательное осознание, что процессы – необходимое звено в докучаевской формуле:

Свойства почв &#171 Факторы почвообразования

В качестве фундаментальной формулы почвоведения в 1973-1975 гг. Герасимов И.П. предложил использовать триаду:

Свойства почв &#171 Процессы &#171 Факторы почвообразования

В результате дискуссий в почвоведении (на современном этапе) выделяются следующие виды (категории) почвообразовательных процессов:

Микропроцессы
Мезопроцессы (элементарные почвообразовательные процессы)
Макропроцессы

5. Почвенные микропроцессы

Микропроцессы &#150 это наиболее простые и многочисленные процессы и явления в почвах, идущие на молекулярном, ионном, атомном и подобных уровнях.

Как правило, это различные противоположно направленные явления.

Главная черта – не оставляют в почвах в данный момент заметных морфологически выраженных признаков; обратимы и цикличны.

Читайте также: Кислота для полива почвы

Микропроцессы подразделяются на 3 группы:

Процессы обмена веществом и энергией между почвой и другими природными телами – газами, водой, теплом, энергией.
Микропроцессы превращения веществ и энергии, происходящие в самой почве:
Микропроцессы передвижения веществ и энергии в почве

6. Почвенные мезопроцессы

Мезопроцессы, или элементарные почвообразовательные процессы (ЭПП) &#150 занимают промежуточный уровень между микропроцессами и типовыми макропроцессами.

Эта такая группа процессов, из которых ни один взятый в отдельности не способен сформировать почву. ЭПП – это обязательно только составная часть (элемент) типового почвообразовательного процесса.
Это процессы, которые обязательно приводят к изменению твердой фазы почвы или породы. Все ЭПП приводят к тому, что мы можем каким-то образом зафиксировать это изменение.

Выделяют следующие группы ЭПП:

Первичный почвообразовательный процесс
Метаморфизм органического вещества, гумусообразование in situ
Метаморфизм минерального вещества
Переорганизация почвенной массы
Оглеение почвенной массы – процесс трансформации на месте минеральной массы почв в условиях постоянного или длительного переувлажнения и анаэробиозиса, приводящий к созданию «холодных» тонов окраски
Миграция вещества

Элементарные почвообразовательные процессы это такая группа процессов, из которых ни один взятый в отдельности не способен сформировать почву. ЭПП &#150 это обязательно только составная часть (элемент) типового почвообразовательного процесса. Любая почва формируется тем или иным сочетанием конкретных ЭПП разных групп, но никогда не образуется ЭПП из одной только группы. Именно в этом проявляется &#171элементарность&#187 этого уровня процессов &#150 любой типовой почвообразовательный процесс составляется из омбинации более чем одного ЭПП.

7. Почвенные макропроцессы (общие, типовые)

Это процессы, которые обязательно имеют своим конечным или промежуточным результатом изменение в твердой фазе почвообразующей породы или почвы. Ни в одном из действующих списков ЭПП нет такого процесса, который не имел бы подобного &#171 твердофазного &#187результата&#150 признака, маркирующего процесс.

Макропроцессы – формируют почвы определенных генетических групп. В почвоведении они рассматриваются как черноземообразование, подзолообразование, солонцеобразование и т.д. Чернозем, подзол или солонец образуются в результате определенного совместного воздействия нескольких ЭПП. Главенство процессов не абсолютно. В зависимости от типов почв и конкретных условий главное может стать второстепенным, подчиненным.

Дерновый &#150 обязательное условие постоянный приток влаги извне, корни не тянутся вниз в поисках воды. Формируемые почвы – дерново-подзолистая, серая лесная с поверхностным горизонтом А1.
Черноземный &#150 отсутствует внешнее увлажнение, корни растений тянутся вниз в поисках воды. Формируемые почвы – черноземы с поверхностным горизонтом А.
Подзолистый &#150 процесс разрушения первичных и вторичных минералов. Формируются подзолистые почвы с горизонтом А2.
Болотный &#150 состоит из 2 процессов: торфообразование и оглеение.
Солончаковый &#150 процесс накопления легкорастворимых солей в почвенном профиле.
Солонцовый &#150 процесс внедрения в почвенный комплекс (ППК) иона натрия (Na+).

8. Формирование почвенного профиля

Процесс формирования полноразвитого профиля длится от сотен до сотен тысяч лет.

Почвенный профиль – это совокупность генетически сопряженных и закономерно сменяющихся горизонтов почвы, на которые расчленяется материнская порода в процессе почвообразования.

Главные факторы образования профиля – процессы разрушения, синтеза и миграции органических, минеральных и органо-минеральных веществ и энергии; вертикальное распределение живого вещества.

Выделяют следующие факторы вертикальной дифференциации почвенного профиля:

Вертикальная ярусность корневых систем растений, связанная с биологическими особенностями растительных организмов, строением почвообразующих пород, уровнем и составом грунтовых вод
Вертикальное распределение микроорганизмов
Вертикальное распределение и миграция почвенных животных
Вертикальное перемещение влаги в почве
Вертикальный поток тепла
Вертикальная диффузия газов из атмосферы во внутренние слои литосферы

Наверх

Источник

➤