Окультуривание пахотных земель

Содержание Введение Глава 1. История развития окультуривания почв

1.1 Человечество познает почву

1.2 В. В. Докучаев — основатель генетического почвоведения

1.3 Дифференциация почвоведения в начале XX века

1.4 История развития плодородия пахотных земель Глава 2. Факторы и условия почвообразования

2.1 Почвообразующие породы

2.2 Климат и почвообразование

2.3 Значение рельефа в почвообразовании Глава 3. Химические и физические свойства почв

3.1 Поглотительная способность почв

3.2 Химические свойства почв

3.3 Физические свойства

3.4 Водные свойства почвы

3.5 Влажность почвы

3.6 Влагоемкость почв Глава 4. Плодородие почв

4.1 Плодородие и его элементы

4.2 Динамика плодородия Глава 5. Пахотные земли

5.1 Земельные ресурсы в мире и в России

5.2 Пахотные земли Глава 6. Окультуривание — основа повышения плодородия пахотных земель

6.1 Окультуривание. Углубление корнеобитаемого слоя

6.2 Окультуривание почвы. Известкование Глава 7. Окультуривание, внесением органических и минеральных удобрений

7.1 Органические удобрения

7.2 Минеральные удобрения Заключение Список литературы

Введение

Почвоведение _ наука о почве. Она входит в состав естествознания. Почвоведение изучает происхождение, развитие, строение, состав, свойства, географическое распространение и рациональное использование почв.

С давних времен человек при использовании земли оценивал ее прежде всего с точки зрения способности производить урожай растений. Поэтому понятие окультуривания почвы было известно еще до становления почвоведения как науки и выражало наиболее существенное свойство земли как средства производства.

Почвоведение как научная дисциплина оформилась в нашей стране в конце 19 столетия благодаря трудам выдающихся русских ученых В. В. Докучаева, П. А. Костычева, Н. М. Сибирцева.

Тема работы весьма актуальна, так как благодаря своим особым качествам почва играет огромную роль в жизни органического мира. Являясь продуктом и элементом ландшафта — особым природным телом, она выступает как важная среда в развитии природы земного шара.

Целью работы является изучение окультуривания почвы.

Задачи работы:

— рассмотреть историю развития окультуривания почв;

— рассмотреть факторы и условия почвообразования;

— выявить химические и физические свойства почв;

— изучить плодородие почв;

— изучить пахотные земли;

— изучить окультуривание как основу повышения плодородия пахотных земель;

— рассмотреть окультуривание, внесением органических и минеральных удобрений.

Глава 1. История развития окультуривания почв

1.1 Человечество познает почву Десять тысяч лет назад человек совершил переход от собирательства и охоты к земледелию.

Самый примитивный способ обработки почвы _ мотыжный _ требовал некоторых знаний о ее физических свойствах, к ним надо было приспосабливать конструкцию мотыг и родственных им орудий, от этого же зависел урожай. «Исходный пласт» земледелия в долине Иордана и в соседних местах, быть может, восходит к IX—X тысячелетиям до н. э. В районах Передней Азии между VII и III тысячелетиями до н. э. земледелие развивалось в местностях с песчаными и глинистыми почвами.

В лесистых и кустарниковых районах Азии, Африки, Европы, Центральной и Южной Америки люди довольно быстро перешли к подсечно-огневой системе земледелия. Она уже объединяла большую цепь технологических процессов, из которых многие были связаны с почвами: выбор лесного участка, подсека и пожог его, перемешивание золы с почвой, ее рыхление сначала палками, затем мотыгами, а, в конце концов, и плугами с металлическими сошниками. Возникали первые представления о роли золы в почвенном плодородии, ее значении для питания растений. Человек рано познал особенности почв, климата и ландшафтов предгорных территорий, которые явились первыми зачатками семи установленных Н. И. Вавиловым центров мирового земледелия. Из предгорий оно перешло в долины рек с их плодородными аллювиальными почвами. Знание пойменных почв и ландшафта, явилось предпосылкой для перехода к орошаемому земледелию.

Почвы делились на «пшеничные», подвергаемые искусственному затоплению; водно-болотные, предназначенные для культивирования гидрофильных растений и разведения птицы; «степные», не затопляемые Нилом. Почвы виноградников и садов ценились особо.

В Индии и Китае задолго до нашей эры существовали разные виды земледелия, то это справедливо для Передней Азии и обширной области Средиземноморья, здесь переплетались пять видов земледелия: подсечно-огневое, «предырригационное», поливное, неполивное средиземноморского типа; земледелие, «связанное с разведением клубневых и корневых растений». Все эти виды земледелия так или иначе связаны с определенными знаниями о почве. Средиземноморское земледелие на маломощных каменистых почвах требовало, с одной стороны, их сохранения, а с другой — частых рыхлений для поддержания нужной влажности.

«Клубневое земледелие» чаще базировалось на рыхлых и легких почвах. Со свойствами почв и видами земледелия тесно связана длительная эволюция почвообрабатывающих орудий, изобретение и дальнейшее совершенствование плуга.

Металлические части плуга в Передней Азии встречаются с III тысячелетия до н. э. В Древней Месопотамии известны два типа плугов — легкий и тяжелый. Первый применялся на легких и мелких почвах, его обычно тянули ослы. Тяжелый плуг появился позднее. Он предназначался для связных и мощных почв, в него впрягали пару, четверку или шестерку быков. У народа майя сначала господствовала подсечно-огневая система земледелия. Субтропические почвы, вообще очень нестойкие, быстро истощались. Самые плодородные использовались подряд не более 3—4 лет, затем их надо было на 6—10 лет оставлять под лесом. Существовало в Южной и Центральной Америке и настоящее орошение.

В этот период люди многое узнали о почве и научились не только ее обрабатывать, но и переделывать.

К древним грекам восходят сохранившиеся до нашего времени агрономические, биологические и географические сочинения, в которых немало говорится о земле — почве, ее плодородии, свойствах.

Греческая агрономия была преемницей древневосточной, точно так же сельскохозяйственные знания римлян развивались под влиянием знаний греков.

Со времени появления рукописи Катона, начинается блестящая эпоха римской агрономии, которая продолжалась до начала V в. н.э. и завершилась сочинением Палладия. На протяжении всего этого времени римляне настойчиво интересовались почвой как главным объектом любой агрономической деятельности.

Феодализм в Европе охватывает период с V по XVII в. В одних регионах мира его элементы возникли значительно раньше, а в других он затянулся до XX в.

В представлениях о почве в Китае, Японии и Индии было много общего: почве уделялось большое внимание, разрабатывались сходные способы поддержания почвенного плодородия.

Отчетливое представление о знаниях византийцев о почве дает объемистая сельскохозяйственная энциклопедия, созданная в X в. Полное ее название «Геопоники, выборки о сельском хозяйстве». В книге дается описание почв, климата, всех разделов земледелия, животноводства, пчеловодства и даже рыболовства.

Почва считается хорошей, если «в засуху она не очень сильно трескается, если от проливных дождей она не превращается в болото, а впитывает всю дождевую влагу в свои недра». Затрагиваются и более точные методы определения качества почвы, по Вергилию, путем получения водной вытяжки из «комка почвы».

Арабы издавна разделяли пустынные почвы на три вида: равнинные красные песчаные почвы, всхолмленные песчаные почвы — более бесплодные и каменистые или «железные» почвы. Кроме того, были известны долины временных потоков, обильно увлажняемые во время редких ливней.

В XI—XIII вв. происходит массовый подъем сельского хозяйства: расширяются посевные площади, усиливается так называемая внутренняя колонизация, т. е. освоение новых почв — иногда плодородных, иногда требовавших солидных мелиорации (осушение болот). В отдельных местах начинают применять в качестве удобрения мергель, вырабатываются приемы дренажа избыточно увлажненных почв.

Главные достижения последних столетий средневековья в Европе сводятся к восстановлению античных источников, к признанию роли почвы в земельном кадастре, формированию некоторых новых взглядов на природу почвы и ее роль в жизни растений. Все это в наибольшей мере проявилось в труде Альберта Великого.

Первые исторические сведения о почвах нашей страны относятся к ее окраинам, известным грекам и римлянам. В районах европейской части СССР, например в Приднестровье, земледельческие племена обитали еще в IV—III тысячелетиях до н.э. У древних славян начиная с VII—VIII вв. было развито пашенное земледелие и культура разнообразных сельскохозяйственных растений.

На Севере России — в Двинской и Архангельской земле — уровень сельского хозяйства и агрономических знаний был выше, чем в других частях государства. Пахотные земли здесь высоко ценились. Паровое поле давало отдых почве, в него же вносился навоз, хотя и нерегулярно. При внесении навоза учитывалось природное плодородие почв; там, где они были особенно бедными, его всегда не хватало.

К XVI—XVII вв. восторжествовали народные представления о необходимости отдыха (паровое поле) и удобрения (унавоживания) почвы для поддержания ее плодородия.

1.2 В. В. Докучаев — основатель генетического почвоведения Василий Васильевич Докучаев родился 1 марта 1846 г. Первые научные работы Докучаева были посвящены изучению генезиса поверхностных отложений, форм рельефа, речной сети и болот Северо-Западной России и завершились изданием в 1878 г. книги «Способы образования речных долин европейской России».

В 1875 г. Чаславский приглашает Докучаева принять участие в составлении почвенной карты Европейской России. Объяснительный текст к ней «Картография русских почв» Докучаев публикует в 1879 г.

Быстрый успех, сопутствовавший Докучаеву в разработке черноземного вопроса и выдвижении его на современный теоретический уровень, определялся во многом гениальностью ученого. Докучаев энергично берется за разрешение черноземного вопроса. В докладе «Итоги о русском черноземе» (1877 г.) он перечислил взгляды па происхождение чернозема, отдавая предпочтение трактовке Ф. И. Рупрехта.

В 1877 г. Докучаев обследовал центр и юго-запад черноземной полосы, в 1878 г. _ юго-восток, Крым, Северный Кавказ, побережье Черного и Азовского морей. В 1881 г. он повторно посещает Украину и Бессарабию, а в 1882 г. началась его экспедиция в Нижегородскую губернию, в южных уездах которой были распространены черноземы. В общей сложности он проехал и главным образом прошел пешком по черноземной полосе более 10 тыс. км, описал большое число геологических обнажений и почвенных разрезов, собрал образцы почв и подстилающих пород.

Одновременно Докучаев формулирует положение о пяти факторах-почвообразователях — климате, материнской породе, растительности, рельефе и возрасте страны, зная характер которых для той или иной местности, «легко предсказать, каковы будут там и почвы».

В 1892 г. Докучаев издает «в пользу пострадавших от неурожая» книгу «Наши степи прежде и теперь», в которой он предложил план охраны черноземных почв, борьбы с засухой.

Превозмогая тяжелый недуг, Докучаев в последние годы жизни продолжал упорно трудиться. Он обратился к глубоким проблемам тех ветвей естествознания, которые были ему особенно близки; главным здесь надо считать его учение о зональности почв и природы вообще.

Экспедиции по Буковине, Бессарабии, Средней Азии и особенно трехлетние исследования почв Кавказа (1898—1900 гг.) позволили ученому сформулировать законы зональности почв.

Жизнь Докучаева оборвалась в 1903 г. Идеи ученого слишком опережали его время, лишь в слабой мере осуществились его предложения.

Докучаев явился создателем генетического почвоведения как науки, главой славной плеяды единомышленников-натуралистов, их вдохновителем на новые свершения. К сожалению, далеко не все его мысли и идеи нашли быстрое воплощение в теории и на практике.

1.3 Дифференциация почвоведения в начале XX века Константин Дмитриевич Глинка (1867—1927 гг.) разделил почвы по оптимальному увлажнению (латериты, красноземы), среднему (подзолистые и др.), умеренному (чернозем, индийский регур), недостаточному (бурые, серые пустынные, пустынные коры), избыточному, временно-избыточному увлажнению.

С.С. Неуструев и Н. А. Димо установили существование в полупустынях Средней Азии самостоятельного типа почв — сероземов, или светлоземов.

Эмиль Раманн 1851 —1926 гг.), ученик Вольни и Э. Эбермайера. В 1893 г. Раманн выпустил книгу"Лесное почвоведение", а в 1905 г. — «Почвоведение», выдержавшее три издания.

П. Трейтц (1866−1935 гг.) еще в 1894 г. начал исследования отдельных частей Венгрии как агрогеолог. В 1898 г. вышел его очерк и «почвенная карта» округа Мадьяр-Овач.

Основоположником научного почвоведения в Болгарии явился Никола Петков Пушкаров (1874—1943 гг.) — ученый-энциклопедист, автор многих оригинальных работ и переводов трудов по ботанике, агропочвоведению.

Николай Александрович Димо (1873—1959), изучавший почвы Саратовской, Пензенской и Черниговской губерний, роль почвенных животных, разрабатывавший методы и приборы для лабораторного исследования почв. В 1907 г. Н. А. Димо совместно с ботаником Б. А. Келлером выпустил монографию «В области полупустыни», в которой описал комплексность почвенного и растительного покрова Прикаспийской низменности; особое внимание было уделено засоленным почвам, их морфологической и химической характеристике.

П.С. Коссович (1862—1915)—агроном по образованию. Он заведовал кафедрой и химической лабораторией Лесного института в Петербурге, издавал «Журнал опытной агрономии». Факторами почвообразования он считал: горную породу, принос веществ в почву, вынос веществ из почвы, климатические элементы, рельеф, растительность, животных. В лаборатории Коссович исследовал круговорот серы и хлора в природе, а также химический состав разных типов почв по профилю. Считается, что Коссович «подвел химический фундамент» под генетическое почвоведение. Им были получены первые капитальные данные по валовому химическому составу черноземов, показавшие их профильную однородность.

Я. Ван-Беммелен (1830—1911 гг.) известен исследованиями, поглотительной способности почв. Сначала он, подобно своему предшественнику Уэю, не сомневался в химической природе поглотительной способности, но затем пришел к выводу, что поглощение представляет собой явление адсорбции. Однако на количество поглощаемых веществ влияет не только структура этих соединений, но и концентрация ионов в растворе.

В 1908 г. Гедройц публикует свою знаменитую статью «Коллоидальная химия и почвоведение», в ней уже была установлена взаимосвязь между поглотительной способностью почв и почвенным раствором, который служит непосредственным источником питательных веществ для растений.

Г. Н. Высоцкий (1865—1940 гг.) почвовед, географ, климатолог, геоботаник. Водный режим почв и его типы (промывной, непромывной, выпотной) Высоцкий ставил в зависимость от климата и рельефа и выдвигал вопрос об «ороклиматических основах» классификации почв. Высоцкий изучил морфологию черноземов в очень глубоких разрезах, выяснил особенности их карбонатного профиля (карбонатные максимумы), роль гипса, значение корневых систем, кротов и дождевых червей, выявил причины трудностей лесоразведения на черноземах, особенно южных.

В.Р. Вильямс начал формировать взгляды о главной роли в образовании и эволюции почв четырех растительных формаций: деревянистой, луговой травянистой, степной травянистой, пустынной.

В 1912 г. вышла первым изданием ставшая в дальнейшем, после многократных дополнений, знаменитой книга Э. Рассела «Почвенные условия и рост растений».

Почвоведение после Докучаева начало дифференцироваться на «дочерние дисциплины».

В 1909 г. в Будапеште состоялась Первая международная «агрогеологическая конференция», в которой приняли участие ученые Австро-Венгрии, Германии, Бельгии, Румынии и России.

Итогом второй конференции были созданы три постоянные комиссии: 1) по методике механического анализа почв под председательством А. Аттерберга (Швеция), 2) по методике химического исследования почв под председательством А. Зигмоида (Венгрия) и 3) по номенклатуре и классификации почв под председательством Б. Фростеруса (Финляндия). Было принято решение издавать международный журнал на немецком языке «Internationale Mitteilungen fur Bodenkude» под редакцией проф. Ф. Ваншаффе (Германия) и высказано пожелание об официальном превращении в международный орган русского журнала «Почвоведение».

Тем не менее, за период всего в 15 лет XX в. в развитии почвоведения можно отметить крупные достижения: появились новые фундаментальные курсы «Почвоведения», первая мировая почвенная карта, значительных успехов достигли минералогия, химия, физика и биология почв, проникновение почвенно-генетических взглядов в агрономию стало более заметным, началось международное сотрудничество почвоведов.

1.4 История развития плодородия пахотных земель Учение о плодородии пахотных земель и его воспроизводстве _ теоретическая основа научного земледелия.

По мере накопления сведений о почве и развития естествознания и агрономии менялось и представление о том, чем обусловлено плодородие почвы. В древние времена люди обожествляли его, как солнце, огонь и воду. Сначала они объясняли его наличием в почве «жира» или «растительных масел», затем — воды, перегноя (гумуса) или элементов минерального питания; наконец, стали связывать его с совокупностью свойств почвы.

В определение понятия «плодородие почвы» внесли свою лепту А. Тэер, Ю. Либих, В. Р. Вильяме, А. А. Роде, В. А. Ковда, И. С. Кауричев, И. В. Тюрин и другие ученые. В соответствии с современными представлениями под плодородием следует понимать способность почвы удовлетворять потребности растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством воздуха, тепла и физико-химической средой, благоприятной для нормального роста и развития.

Плодородная почва содержит достаточное количество питательных веществ и воды, имеет оптимальный воздушный и тепловой режимы; такая почва устойчива к различным факторам разрушения и пригодна для применения новейших технологий; чиста от сорняков, вредителей и болезней и быстро «излечивается» от «почвоутомления».

Плодородие — одно из условий получения высоких урожаев, хотя и не обязательно характеризуется его величиной, так как здесь действует еще целый ряд факторов — климат, растения, время, труд земледельца и др.

Различают три категории плодородия почвы: естественное, или природное, искусственное, или эффективное, экономическое. Естественное (природное) плодородие — почва обладает им в природном состоянии без вмешательства человека, формируется под влиянием природных факторов почвообразования.

Эффективное (искусственное) плодородие свойственно пахотным почвам, используемым в сельскохозяйственном производстве, и проявляется в виде их способности поддерживать тот или иной уровень урожая сельскохозяйственных культур. Оно зависит от уровня развития науки и техники, от возможности наиболее полно использовать природное плодородие почвы для получения урожая культур.

Экономическое плодородие связано с разной оценкой участков почв в зависимости от их расположения, удаленности и удобства использования.

Выделяют еще и потенциальное плодородие — суммарное плодородие почвы, определяемое ее свойствами, приобретенными в процессе почвообразования и созданными или измененными человеком.

Наряду с понятием «плодородие почвы» в агрономической литературе используется термин «окультуриваиие почвы». Окультуривание есть процесс изменения важных природных свойств почвы в благоприятную сторону путем научно обоснованного применения агромелиоративного комплекса (мелиорация, известкование и гипсование, внесение удобрений, обработка почвы, борьба с засоренностью и зараженностью и т. д.).

В современном земледелии понятие «окультуривание почвы» применимо к вновь осваиваемым почвам с очень низким естественным плодородием или при вовлечении в пахотный слой неплодородного подпахотного.

Своеобразие земли проявляется не только в ее незаменимости, постоянстве места, но и способности сохраняться и непрерывно улучшаться при правильном ведении сельскохозяйственного производства. Это указывает на необходимость разработки и осуществления на практике определенных приемов, направленных на улучшение почв при обязательном прогнозе возможных последствий.

Регулировать баланс органического вещества в почве можно, используя посевы многолетних бобовых трав и травосмесей с бобовыми и злаковыми компонентами. Это наиболее дешевы и и доступный способ обогащения почвы азотом путем фиксации его клубеньковыми бактериями. Принято считать, что многолетние бобовые и бобово-злаковые травы оставляют на 1 т сена в виде корневых и пожнивных остатков 10−15 кг азота. Хорошо воздействуют посевы бобовых культур на зеленое удобрение, оказывающее многостороннее положительное действие па свойства почвы и урожай. В зеленой массе сидератов находится примерно такое же количество (и даже больше), как в навозе, азота, несколько меньше фосфора и калия. Используются также различные приемы регулирования численности и состава микрофлоры. Разложение органического вещества в почве усиливается при более глубокой и своевременной обработке почвы, введении в севообороты пропашных культур и паров.

Химический метод предусматривает применение минеральных удобрений, известкование и гипсование почвы, обогащение при этом почвы питательными веществами, изменение реакции почвенного раствора, интенсивность и характер микробиологических процессов и другие свойства, определяющие плодородие почвы.

Физический метод направлен на изменение основных агрофизических свойств почвы: строение пахотного слоя, его плотность, пористость и структурное состояние. Основными способами воздействия на почву с целью их изменения являются: обработка почвы, приемы регулирования водного, воздушного и теплового режимов, включая также и мелиоративные мероприятия.

Обработка способствует разрыхлению слоя почвы, изменению соотношения между твердой ее фазой и норами, т. е. изменяется тепловой, водно-воздушный и пищевой режимы. За счет мелиоративных мероприятий в основном регулируются водный, воздушный и тепловой режимы почвы, в результате создаются более благоприятные условия для роста и развития растений.

Каждый из этих трех методов в той или иной степени воздействует практически на все свойства почвы и протекающие в ней процессы. Но наиболее эффективные результаты можно получить лишь тогда, когда умело сочетаются все три метода. Факторы, тормозящие окультуривание почв и способы их устранения Факторами почвенного плодородия служат все физические, химические и биологические свойства почв, способные оказывать положительное и отрицательное (лимитирующее) влияние на окультуривание почвы в зависимости от его количественного и качественного проявления. Почва может обладать не одним каким-то лимитирующим фактором, а целым рядом. Отсюда возникает необходимость разработки комплексных мелиорации их.

Глава 2. Факторы и условия почвообразования

2.1 Почвообразующие породы Почвообразующей (материнской) породой называется всякая горная порода, на минеральной основе которой возникает и развивается почва. Между почвой и почвообразующей породой происходит постоянный обмен энергией (особенно тепловой), газами парами воды и растворами. Почвообразующими породами могут быть продукты выветривания массивнокристаллических и осадочных пород. Этими породами чаще всего являются продукты выветривания осадочных пород. Однако наиболее древние осадочные горные породы обычно прикрыты новейшими четвертичными отложениями. Залегая непосредственно на поверхности земли, они служат основными материнскими породами. Наиболее распространенными материнскими породами являются континентальные четвертичные отложения: древние и современные ледниковые образования (морена), лесс и лессовидные породы, аллювий, делювий, элювий и др. Древняя морена представляет несортированные неоднородные, преимущественно глинистые валунные отложения мощностью иногда до 50−60 м и более. Различают основную, донную, боковую и конечную морену.

В древних озерных котловинах и впадинах распространены ледниково-озерные отложения, образовавшиеся на дне ледниковых озер из взмученного материала ледниковых вод. Эти отложения представляют супеси и ленточные глины с выраженной слоистостью, обусловленной чередованием тонких темных глинистых прослоек с более светлыми песчаными слоями. Все названные древние четвертичные отложения не везде являются непосредственными материнскими породами, так как они чаще лежат под современными генетическими типами геологических отложений, как элювий, делювий и аллювий. Элювий (от латинского eluoвымываю). Элювием называют континентальные геологические образования, возникшие в результате сильного изменения и разрушения горных пород на месте их первичного залегания. К элювию относят продукты выветривания горных пород, сохраняющие реликтовые структурные и петрографические признаки, генетическую связь и непрерывность последовательности перехода к исходным породам.

На поверхности Земли нет горных пород, так или иначе не измененных и не затронутых элювиальным процессом — совокупностью многообразных явлений денудации, выветривания и почвообразования. Однако малозаметные изменения горной породы не делают ее элювием. Элювиальный процесс протекает, и элювий в основном формируется непосредственно в поверхностных горизонтах Земли. Наибольшее значение в распространении имеет наземный элювий, в формировании которого участвует почвообразование. При резкой смене физико-географических условий элювий часто перекрывается сверху позднейшими наносами, т. е. оказывается погребенным (ископаемым), сохраняя свои генетические признаки. Погребенный элювий наземного происхождения легко распознается по ископаемым почвам или по сохранившимся прямым и косвенным признакам почвообразования (генетические горизонты почвы, включения, новообразования и т. д.). Однако в элювии древнейших эпох признаки почвообразования сглаживаются и даже исчезают.

Характер элювия сильно зависит от той природы, на которой он возникает. Так элювий равнин, образовавшийся на плотных массивно-кристаллических породах, резко отличается от элювия, сформированного на рыхлых осадочных породах. Верхний слой элювия на плотных породах состоит из рыхлых продуктов разрушения плотной породы, часто измененной выветриванием и почвообразованием до неузнаваемости, представляет собой землистую массу без малейших признаков массивно-кристаллических пород. На глубине нескольких метров эта массивно-кристаллическая масса залегает в мало измененном, а еще ниже практически в неизменном виде. Иной характер имеет элювий, возникший на рыхлой, осадочной породе. Вследствие большой воздухои водопроницаемости эта порода разрушается значительно быстрее и на большую глубину. Водные растворы проникают в нее вплоть до первого водоносного горизонта, залегающего иногда на глубине десятков метров. В связи с этим формируется наиболее мощный элювий, притом чем рыхлее осадочная горная порода, тем большей мощности он достигает. Наиболее интенсивное образование элювия приурочено к корнеобитаемой зоне. Элювий так многообразен, как разнообразны горные породы, на которых он образован.

Элювий имеет ясно выраженные черты зональности. В засушливых условиях он щелочной, а в относительно влажных кислый. В кислой среде протекает глееобразование или же латеритообразование. В щелочной среде возникает карбонатный элювий типа мергелей, лесса, лессовидных пород, засоленных грунтов и т. д. Нередко в верхних горизонтах элювий кислый, так как вода здесь обогащена углекислым газом, а книзу происходит нейтрализация углекислоты и нарастает щелочная реакция. В холодном климате наблюдается выраженное оглеение и ожелезнение — формирование мощных сизо-серых, вязких, глиноподобных масс и болотных охристо-желтых образований. В умеренном климате накапливаются краснои желто-бурые глины и суглинки, а в условиях континентально-умеренного пояса при некоторой засушливости образуется карбонатный палево-желтый лессовидный элювий, иногда гипсоносный и обогащенный легкорастворимыми солями. Соли местами имеют тенденцию к накоплению в поверхностных горизонтах элювиальных толщ. Во влажном климате, наоборот, растворимые соли выщелачиваются и накапливается кремнезем. В субтропиках с теплым и влажным климатом наблюдается сильное выщелачивание элювиальных толщ. Возникший в подобных условиях, близких к современным, элювий содержит очень много полуторных окислов. Окиси железа в таком элювии в несколько раз больше, чем в исходной породе. Во влажных тропиках элювий лишается щелочных и щелочноземельных оснований, а также SiO2. Здесь накапливается Al2O3 c Fe2O3 и формируются красноцветные латеритои бокситоподобные породы.

Элювиальный процесс протекает на всех элементах рельефа и захватывает все геологические отложения, не исключая новейших делювиальных, аллювиальных, эоловых, ледниковых и морских. В последних случаях образование элювия сводится к минимуму, так как оно подавляется другими преобладающими геологическими процессами и маскируется, исчезая подобно постоянно и повсеместно оседающей эоловой пыли, тонущей, как правило, в массе других отложений. Делювий (от латинского deluo — смываю) — генетический тип континентальных отложений, образующихся на склонах в результате смыва и отложения разрушенных выветриванием горных пород. Делювиальные отложения — это разнообразные по цвету и механическому составу, обычно пористые, образования, обязанные происхождением деятельности переменных по силе, мощности времени действия струйчатых водных потоков, которые не имеют определенных русл, а развиваются на склонах и производят смыв и отложение осадков на склонной поверхности. Делювий надо рассматривать как производное от ряда факторов: а) климатических (зональных) условий; б) горных пород; в) формы и величины склона; г) водосборной площадки склона; д) почвообразования и развития растительности. Вниз по склону механический состав делювия последовательно меняется от более крупнозернистого к мелкозернистому; то же наблюдается и в вертикальном направлении — внизу делювиального чехла залегают более крупные осадки, вверху — более тонкие. Последнее связано с выравниванием склона и затуханием потоков. Часто в разрезе делювиальной толщи наблюдаются ископаемые почвы, в большинстве случаев к перерывам в интенсивности отложения делювия. Ископаемые почвы делят всю толщу делювия на горизонты различного возраста. При этом делювий таких горизонтов часто различен по механическому и литологическому составу в зависимости от изменения факторов делювиообразования. Делювий выпуклых склонов в отличии от вогнутых и прямых характеризуется несколько более легким механическим составом. Делювий длинных пологих склонов имеет более тяжелый механический состав, нежели делювий крутых коротких склонов. Различия в экспозиции склонов сказываются на химическом составе делювия: делювий южных склонов относительно менее промыт, более богат солями, особенно карбонатами. По разрезам делювиальной толщи восстанавливаются древний ископаемый рельеф и бывшее положение базисов эрозии и денудации.

В связи с выполаживанием склона и по мере приближения наклонной поверхности его горизонтальной постепенно затухает делювиальный процесс и преобладает элювиальный. По механическому составу делювий в основной массе представлен в большинстве случаев средними суглинками. Мощный песчаный делювий на широких склонах при относительно малом стоке воды не возникает, так как выпадающие осадки успевают фильтроваться в песчаные породы, не стекая по поверхности склона. Там, где идет разрушение твердых пород, в делювий поступает крупнообмолочный материал в виде брекчии и щебня, часто слагающего целые горизонты в основании делювиальных толщ. Исследование делювиальных отложений склонов показало, что главная масса делювия возникла со времени образования глубоких долин древней гидрографической сети. Верхние горизонты делювиальных толщ местами завершаются новейшим делювием, достигающим иногда мощности в несколько метров, сильно окрашенным перегноем. Возникновение окрашенных перегноем толщ новейшего делювия, как и образование аллювиально — делювиальных темно — серых осадков молодых речных террас, по времени необходимо связывать с началом земледельческой культуры.

Аллювий (от латинского alluvio — намываю) — генетический тип континентальных рыхлых слоистых песчано-глинистых речных, дельтовых, овражно-балочных и озерных отложений. Типичный, широко распространенный речной аллювий образуется в результате миграции водных потоков в пределах речных долин. Он дифференцируется на два яруса отложений:

a) верхний — собственно пойменные, песчано-глинистые, относительно горизонта слоистые отложения с разнообразными ископаемыми почвами. Формируется в период разлива полых вод. В составе пойменных отложений закономерно залегает старичный аллювий;

б) нижний — русловые песчано-галечниковые, часто косослоистые отложения с ориентированными гальками и валунами в основании; образуются в русле в условиях миграции потока; залегают в основании эрозионной выемки, на «плотике».

Верхний и нижний ярусы генетически тесно связаны между собой, составляя единый аллювиальный комплекс, часто осложненный происходившими изменениями базисов эрозии в период формирования этого комплекса. У основания склонов коренных берегов речных долин формируются смешанные аллювиально-делювиальные отложения. Аллювий равнинных рек характеризуется хорошо выраженным полным аллювиальным комплексом отложений. В долинах горных рек доминирует русловый галечниковый аллювий. В овражно-балочных долинах с выраженным профилем равновесия преобладает пойменный аллювий. В дельтах рек формируется озерно-речной и пресноводно-морской аллювий. Различают новейший аллювий — массивов современных пойм и древний аллювий, слагающий речные террасы, сформированный в период их пойменной стадии. Генетически близки к аллювию флювиогляциальные отложения, образованные мощными потоками талых вод ледника. Аллювий служит материнской породой в поймах и надпойменных террасах.

Пролювий (от латинского proluo — сношу) впервые выделен А. П. Павловым как особый генетический тип геологических отложений. Он возникает на склонах гор, в области конусов выноса и в устьевых частях горных оврагов в результате деятельности повторяющихся ливневых водотоков. Пролювий склонов и конусов выноса состоит из обломков горных пород разной крупности: от щебня, галечника и гравия до песчано-пылеватых и глинистых осадков включительно. По шлейфам склонов и периферии обширных конусов выноса образуются лессовидные и глинистые пролювиальные отложения.

2.2 Климат и почвообразование Климат включает воздух приземного слоя, поверхностные и грунтовые воды и солнечную радиацию. Действие его на развитие почв может быть прямым, выражающимся в увлажнении, промачивании, нагревании и охлаждении почв, И косвенным, сказывающимся в жизнедеятельности почвенных организмов. Все климаты группируются на нивальные, где осадки выпадают только в форме снега, гумидные — осадков выпадает больше, чем испаряется с поверхности, и аридные — сухие, где возможная испаряемость с поверхности почвы значительно больше, чем выпадает осадков. Огромную роль в почвообразовании играют местный климат вообще и почвенный в особенности. Почвенный климат известным образом сказывается на свойствах почвы (содержание перегноя, температура, влажность, условия аэрации и др.) и, в свою очередь, зависит от почв, произрастающей на ней растительности и элементов рельефа. Наиболее важными элементами климата в почвообразовании являются осадки и приток лучистой энергии солнца (тепло и свет). Неравномерное периодическое выпадение осадков местами создает и неблагоприятный водный режим почвы, характеризующийся сменой периодов иссушения периодами избыточного увлажнения.

Вторым элементом климата, важным в почвообразовании, является температура воздуха и почвы. она влияет на скорость химических и биологических процессов, протекающих в почве. Температурные условия местности и продолжительность вегетационного периода определяют длительность интенсивного сезонного почвообразования. При отрицательных температурах почвообразование если полностью не останавливается, то протекает крайне слабо. При низких температурах происходит необратимое свертывание перегнойных кислот с возникновением нерастворимых веществ, то же наблюдается с некоторыми другими органическими соединениями, органо-минеральными и минеральными коллоидами почвы. Периодическое влияние положительных и отрицательных температур сопровождается замерзанием, размерзанием и оттаиванием почвы. В связи с выкристаллизованием воды в порах почвы в ней появляются трещины и непрочные отдельности в виде мерзлотной структуры. На почвообразование может влиять ветер, вызывая дефляцию. При скорости у поверхности почвы >5 м/сек он отрывает мелкие почвенные частицы и переносит их по воздуху, частицы средних размеров перемещаются скачкообразно, а более крупные катятся по поверхности. Ветер способствует обмену воздуха атмосферы и почвы, усиливая испарение воды с поверхности земли и из почвы. Климатические условия природных зон накладывают отпечаток на все физико-географические процессы и на почвообразование в особенности. В зависимости от климата в комплексе с другими факторами формируются весьма разнообразные почвы.

2.3 Значение рельефа в почвообразовании Основными элементами рельефа являются водораздельные пространства, склоны и долины. Развитая долина имеет террасы со склонами, пойму, дельту и русло. Всем элементам рельефа присущи свои условия почвообразования и почвы. Формирование почв связано с макро-, мезои микрорельефом. Макрорельеф — это совокупность наиболее крупных форм поверхности земли данной территории — горной, холмистой или равниной. Мезорельеф — средние формы поверхности земли, размещающиеся на элементах макрорельефа (второстепенно выгнутые и вогнутые формы поверхности — ложбины, всхолмления и прочие неровности). Микрорельеф — наименьшие формы поверхности земли, наблюдаемые лишь в непосредственной близости и образующиеся на элементах макрои мезорельефа. К ним относятся различные микроповышения и понижения от одного или нескольких квадратных метров до десятков и сотен квадратных метров с амплитудой по высоте, не превышающей десятка сантиметров (западинки, блюдца, лунки, бороздки или выпуклые возвышения, бугорки, валеки, кочки и т. д.).

Образование макрорельефа может быть обязано разным факторам:

а) геологическим (неровности, обусловленные деятельностью воды и ветра, карстовые и суффозионные провалы и оседания, грязевые вулканчики и т. п.);

б) климатическим (сжатие, набухание, замерзание и размерзание, развитие трещин);

в) антропогенным (борозды, канавы, валы, бугры).

На формирование почв большое влияние оказывает микрорельеф. Разность высот его измеряется десятками сантиметров. Ширина микроповышений или микропонижений не превышает десятков метров. Микрорельеф обуславливает комплексное распределение почв на неровной поверхности земли. Почвы блюдец, лиманов, лунок и ямок сильнее увлажнены, содержат перегноя больше, чем почвы бугорков, валиков, холмиков. Наибольшее значение в почвообразовании имеет макрорельеф и его элементы, что особенно заметно в горных областях, где почвенный покров сильно разобщен и местами деформирован в связи с усиленной денудацией поверхности. Почвы здесь формируются в соответствии с климатическими особенностями горных зон.

2.4 Роль организмов в почвообразовании Образование почвы и ее плодородие в основном зависят от растительности, микроорганизмов и почвенной фауны. Отмирающие корни — основной источник поступления в почву органического вещества, из которого образуется перегной, окрашивающий почву в темный цвет до глубины массового распространения в ней корневых систем. Извлекая элементы питания с глубины несколько метров и отмирая, растения вместе с органическим веществом накапливают элементы азотного и минерального питания в верхних горизонтах почвы. При этом травянистые растения извлекают минеральных веществ из почвы больше, чем древесные. Каждой растительной формации соответствует комплекс микроорганизмов разного видового состава, меняющегося с изменением почвообразования. Между почвообразовательным процессом и организмами почвы существует теснейшая связь. Корни растений, как муфтой, одеты живым слоем микробных клеток — бактерий и грибов, полезных и вредных. При подборе соответствующих растений в севообороте можно вести борьбу с нежелательными микроорганизмами почвы. Отмирающая зеленая растительность разлагается бактериями и грибами. Микроорганизмы энергично изменяют не только органическую, но и минеральную часть почвы. Жизнедеятельность их зависит от комплекса почвенных условий, которые могут или способствовать, или задерживать развитие микробов.

Количество микроорганизмов в почве достигает огромных величин. В 1 г целинных почв насчитывается 0,5 — 2, в окультуренных — 2 — 3 и более миллиардов микробов. Вес сухой массы их достигает 0,1−0,3 т/га и более. Больше всего микроорганизмов в поверхностных горизонтах почвы (10 см). Книзу количество их убывает; на глубине нескольких метров почва относительно стерильна. Наиболее благоприятна для микробиологических процессов температура от 20 до 40о. В хорошо обработанной окультуренной почве микроорганизмов больше, чем в необработанной; их больше в пресных нейтральных и известковых почвах и меньше в засоленных. Черви и личинки перемешивают почву, вынося землю наверх из глубоких слоев и обогащают ее органическим веществом. Почвенная масса, прошедшая через кишечник дождевых червей, обогащается азотом и кальцием, приобретает большую емкость поглощения. Следовательно, дождевые черви улучшают химические и физические свойства почвы, увеличивая пористость, аэрацию и влагоемкость. В сильно кислых и щелочных, заболоченных или очень сухих почвах дождевых червей нет.

Наконец, почву населяют позвоночные животные, главным образом грызуны (суслики, байбаки, сурки, хомяки, хорьки, мыши, слепыши, кроты), образующие местами многочисленные норы. Заполненные норы землероев, имеющие на почвенном разрезе вид овальных пятен разного диаметра, известны под названием котловин.

Таким образом, перерытость почвы чаще отрицательно влияет на ее свойства, увеличивая карбонатность и водопроницаемость до очень большой потери воды на фильтрацию. Глубокая обработка почвы и выравнивание поверхности уменьшают вредное действие землероев.

Глава 3. Химические и физические свойства почв

3.1 Поглотительная способность почв Поглотительной способностью почвы называется свойство задерживать или поглощать различные вещества, взаимодействующие и соприкасающиеся с ее твердой фазой. Почва способна задерживать или поглощать газы, различные соединения из растворов, минеральные или органические частицы, микроорганизмы и суспензии. Почвой энергично поглощаются и сохраняются главные элементы питания растений — K, N, Ca, Mg, P.

Механическая поглотительная способность — свойство почвы механически задерживать взвешенные в воде вещества, обусловлена механическим составом, структурой, сложением, пористостью и капиллярностью почвы. Почва как фильтр, способна закреплять фильтрующиеся через нее частицы в зависимости от их размеров, диаметров капиллярных и расположения их. Эта способность используется при кольматировании (заилении) песчаных почв и очистке бытовых и технических сточных вод. Физическая поглотительная способность — свойство почвы поглощать из раствора молекулы электролитов, продукты гидролитического расщепления солей слабых кислот и сильных оснований, а также коллоиды при их коагуляции. При физическом поглощении происходит аполярная адсорбция (сгущение молекул на поверхности раздела двух фаз — твердой и жидкой, твердой и газообразной), определяемая наличием ненасыщенной энергии на поверхности почвенных частиц. Эта энергия тем больше, чем тоньше механический состав почвы. Физическая поглотительная способность поэтому выше у суглинистых почв и слабее у песчаных. Физическое поглощение защищает водорастворимые соединения от вымывания. Такое поглощение нередко сопровождается коагуляцией коллоидных веществ под воздействием электролитов, что также предохраняет от вымывания водорастворимые соединения. Вот почему химическими мелиорациями можно способствовать коагуляции коллоидов и противодействовать пептизации их.

Химическая поглотительная способность — свойство почвы удерживать ионы в результате образования нерастворимых или труднорастворимых солей. Она заключается в выпадении из почвенных растворов осадков и закрепления их в почве. При взаимодействии растворимых и среднерастворимых солей возникают труднорастворимые соли, которые и присоединяются к твердой фазе почвы. например:

Na2СО3+СаSO = СаСО3+Na2SO4;

3CаSO4+2Na3РО4= Са (РО4)2+ 3Na2SO4.

Легкорастворимые соли, например, Na2SO4, уносятся из сферы взаимодействия. Химическое поглощение происходит в том случае, если анион раствора дает нерастворимое соединение с ионами, находящимися на поверхности твердых частиц почвы. Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность — свойство почвы обменивать некоторую часть катионов и в меньшей степени анионов из соприкасающихся растворов. Здесь наблюдается физическое и химическое поглощение. Происходит эквивалентный обмен катиононами. Катионы из раствора переходят в слой компенсирующих ионов мицелл почвенных коллоидов, а катионы из слоя компенсирующих ионов — в раствор. Изменяя искусственно реакцию почвенных растворов, можно направленно воздействовать на емкость поглощения, а из необменного состояния катионы перевести в обменные. Перевод в необменное состояние катионов совершается при периодическом высушивании почвы, что объясняется старением и частичной кристаллизацией гелей коллоидов.

Биологическая поглотительная способность связана с жизнедеятельностью организмов почвы (главным образом микрофлоры), которые усваивают и закрепляют в своем теле различные вещества, а при отмирании обогащают ими почву. Растворимые соединения, поступающие из раствора, а также вещества, ассимилируемые организмами из твердой и газообразной фазы почвы, переходят в нерастворимую форму в теле организмов. Благодаря такому поглощению в почве аккумулируются необходимые для растений элементы зольного и азотного питания. Это избирательная поглотительная способность по отношению к элементам питания растений. Особенно большое значение имеет для улучшения бедных питательными веществами легкопромываемых почв. Почва задерживает бактерии и адсорбирует их как физическая среда. Это свойство более выражено у суглинистых и меньше у песчаных почв. Адсорбирующая способность почв различна по отношению к разным видам бактерий. Поглотительная способность почв сильнее проявляется в условиях оптимальной влажности почв, когда накапливается перегной и элементы пищи растений и повышается плодородие почв.

3.2 Химические свойства почв Химические свойства почвы определяются процессами, происходящими в основном между ее твердой и жидкой фазами. По закону действующих масс в почве образуются и поступают в раствор различные вещества, в ней устанавливается подвижное равновесие между твердой частью и почвенным раствором. При уменьшении концентрации такого раствора часть веществ поступает в него из твердой фазы почвы и, наоборот, при увеличении концентрации часть веществ выпадает из раствора, присоединяясь к твердой фазе почвы. Почвенный раствор. В почвенной воде растворимы различные соли и кислоты, которые представляют так называемый почвенный раствор. Он образуется в процессе почвообразования в течение длительного времени в результате движения воды в почве и смачивания ее. Соли растворяются под действием кислот, коалинизации, окислительно-восстановительных процессов, гидролиза веществ и т. д. Почвенный раствор по составу и концентрации определяется взаимодействием почвы, воды и организмов, которое состоит в растворении минеральных и органических веществ, пептизации, коагуляции и обмене ионами растворов с почвенными коллоидами. Реакция почвенного раствора создается при взаимодействии почвы с водой или растворами солей, характеризуется концентрацией водородных и гидроксильных ионов. Реакция может быть кислой, щелочной или нейтральной. В последнем случае концентрация ионов Н+ и ОНодинакова. Реакция почвенного раствора выражается символом рН — десятичным логарифмом с обратным знаком, показывающим степень концентрации Н в почвенном растворе, или количеством Н-иона в листе раствора. Различают активную (актуальную) и потенциальную кислотность. Активная кислотность возникает за счет слабых кислот (главным образом углекислоты, органических кислот), а также кислых солей и минеральных кислот, особенно H2SO4. Эта кислотность обнаруживается действием воды на почву, поглощающий коллоидный комплекс которой не насыщен основаниями.

Способность почвенной суспензии противостоять изменению ее активной реакции (рН) при внесении в почву кислот или щелочей называется буферным действием. В следствие буферности почва обладает относительно устойчивой реакцией почвенного раствора. Буферное действие присуще твердой фазе почвы и зависит от ее химического, коллоидного и механического состава.

3.3 Физические свойства Физические свойства почвы разделяются на основные (объемный и удельный вес, пористость, пластичность, липкость, связность, твердость, спелость) и функциональные (водные, воздушные и тепловые). К последним относят способность поглощать (впитывать) выпадающие осадки или оросительную воду, пропускать, сохранять или удерживать ее, подавать из глубоких горизонтов к поверхности, снабжать ею растения и т. д. Вода значительно изменяет физические, химические, тепловые и воздушные свойства почвы. Физические свойства почвы, тесно связанные с другими ее свойствами, изменяются в соответствии с ходом почвообразования, а с изменением свойств изменяется и почвообразование. Объемный и удельный вес. Объемный вес — вес единицы объема абсолютно сухой почвы в естественном сложении (с порами), или вес в граммах 1 см³ сухой почвы. Он определяется взвешиванием образца с ненарушенным строем, взятого в строго определенном объеме. Удельный вес — вес в граммах 1 см³ твердой массы почвы без пор. Удельным весом почвы называют отношение веса твердой ее фазы определенного объема к весу воды при 40оС в том же объеме. Пористость (скважность). Суммарный объем пор между частицами твердой фазы (объем всех промежутков), выраженный отношением объема пор к объему почвы называется пористостью, или скважностью. В отличии от пористого сложения почвы или от пористости горных пород или других тел, скважность почвы нередко называют порозностью.