Составить характеристику условий для образования плодородной почвы. От чего зависит образование почв

Морфологическое строение почвы может многое рассказать об условиях, в которых происходило образование почвы. Генезис почв (т. е. происхождение) зависит от множества факторов, создающих те или иные условия, без которых возникновение почв определенного типа было бы невозможным.

С морфологической точки зрения, является обособленным природным образованием, сформировавшимся в условиях совместной деятельности нескольких факторов, влияющих на возникновение почв:

• тип материнской породы
• климатические условия
• возраст региона
• особенности рельефа местности
• наличие растительных и животных организмов

С точки зрения функциональных возможностей, почву можно охарактеризовать как наружный слой земной коры, обладающий способностью обеспечивать жизнедеятельность растений и дающий им возможность сформировать урожай.

Главным свойством, обеспечивающим урожайность, является плодородие - это необходимым количеством влаги и питательных элементов. Со временем человек научился увеличивать плодородные качества почвы и воздействовать на них таким образом, чтобы даже почвы с низким уровнем плодородности могли обеспечивать приемлемый урожай.

Какие важнейшие функции выполняет педосфера?

Почвенная оболочка планеты, т. е. педосфера является неотъемлемой частью экологии, без которой существование большинства видов живых организмов было бы невозможным. Можно выделить следующие основные функции почвы:

1) Среда обитания для животных и растений, а также микроорганизмов. Кроме того, почва обеспечивает источники снабжения важными химическими элементами, влагой и питательными веществами. В то же время, живые организмы и продукты их жизнедеятельности и распада влияют на формирование почвы.

2) Энергетический резервуар. Благодаря процессу фотосинтеза, растения могут усваивать солнечную энергию и преобразовывать ее в органику и передавать животным и человеку. Здесь почва выступает необходимой средой для существования растений.

3) Взаимодействие между геологическим и биологическим круговоротами веществ на планете. Основные химические элементы, необходимые для существования органической жизни, проходят через почву (углерод, кислород, азот).

4) Снабжение атмосферы и гидросферы органическими элементами и газами - то есть функция регуляция их состава.

5) Биорегуляция. Почва оказывает существенное воздействие на обитающих в ней и сверху живых организмов, регулирую не только их численность, но и отбор определенных видов. Важное влияние также почва оказывает на человека - наиболее плодородные почвы, пригодные для сельского хозяйства, животноводства и проживания, имеют преимущество перед регионами с плохими для жизни земельными условиями.

Какие существуют условия формирования почв и в чем заключается влияние почвообразующих факторов?

Как образуется почва? Факторов, влияющих на морфология почв, существует множество. Невозможно учесть все, но можно выделить основные, оказывающие на почву наибольшее воздействие:

1) Геологические породы.

Главным условием образования почв является наличие какой-либо из пород, т. е. специфического субстрата. Это минеральные вещества, доля которых в почве занимает от 60 до 90 процентов. В зависимости от преобладания того или иного типа веществ, формируется и соответствующий тип почвы (например, при большом содержании в породе солей калия формируются подзолистые почвы).

2) Растительность.

Наибольшее влияние на снабжение почвы органическими компонентами оказывают растения. В большей степени это проявляется во влажных тропических зонах, в меньшей степени - в районах пустынь, в условиях болот или тундры.

3) Животные.

Внутрипочвенные животные организмы занимаются переработкой органических веществ, впоследствии превращаясь в органические компоненты, соли, воду и углекислый газ.

4) Микроорганизмы.

Морфологические признаки почв обязательно включают в свой состав такой показатель как гумус.

5) Климатические условия.

Температура, влажность, давление и другие показатели существенно влияют на формирование почвы.

6) Атмосферные осадки.

Влага в виде осадков, грунтовых вод и наземных водоемов тоже влияет на морфологические параметры почвы.

7) Возраст.

Для формирования и стабилизации определенных видов почвы требуется значительное количество времени.

8) Рельеф.

Особенности рельефа создают особые условия для формирования почвы. В первую очередь, они влияют на температурные процессы и водные режимы в регионе.

Каждому региону нашей страны присущи свои типы почв. На их формирование повлиял не только климат, рельеф, но и растительный и животный мир. Сегодня мы поговорим о видах почв, о том, какие культуры на них можно выращивать.

Что такое почва?

Первым, кто начал заниматься вопросом изучения почвы, был советский ученый В. В. Докучаев. Он выяснил, что каждому региону присущи свои породы почв. После долгих исследований ученый сделал вывод о том, как рельеф местности, растительность, животные, подземные воды влияют на плодородие земли того или иного региона. И, исходя из этого, предложил свою классификацию. Им и была дана полная характеристика почв.

Конечно же, каждая страна руководствуется международной или же своей, местной таблицей дифференциации верхнего слоя земли. Но мы рассмотрим сегодня именно классификацию Докучаева.

Разновидности почв и подходящие для них растения

Характеристика супесчаных почв

Супесчаные почвы - это еще один из видов почв, которые являются благоприятными для выращивания культурных растений. В чем заключается характеристика земель такого типа?

Благодаря своей легкой структуре, такая земля отлично пропускает через себя воздух и воду. Стоит также отметить, что она хорошо удерживает влагу и некоторые минеральные вещества. Таким образом, супесчаные почвы могут обогатить этим все растущие в них растения.

Во время дождей или полива такая земля быстро поглощает воду и не образует на своей поверхности корку.

Супесчаные почвы быстро прогреваются. Таким образом, уже ранней весной их можно использовать как грунт для посадки семян или высадки черенков.

Для того чтобы ваша земля стала более плодородной, рекомендуется вносить в нее торф. Он поможет улучшить структуру данного грунта. Что касается питательных веществ, то для обогащения ими земли необходимо добавлять в нее компост или же навоз. Это нужно делать часто. Как правило, дачники подливают подготовленный и разбавленный с водой гумус на корни растений, что обеспечивает быстрый рост и обогащение минеральными и питательными веществами.

Как можно определить плодородие почвы?

Мы уже разобрались, что все типы почв отличаются друг от друга не только по составу, но и по пригодности для выращивания в них тех или иных растений. Но можно ли определить плодородие земли у себя на даче самостоятельно? Да, возможно.

В первую очередь вы должны понимать, что именно от кислотности зависит количество питательных минеральных веществ в земле. Поэтому для того, чтобы определиться, нужно ли улучшать ее состав или нет при помощи добавления удобрений, необходимо знать ее кислотность. Нормой для всех почв является показатель рН 7. Такая земля отлично впитывает необходимые питательные вещества и обогащает ими все растущие в ней растения.

Итак, для того чтобы определить рН почвы, необходимо воспользоваться специальным индикатором. Но, как показывает практика, иногда такой способ не является надежным, так как результат не всегда правдив. Поэтому специалисты рекомендуют собрать небольшое количество почвы в разных местах дачи и отнести на анализ в лабораторию.

Почвенный покров Земли кажется нам обычным и вечно существующим в природе. Однако это не так. Природа создавала почву в течение 4,5 миллиардов лет! Основой для образования почвы послужили продукты выветривания горных пород. Выветривание - это сложный процесс, результат совместного действия многих физических, химических и биологических факторов. Видео 37.

Условно это отражено в формуле: Горные породы + Солнце + воздух + вода + живые организмы = почва.

Процесс почвообразования никогда не прекращается, конечно, он идет и в наши дни, но очень медленно. Почва находится в постоянном процессе развития - формирования или разрушения.Длительность процесса образования почвенного покрова Земли обусловлена многими факторами. На образование почвы требуются многие тысячелетия. В то же время нерациональное природопользование, губительное для почвы, может уничтожить ее всего за несколько лет.

Как Вы думаете, следует почву отнести к возобновляемым, или невозобновляемым природным ресурсам? Можно ли дать однозначный ответ на этот вопрос?

Благодаря почвенному покрову Земли обеспечивается жизнь растений, животных и человека. Почва - важнейший компонент всех наземных экологических систем Земли и сама является уникальной экосистемой (см. подробнее темы 2 и 3). Она осуществляет связи живых организмов с литосферой, атмосферой и гидросферой. Почва - это объект изучения отдельной науки - почвоведения. Родоначальник почвоведения - выдающийся русский ученый Василий Васильевич Докучаев. В Петербурге находится Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева, который является одним из крупнейших в мире музеев почвенно-экологического профиля. В музее можно получить ответы на вопросы - Что такое почва? Как она образуется? Что на этой почве растет? Кто в этой почве живет? Музей является хранителем богатейшей коллекции почв из различных природных зон мира.

В настоящее время ученые выделяют около ста типов почв. Почему существуют разные типы почв?

Многобразие почв связано, разумеется, с многообразием условий, в которых они формировались. Особенно большое значение имеют климат и свойства тех пород, из которых образовалась почва.

Рассмотрите рисунок и сравните чернозем, дерново-подзолистые и тундровые подзолистые почвы.

Знаете ли Вы, какие типы почвы характеры для Вашей местности? В почве имеется нескольких слоев, связанных между собой. Видео 38. Среди них различают коренную породу, которая подвергается выветриванию при выходах ее на поверхность, и материнскую, из которой формируется верхний слой почвы. Нижележащий слой называется подпочвой.

Уникальное свойство почвы - плодородие. Именно оно обеспечивает существование жизни на Земле. Плодородие почвы обусловлено содержанием в ней гумусных веществ (гумуса). Гумус - это скопление органических веществ, которые образовались при гниении растительных и других остатков живого. Он придает почве черный цвет и обеспечивает рост и развитие растений (т.е. жизнь на Земле). Чем больше в почве гумуса, тем она плодороднее. Больше всего гумуса содержится в черноземных почвах. Видео 39.

Из чего состоит почва?

Примерно 50% пространства в почве занимает воздух, заполняющий промежутки между твердыми частицами. Около 45% массы почвы приходится на долю минеральных веществ, около 5% - на долю органических веществ. Однако эти сведения о составе почвы не дают настоящего представления о ней.

Мы привыкли думать, что почва мало населена, что основная масса живых организмов находится на ее поверхности. Но это совсем не так! Для многих животных она является средой обитания. Все знают, что в почве живут и дождевые черви, и личинки насекомых, и сами насекомые. Почва служит местом гнездования и строительства жилищ для многих птиц и других животных. Расчеты ученых показывают, что масса живого в почве составляет? массы живых обитателей лесов и более? массы живого степной растительности.

Установлено, что чем меньше размеры организмов, тем больше их число в почве. Так, в 1 м 3 почве находится несколько десятков миллионов червей и насекомых. А в 1 грамме почвы содержится более миллиона простейших микроорганизмов. В целом количество почвенных микроорганизмов на Земле ученые оценивают приблизительно в один миллиард тонн! Однако значение живых организмов в почвенных процессах определяется не их массой, а той огромное работой, которую они совершают. Видео 40.

Мы не замечает работу почвенных бактерий, которые непрерывно перерабатывают отмирающие части растений и других организмов. Но если бы она прекратилась, поверхность Земли была бы завалена этими остатками. Трудно представить, что было бы с нашей прекрасной Планетой через какие-нибудь сто лет! А дождевые черви, как известно, питаясь, заглатывают почву. Если в одном гектаре почвы обитает около 140 тысяч дождевых червей, то их масса составляет 500 кг! А это значит, что за один год они пропускают через свой организм около десяти тонн почвенной массы!

В чем заключается биосферная функция почвы?

Важно понимать, что для характеристики почвы недостаточно знать ее состав. Научное знание о почве связано с пониманием того, что она представляет собой сложное природное тело, имеющее определенное строение(структуру). Будем помнить: Почва - это не механическая смесь различных веществ. Почва - это сложнейшая система взаимодействия минеральных, органических веществ и живых организмов.

Благодаря их взаимодействию почва выполняет свои биосферные функции. Но, повторим, оно обеспечивается не только составом, но и строением почвы.

Почва состоит из очень мелких частиц. В пленке воды, обволакивающей почвенные частицы, живут микроскопические организмы. Более крупные поселяются между частицами почвы, как в пещерах. И те, и другие составляют с почвой единое образование. Тем, что живут на поверхности частиц, необходим воздух, а те, что находятся внутри частиц, способны жить без воздуха.

Питание, дыхание и все другие процессы жизнедеятельности живых организмов приводят к множеству изменений в составе почвы. При этом они вовлекают в эти процессы вещества, содержащиеся в воздухе и растворенные в воде, а сами выделяют образовавшиеся в процессе их жизнедеятельности новые вещества.

Таким образом, почва выполняет свою биосферную функцию как конечного звена, обеспечивающего создание всей биомассы Планеты.

Разрушение почвы может происходить как в результате природных процессов, так и под влиянием нерациональных действий человека.

Разрушение почвенного покрова на месте рубки леса

Такие природные процессы, как наступление ледников, извержение вулканов, образование гор, землетрясения, ураганы, смерчи или наводнения, не могут не влиять на состояние земной коры и на процессы почвообразования. Но естественная эрозия почвы(разрушение и снос верхних наиболее плодородных слоев в результате действия воды и ветра) - это медленный непрерывный процесс, одновременно с которым формируется новый почвенный слой. В отличие от естественной,антропогенная эрозия почвы вызвана вмешательством человека в природную среду в хозяйственных целях. Нерациональное использование полей и пастбищ, вырубка леса, осушение водоемов и тому подобное - все это может уничтожить плодородие почвы за очень короткий срок.

Например, первые поселенцы в Америке так нещадно эксплуатировали землю, что за 100 лет погубили 20% пахотных земель. Почва также разрушается вследствие заболачивания, опустынивания.

Горькое свидетельство безоглядной эксплуатации человеком природы - это и пустыни Северной Африки, и Прибалтийские дюны, и эродированные пространства в Австралии, Пакистане, в Индии и Канаде. Только в европейской части нашей страны насчитывается до 2 миллионов оврагов, которые образовались в основном вследствие распашки земли. Ежегодно земельные угодья теряют слой плодородной почвы, на создание которого природа затратила тысячи лет. Почвоведы называют эрозию настоящей трагедией.

Ученые считают, что для сохранения экологической устойчивости территории в каждой природной зоне должно соблюдаться определенное соотношение пашен, пастбищ и лесов. Так, например, в лесостепи, по исследованиям В.В. Докучаева, лесов должно быть 10-18%. Сейчас из-за чрезмерной распашки их осталось значительно меньше.

По современным данным человечество уже утратило за исторический период около 2 млрд. га некогда плодородных земель, превратив их в антропогенные пустыни. Это больше, чем площадь всей современной пашни в мире, составляющей 1,5 млрд. га.В конце ХХ века стало очевидным, что деградация почв приобрела угрожающие размеры и является одной из основных угроз глобального экологического кризиса. Это особенно тревожно, если учесть, что, последним оценкам, в мире насчитывается более одного миллиарда голодающих, то есть каждый шестой житель планеты. А это значит, что сейчас страдают от голода и истощения больше людей, чем когда бы то ни было в истории человечества, в то время как плодородие почв и площадь пригодных для сельского хозяйства земель сокращаются.

Мы когда-нибудь задумываемся над тем, что в нашей жизни значит почва? Пожалуй, очень редко. Нам кажется, что, поскольку почва - это не цветок, не насекомое, не зверь, что с ней может случиться? Так и будет всегда лежать под ногами. А вместе с тем всемирно известный эколог Жан Пьер Дорста сказал: "Почва - наш самый драгоценный капитал. Жизнь и благополучие всего комплекса наземных биоценозов, естественных и искусственных, зависит, в конечном счете, от тонкого слоя, образующего самый верхний покров Земли".

Недооценивая роль этого величайшего природного богатства, человечество ставит под угрозу само свое существование.

Охрана почвы от ее разрушения, борьба с уменьшением ее плодородия - важнейшая экологическая проблема, требующая безотлагательного пристального внимания мирового сообщества.

Тип является главной единицей классификации почвы. Выделяется он в соответствии с профилем земли. В. В. Докучаев в 1886 году впервые классифицировал типы.

Почвы, возникшие в ходе окультуривания участков, не пригодных ранее для развития сельского хозяйства, относятся к особой группе.

Некоторые виды не формируют групп (зон), встречаются на отдельных площадях внутри зон. Это во многом связано с особенностями пород, увлажнения, рельефом местности.

Наиболее распространенными считаются зональные типы почв. Они (вместе с растительными и прочими элементами ландшафта) формируют природные области.

Типы почв

1. Болотные земли. формируются при продолжительном или чрезмерном постоянном увлажнении (заболачивании). Как правило, они образуются на лесных территориях умеренных поясов.
2. Бурые лесные. Эти типы почв в основном встречаются в на территориях с умеренно-теплым влажным климатом.
3. Бурые полупустынные, пустынно-степные. Эти типы почв формируются в местности с сухим климатом, в умеренном поясе, под пустынно-степными видами растений.
4. Горные. Представляют собой группу, формирующуюся в горной местности. Практически все типы почв, входящих в эту категорию, отличаются щебнистостью, незначительной мощностью и наличием первичных минералов.
5. Каштановые. Распространены в полупустынях и степях умеренного пояса.
6. Луговые почвы формируются под луговыми видами растений, на территориях высокого поверхностного увлажнения или участках, подверженных непрерывному воздействию грунтовых вод.
7. Засоленные. Распространены в засушливых местностях с повышенной концентрацией (больше 0,25%) минеральных солей, легко растворимых в воде - магния, кальция, карбонатов хлоридов.
8. формируются в смешанных лесах и тайге, в условиях умеренно-континентального и континентального климата. Они испытывают избыточное увлажнение и постоянно промываются просачивающимися водами.
9. Сероземы распространены в в условиях субтропического пояса.
10. Слитые почвы формируются в субтропическом, тропическом, В своем профиле имеют слитой горизонт, который во влажном состоянии сильно набухает и приобретает высокую пластичность, в сухом виде остается твердым и плотным.
11. Тундровые. Составляют комбинацию почв Северного полушария, его тундровой зоны. В эту категорию включены тундровые перегнойно-карбонатные, дерновые, подзолистые и прочие почвы.
12. Черноземы. Эти почвы распространены в степной и лесостепной зонах умеренного пояса.

Немаловажным показателем при классификации почвы является ее состав.

Легкие - песчаные - почвы включают большое количество песка, незначительную долю перегноя, небольшой объем глинистых частиц. Почвы более высокой плотности относятся к категории тяжелых - глинистых почв. Они при обработке не рассыпаются, напротив, формируют крупные комья, что весьма затрудняет перекопку.

Каменистые почвы распространены на склонах гор или холмов и не отличаются плодородием. Большую часть в их составе занимают

Основу составляют в большей степени органические вещества. Они богаты азотом, содержат мало калия и весьма незначительное количество фосфора. Однако существуют и торфовивианитовые почвы, в которых, наоборот, отмечается высокая концентрация фосфора.

Супесчаные почвы наделены многими свойствами песчаных при более сбалансированном соотношении компонентов, относятся они к промежуточной разновидности. Эти почвы считаются благоприятными во всех отношениях для культивирования растений.

Для горизонтов принято буквенное обозначение, позволяющее записывать строение профиля. Например, для дерново-подзолистой почвы : A 0 -A 0 A 1 -A 1 -A 1 A 2 -A 2 -A 2 B-BC-C .

Выделяются следующие типы горизонтов :

• Органогенные - (подстилка (A 0 , O), торфяной горизонт (T), перегнойный горизонт (A h , H), дернина (A d), гумусовый горизонт (A) и т. д.) - характеризующиеся биогенным накоплением органического вещества.
• Элювиальные - (подзолистый , лессированный, осолоделый , сегрегированный горизонты; обозначаются буквой E с индексами, либо A 2) - характеризующиеся выносом органических и/или минеральных компонентов.
• Иллювиальные - (B с индексами) - характеризующиеся накоплением вынесенного из элювиальных горизонтов вещества.
• Метаморфические - (B m) - 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 кремнезём , 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.

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 (ρ s) минеральных почв колеблется от 2,4 до 2,8 г/см³, органогенных: 1,35-1,45 г/см³. Плотность почвы (ρ b) ниже: 0,8-1,8 г/см³ и 0,1-0,3 г/см³ соответственно. Пористость (порозность, ε) связана с плотностями по формуле:

ε = 1 - ρ b /ρ s

Минеральная часть почвы

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 , пироксены , 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.

Почва характеризуется высоким содержанием вторичных минералов , образованных в результате глубокого химического преобразования первичных, или же синтезированных непосредственно в почве. Особенно важна среди них роль глинистых минералов - каолинита , монтмориллонита , галлуазита , серпентина и ряда других. Они обладают высокими сорбционными свойствами, большой ёмкостью катионного и анионного обмена, способностью к набуханию и удержанию воды, липкостью и т. д. Этими свойствами во многом обусловлена поглотительная способность почв, её структура и, в конечном счёте, плодородие.

Высоко содержание минералов-оксидов и гидроксидов железа (лимонит , гематит), марганца (вернадит , пиролюзит , манганит), 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 окислительно-восстановительных процессах. Большую роль в почвах играют карбонаты (кальцит , арагонит см. карбонатно-кальциевое равновесие в почвах). В аридных регионах в почве нередко накапливаются легкорастворимые соли (хлорид натрия , карбонат натрия и др.), влияющие на весь ход почвообразовательного процесса.

Гранулометрический состав

Треугольник Ферре

В почвах могут находиться частицы диаметром как менее 0,001 мм , так и более нескольких сантиметров . Меньший диаметр частиц означает большую удельную поверхность, а это, в свою очередь - большие величины ёмкости катионного обмена , водоудерживающей способности, лучшую агрегированность, но меньшую порозность. Тяжёлые (глинистые) почвы могут иметь проблемы с воздухосодержанием, лёгкие (песчаные) - с водным режимом.

Для подробного анализа весь возможный диапазон размеров делят на участки, называемые фракциями . Единой классификации частиц не существует. В российском почвоведении принята шкала Н. А. Качинского. Характеристика гранулометрического (механического) состава почвы даётся на основании содержания фракции физической глины (частиц менее 0,01 мм) и физического песка (более 0,01 мм) с учётом типа почвообразования.

В мире также широко применяется определение механического состава почвы по треугольнику Ферре: по одной стороне откладывается доля пылеватых (silt , 0,002-0,05 мм) частиц, по второй - глинистых (clay , <0,002 мм), по третьей - песчаных (sand , 0,05-2 мм) и находится место пересечения отрезков. Внутри треугольник разбит на участки, каждый из которых соответствует тому или иному гранулометрическому составу почвы. Тип почвообразования при этом не учитывается.

Органическая часть почвы

В почве содержится некоторое количество органического вещества. В органогенных (торфяных) почвах оно может преобладать, в большинстве же минеральных почв его количество не превышает нескольких процентов в верхних горизонтах.

В состав органического вещества почвы входят как растительные и животные остатки, не утратившие черт анатомического строения, так и отдельные химические соединения, называемые гумусом . В составе последнего находятся как неспецифические вещества известного строения (липиды , углеводы , лигнин , флавоноиды , пигменты , воск , смолы и т. д.), составляющие до 10-15 % всего гумуса, так и образующиеся из них в почве специфические гумусовые кислоты .

Гумусовые кислоты не имеют определённой формулы и представляют собой целый класс высокомолекулярных соединений. В советском и российском почвоведении они традиционно разделяются на гуминовые и фульвокислоты .

Элементный состав гуминовых кислот (по массе): 46-62 % C, 3-6 % N, 3-5 % H, 32-38 % O. Состав фульвокислот: 36-44 % C, 3-4,5 % N, 3-5 % H, 45-50 % O. В обоих соединениях присутствуют также сера (от 0,1 до 1,2 %), фосфор (сотые и десятые доли %). Молекулярные массы для гуминовых кислот составляют 20-80 кДа (минимальная 5 кДа, максимальная 650 кДа), для фульвокислот 4-15 кДа. Фульвокислоты подвижнее, растворимы на всём диапазоне (гуминовые выпадают в осадок в кислой среде). Отношение углерода гуминовых и фульвокислот (C гк /C фк) является важным показателем гумусового состояния почв.

В молекуле гуминовых кислот выделяют ядро, состоящее из ароматических колец , в том числе азотсодержащих гетероциклов. Кольца соединяются «мостиками» с двойными связями, создающими протяжённые цепи сопряжения , обуславливающие тёмную окраску вещества . Ядро окружено периферическими алифатическими цепями, в том числе углеводородного и полипептидного типов. Цепи несут различные функциональные группы (гидроксильные , карбонильные , карбоксильные , аминогруппы и др.), что является причиной высокой ёмкости поглощения - 180-500 мг-экв/100 г.

О строении фульвокислот известно значительно меньше. Они имеют тот же состав функциональных групп, однако более высокую ёмкость поглощения - до 670 мг-экв/100 г.

Механизм формирования гумусовых кислот (гумификация) до конца не изучен. По конденсационной гипотезе (М. М. Кононова, А. Г. Трусов) эти вещества синтезируются из низкомолекулярных органических соединений. По гипотезе Л. Н. Александровой гумусовые кислоты образуются при взаимодействии высокомолекулярных соединений (белки, биополимеры), затем постепенно окисляются и расщепляются. Согласно обеим гипотезам в этих процессах принимают участие ферменты , образуемые преимущественно микроорганизмами. Есть предположение о чисто биогенном происхождении гумусовых кислот. По многим свойствам они напоминают тёмноокрашенные пигменты грибов .

Почвенная структура

Структура почвы оказывает влияние на проникновение воздуха к корням растений, удержание влаги, развитие микробного сообщества. В зависимости только от размера агрегатов урожай может меняться на порядок. Оптимальна для развития растений структура, в которой преобладают агрегаты размером от 0,25 до 7-10 мм (агрономически ценная структура). Важным свойством структуры является её прочность, особенно водоустойчивость.

Преобладающая форма агрегатов является важным диагностическим признаком почвы. Выделяют округло-кубовидную (зернистую, комковатую, глыбистую, пылеватую), призмовидную (столбовидную, призмовидную, призматическую) и плитовидную (плитчатую, чешуйчатую) структуру, а также ряд переходных форм и градаций по размеру. Первый тип характерен для верхних гумусовых горизонтов и обуславливает большую порозность, второй - для иллювиальных, метаморфических горизонтов, третий - для элювиальных.

Новообразования и включения

Основная статья: Почвенные новообразования

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, кремнезёма (присыпка в элювиально-иллювиально дифференцированных почвах, опаловые и халцедоновые прослои и коры, трубки), глинистых минералов (кутаны - натёки и корочки, образующиеся в ходе иллювиального процесса), часто вместе с гумусом.

К включениям относят 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.

Жидкая фаза почв

Состояния воды в почве

В почве различают воду связанную и свободную. Первую частицы почвы настолько прочно удерживают, что она не может передвигаться под влиянием силы тяжести,а свободная вода подчинена закону земного притяжения. Связанную воду в свою очередь делят на химически и физически связанную.

Химически связанная вода входит в состав некоторых минералов. Эта вода конституционная, кристаллизационная и гидратная. Химически связанную воду можно удалить лишь путем нагревания, а некоторые формы (конституционную воду) - прокаливанием минералов. В результате выделения химически связанной воды свойства тела настолько меняются, что можно говорить о переходе в новый минерал.

Физически связанную воду почва удерживает силами поверхностной энергии. Поскольку величина поверхностной энергии возрастает с увеличением общей суммарной поверхности частиц, то содержание физически связанной воды зависит от размера частиц, слагающих почву. Частицы крупнее 2 мм в диаметре не содержат физически связанную воду; этой способностью обладают лишь частицы, имеющие диаметр менее указанного. У частиц диаметром от 2 до 0,01 мм способность удерживать физически связанную воду выражена слабо. Она возрастает при переходе к частицам меньше 0,01 мм и наиболее выражена у цредколлоидных и особенно коллоидных частиц. Способность удерживать физически связанную воду зависит не только от размера частиц. Определенное влияние оказывает форма частиц и их химикоминералогический состав. Повышенной способностью удерживать физически связанную воду обладает перегной, торф. Последующие слои молекул воды частица удерживает со все меньшей силой. Это рыхло связанная вода. По мере отдаления частицы от поверхности притяжение ею молекул воды постепенно ослабевает. Вода переходит в свободное состояние.

Первые слои молекул воды, т.е. гигроскопическую воду, частицы почвы притягивают с громадной силой, измеряемой тысячами атмосфер. Находясь под столь большим давлением, молекулы прочно связанной воды сильно сближены, что меняет многие свойства воды. Она приобретает качества как бы твердого тела.. Рыхло связанную воду почва удерживает с меньшей силой, ее свойства не так резко отличны от свободной воды. Тем не менее сила притяжения еще настолько велика, что эта вода не подчиняется силе земного притяжения и по ряду физических свойств отличается от свободной воды.

Капиллярная скважность обусловливает впитывание и удержание в подвешенном состоянии влаги, приносимой атмосферными осадками. Проникновение влаги по капиллярным порам в глубь почвы осуществляется крайне медленно. Водопроницаемость почвы обусловлена в основном некапиллярной скважностью. Диаметр этих пор настолько велик, что влага не может в них удерживаться в подвешенном состоянии и беспрепятственно просачивается в глубь почвы.

При поступлении влаги на поверхность почвы сначала идет насыщение почвы водой до состояния полевой влагоемкости, а затем через насыщенные водой слои возникает фильтрация по некапиллярным скважинам. По трещинам, ходам землероек и другим крупным скважинам вода может проникать в глубь почвы, опережая насыщение водой до величины полевой влагоемкости.

Чем выше некапиллярная скважность, тем выше и водопроницаемость почвы.

В почвах кроме вертикальной фильтрации существует горизонтальное внутрипочвенное передвижение влаги. Поступающая в почву влага, встречая на своем пути слой с пониженной водопроницаемостью, передвигается внутри почвы над этим слоем в соответствии с направлением его уклона.

Взаимодействие с твёрдой фазой

Основная статья: Почвенный поглощающий комплекс

Почва может удерживать поступившие в неё вещества по разным механизмам (механическая фильтрация, адсорбция мелких частиц, образование нерастворимых соединений, биологическое поглощение), важнейшим из которых является ионный обмен между почвенным раствором и поверхностью твёрдой фазы почвы. Твёрдая фаза за счёт сколов кристаллической решётки минералов, изоморфных замещений , наличия карбоксильных и ряда других функциональных групп в составе органического вещества заряжена преимущественно отрицательно, поэтому наиболее ярко выражена катионообменная способность почвы. Тем не менее, положительные заряды, обуславливающее анионный обмен, в почве также присутствуют.

Вся совокупность компонентов почвы, обладающих ионообменной способностью, называется почвенным поглощающим комплексом (ППК). Входящие в состав ППК ионы носят название обменных или поглощённых. Характеристикой ППК является ёмкость катионного обмена (ЕКО) - общее количество обменных катионов одного рода, удерживаемых почвой в стандартном состоянии - а также сумма обменных катионов, характеризующая природное состояние почвы и не всегда совпадающая с ЕКО.

Отношения между обменными катионами ППК не совпадают с отношениями между теми же катионами в почвенном растворе, то есть ионный обмен протекает селективно. Предпочтительнее поглощаются катионы с более высоким зарядом, а при их равенстве - с большей атомной массой , хотя свойства компонентов ППК могут несколько нарушать эту закономерность. Например, монтмориллонит поглощает больше калия , чем протонов водорода , а каолинит - наоборот.

Обменные катионы являются одним из непосредственных источников минерального питания растений, состав ППК отражается на образовании органоминеральных соединений, структуре почвы и её кислотности.

Почвенная кислотность

Почвенный воздух.

Почвенный воздух состоит из смеси различных газов:

1. кислород, который поступает в почву из атмосферного воздуха; содержание его может меняться в зависимости от свойств самой почвы (её рыхлости, например), от количества организмов, использующих кислород для дыхания и процессов метаболизма;
2. углекислота, которая образуется в результате дыхания организмов почвы, то есть в результате окисления органических веществ;
3. метан и его гомологи (пропан, бутан), которые образуются в результате разложения более длинных углеводородных цепей;
4. водород;
5. сероводород;
6. азот; более вероятно образование азота в виде более сложных соединений (например, мочевины)

И это далеко не все газообразные вещества, которые составляют почвенный воздух. Его химический и количественный состав зависят от содержащихся в почве организмов, содержания в ней питательных веществ, условий выветривания почвы и др.

Живые организмы в почве

Почва - это среда обитания множества организмов. Существа, обитающие в почве, называются педобионтами. Наименьшими из них являются бактерии , водоросли , грибки и одноклеточные организмы , обитающие в почвенных водах. В одном м³ может обитать до 10¹⁴ организмов. В почвенном воздухе обитают беспозвоночные животные , такие как клещи , пауки , жуки , ногохвостки и дождевые черви . Они питаются остатками растений , грибницей и другими организмами. В почве обитают и позвоночные животные , 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 нанофауна (простейшие , коловратки , тихоходки , нематоды и др.), почва - это система микроводоемов.
• 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.
• 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.
• Мегафауна или макрофауна почв - это крупные землерои, в основном из числа млекопитающих. Ряд видов проводит в почве всю жизнь (слепыши, слепушонки , 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. Норники обладают чертами строения, характерными для наземных животных, но имеют ряд приспособлений, связанных с роющим образом жизни.

Пространственная организация

В природе практически не бывает таких ситуаций, чтобы на много километров простиралась какая-нибудь одна почва с неизменными в пространстве свойствами. При этом различия почв обусловлены различиями в факторах почвообразования.

Закономерное пространственное размещение почв на небольших территориях называется структурой почвенного покрова (СПП). Исходной единицей СПП является элементарный почвенный ареал (ЭПА) - почвенное образование, внутри которого отсутствуют какие-либо почвенно-географические границы. Чередующиеся в пространстве и в той или иной степени генетически связанные ЭПА образуют почвенные комбинации.

Почвообразование

Почвообразующие факторы :

• Элементы природной среды: почвообразующие породы, климат, живые и отмершие организмы, возраст и рельеф местности,
• а также антропогенная деятельность, оказывающие существенное влияние на почвообразование.

Первичное почвообразование

В русском почвоведении приведена концепция , что любая субстратная система, обеспечивающая рост и развитие растений «от семени до семени», есть почва. Идея эта дискуссионная, поскольку отрицает докучаевский принцип историчности, подразумевающий определённую зрелость почв и разделение профиля на генетические горизонты, но полезна в познании общей концепции развития почв.

Зачаточное состояние профиля почв до появления первых признаков горизонтов можно определять термином «инициальные почвы» . Соответственно выделяется «инициальная стадия почвообразования» - от почвы «по Вески» до того времени, когда появится заметная дифференциация профиля на горизонты, и можно будет прогнозировать классификационный статус почвы. За термином «молодые почвы» предложено закрепить стадию «молодого почвообразования» - от появления первых признаков горизонтов до того времени, когда генетический (точнее, морфолого-аналитический) облик будет достаточно выраженным для диагностики и классификации с общих позиций почвоведения.

Генетические характеристики можно давать и до достижения зрелости профиля, с понятной долей прогностического риска, например, - «инициальные дерновые почвы»; «молодые проподзолистые почвы», «молодые карбонатные почвы». При таком подходе номенклатурные трудности разрешаются естественно, на базе общих принципов почвенно-экологического прогнозирования в соответствии с формулой Докучаева -Йенни (представление почвы как функции факторов почвообразования: S = f(cl, o, r, p, t …)).

Антропогенное почвообразование

В научной литературе для земель после горных работ и других нарушений почвенного покрова закрепилось обобщённое название «техногенные ландшафты», а изучение почвообразования в этих ландшафтах оформилось в «рекультивационное почвоведение» . Был предложен также термин «технозёмы» , по сути представляющий попытку объединить Докучаевскую традицию «-зёмов» с техногенными ландшафтами.

Отмечается, что логичнее применять термин «технозём» к тем почвам, которые специально создаются в процессе технологии горных работ путём разравнивания поверхности и насыпания специально снятых гумусовых горизонтов или потенциально плодородных грунтов (лёсса). Использование этого термина для генетического почвоведения вряд ли оправданно, так как итоговым, климаксным продуктом почвообразования будет не новый «-зём», а зональная почва, например, дерново-подзолистая, или дерново-глеевая.

Для техногенно-нарушенных почв предлагалось использовать термины «инициальные почвы» (от «нуль - момента» до появления горизонтов) и «молодые почвы» (от появления до оформления диагностических признаков зрелых почв), указывающие на главную особенность таких почвенных образований - временные этапы их эволюции из недифференцированных пород в зональные почвы.

Классификация почв

Единой общепринятой классификации почв не существует. Наряду с международной (Классификация почв ФАО и сменившая её в 1998 году WRB) во многих странах мира действуют национальные системы классификации почв, часто основанные на принципиально разных подходах.

В России к 2004 году специальной комиссией Почвенного института им. В. В. Докучаева, руководимой Л. Л. Шишовым, подготовлена новая классификация почв, являющаяся развитием классификации 1997 года. Однако российским почвоведами продолжает активно использоваться и классификация почв СССР 1977 года.

Из отличительных особенностей новой классификации можно назвать отказ от привлечения для диагностики факторно-экологических и режимных параметров, трудно диагностируемых и часто определяемых исследователем чисто субъективно, фокусирование внимания на почвенном профиле и его морфологических особенностях. В этом ряд исследователей видят отход от генетического почвоведения, делающего основной упор на происхождении почв и процессах почвообразования. В классификации 2004 года вводятся формальные критерии отнесения почвы к определённому таксону, привлекается понятие диагностического горизонта, принятое в международной и американской классификациях. В отличие от WRB и американской Soil Taxonomy, в российской классификации горизонты и признаки не равноценны, а строго ранжированы по таксономической значимости. Бесспорно важным нововведением классификации 2004 года стало включение в неё антропогенно-преобразованных почв.

В американской школе почвоведов используется классификация Soil Taxonomy, имеющая распространение также в других странах. Характерной её особенностью является глубокая проработка формальных критериев отнесения почв к тому или иному таксону. Используются названия почв, сконструированные из латинских и греческих корней. В классификационную схему традиционно включаются почвенные серии - группы почв, отличных лишь по гранулометрическому составу, и имеющие индивидуальное название - описание которых началось ещё при картировании Почвенным бюро территории США в начале XX века.

Классификация почв - система разделения почв по происхождению и (или) свойствам.

• 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.
          • Разряд почвы - классификационная единица, группирующая почвы по характеру почвообразующих и подстилающих пород.

Закономерности распространения

Климат как фактор географического распространения почв

Климат - один из важнейших факторов почвообразования и географического распространения почв - в значительной степени определяется космическими причинами (количеством энергии, получаемой земной поверхностью от Солнца). С климатом связано проявление самых общих законов географии почв. Он влияет на почвообразование как непосредственно, определяя энергетический уровень и гидротермический режим почв, так и косвенно, воздействуя на другие факторы почвообразования (растительность , жизнедеятельность организмов, почвообразующие породы и т. д.).

Непосредственное влияние климата на географию почв проявляется в разных типах гидротермических условий почвообразования. Тепловой и водный режимы почв оказывают влияние на характер и интенсивность всех физических, химических и биологических процессов, протекающих в почве. Ими регулируются процессы физического выветривания горных пород , интенсивность химических реакций , концентрация почвенного раствора, соотношение твёрдой и жидкой фазы, растворимость газов . Гидротермические условия влияют на интенсивность биохимической деятельности бактерий , скорость разложения органических остатков, жизнедеятельность организмов и другие факторы, поэтому в разных районах страны с неодинаковым тепловым режимом скорость выветривания и почвообразования, мощность почвенного профиля и продуктов выветривания существенно различны.

Климат определяет наиболее общие закономерности распространения почв - горизонтальную зональность и вертикальную поясность.

Климат является результатом взаимодействия климатообразующих процессов, протекающих в атмосфере и деятельном слое (океанах , криосфере , поверхности суши и биомассе) - так называемой климатической системе, все компоненты которой непрерывно взаимодействуют друг с другом, обмениваясь веществом и энергией. Климатообразующие процессы можно разделить на три комплекса: процессы теплооборота , влагооборота и атмосферной циркуляции.

Значение почв в природе

Почва как среда обитания живых организмов

Почва обладает плодородием - является наиболее благоприятным субстратом или средой обитания для подавляющего большинства живых существ - микроорганизмов, животных и растений. Показательно также, что по их биомассе почва (суша Земли) почти в 700 раз превосходит океан, хотя на долю суши приходится менее 1/3 земной поверхности.

Геохимические функции

Свойство различных почв по-разному аккумулировать разнообразные химические элементы и соединения, одни из которых необходимы для живых существ (биофильные элементы и микроэлементы , различные физиологически-активные вещества), а другие являются вредными или токсичными (тяжёлые металлы , галогены , токсины и пр.), проявляется на всех живущих на них растениях и животных, включая и человека. В агрономии, ветеринарии и медицине такая взаимосвязь известна в виде так называемых эндемических болезней, причины которых были раскрыты только после работ почвоведов.

Почва оказывает существенное влияние на состав и свойства поверхностных, подземных вод и всю гидросферу Земли. Фильтруясь через почвенные слои вода извлекает из них особый набор химических элементов, характерный для почв водосборных территорий. А поскольку основные хозяйственные показатели воды (её технологическая и гигиеническая ценность) определяются содержанием и соотношением этих элементов, то нарушение почвенного покрова проявляется также в изменении качества воды.

Регуляция состава атмосферы

Почва является главным регулятором состава атмосферы Земли. Обусловлено это деятельностью почвенных микроорганизмов, в огромных масштабах продуцирующих разнообразные газы -