Функции, строение, свойства, режимы и использование почв презентация

Определение почвоведения
Почвоведение - наука о почвах: процессах формирования и развития почв, условиях их образования и закономерностях распределения по земной поверхности, строении, составе и свойствах, процессах протекающих в почве, путях рационального использования, методах охраны и улучшения

Основные разделы почвоведения
Генетическое почвоведение – изучает закономерности формирования почв и процессы почвообразования
География почв – изучает закономерности распределения почв по земной поверхности, причины дифференциации почвенного покрова, почвенные ресурсы
Физика почв, химия почв, биология почв изучают состав и свойства почв, протекающие в них процессы.
Агрономическое и лесное почвоведение изучают рациональное использование и охрану почв в сельском и лесном хозяйстве
Мелиоративное почвоведение изучает методы улучшения почв

Определение почвы
Почва – самостоятельное биокосное природное тело, обладающее плодородием и формирующаяся на поверхности земли из горных пород под воздействием климата и живых организмов в определенных условиях рельефа на протяжении достаточно продолжительного времени

Почвенное плодородие
Плодородие - интегральный показатель способности почвы обеспечивать требования растений, прежде всего культурных, к условиям произрастания и развития
Естественное (природное) плодородие - сформировалось в почве под влиянием естественного почвообразовательного процесса без участия человека
Искусственное плодородие – изменение в продуктивности почв под влиянием производственной деятельности
Эффективное плодородие - реализация естественного и искусственного плодородия в рамках сложившейся технологии сельскохозяйственного использования почв
Потенциальное плодородие –реализация максимально возможной и стабильной в многолетнем периоде продуктивности сельскохозяйственных культур при благоприятных условиях их возделывания на конкретной почве

Функции почв
Почва представляет тонкую пленку на границе раздела атмосферы, литосферы, гидросферы и выполняет роль связующего звена и регулятора процессов обмена между компонентами биосферы
Основные группы экологических функций:
литосферные;
гидросферные;
атмосферные;
биогеоценотические (биологические);
общебиосферные.

Литосферные функции
Биохимическое преобразование верхних слоев литосферы.
Процессы физического и химического выветривания наиболее интенсивно протекают в почве, биологическое (биохимическое) выветривание имеет место преимущественно в почве
Место образование минералов, пород, полезных ископаемых.
Формирование вторичных минералов, окислов, простых солей. Образование лессов, покровных суглинков. Образование углеводородных месторождений
Регулирование процессов энергообмена между литосферой и атмосферой
Трансформация лучистой энергии солнца в тепловую, проведение тепловой энергии в грунтовую толщу и поступление тепловой энергии из грунтов к поверхности. Аккумуляция химической энергии в форме органического вещества
Защита литосферы от эрозии
Почва вследствие оструктуренности, связности генетических горизонтов, защищенности поверхности растительностью более устойчива к процессам размыва и дефляции

Гидросферные функции
Влияние на состав и объем грунтовых вод
Почва регулирует объем поступления поверхностных вод в грунтовые и их состав. Вследствие различной водопроницаемости и водоудерживающей способности почва задерживает и пропускает разную массу влаги. Атмосферные осадки очень слабо минерализованы. Проходя через почву они обогащаются органическими и минеральными веществами, превращаются в почвенные растворы и такой форме поступают в грунтовые воды
Участие в формировании речного стока
Почва регулирует объем поступления с поверхностных вод в речные системы и состав поступающих вод.
Фактор биопродуктивности водоемов
С поверхностным и внутрипочвенным стоком в водные системы поступает органическое вещество, элементы питания и микроорганизмы.
Сорбционный (защитный) барьер поверхностных и грунтовых вод
Почва вследствие сорбционных свойств задерживает загрязняющие вещества: органические и минеральные удобрения, пестициды, нефтепродукты, механические примеси
Регулирование водного баланса территории
Распределение поверхностных наземных вод на испарение, пополнение верховых и грунтовых вод, речной сток

Атмосферные функции
Поглощение и отражение солнечной энергии
Альбедо почвенной поверхности почвы определяет соотношение поглощенной и отраженной солнечной энергии
Влияние на влагооборот атмосферы
Испарение и поглощение влаги
Источник твердого вещества и микроорганизмов в атмосфере
Ветром поднимается пыль, органические и минеральные частицы, микроорганизмы
Влияние на газовый режим атмосферы
Круговорот углерода и кислорода в системе почва-атмосфера. При минерализации органического вещества потребляется кислород и выделяется углекислый газ

Биогеоценотические (биологические) функции
Среда обитания, жилище, убежище.
Механическая опора для высших растений
Депо семян, спор микроорганизмов
Источник и депо элементов питания, влаги, энергии для высших растений, микроорганизмов и других организмов сапрофитов.
Регуляторные (информационные) - сигнал для пуска сезонных биологических процессов; регуляция численности, состава и структуры биогеоценозов; причина биогеоценотических сукцессий, «память» биогеоценозов)
Фиксация атмосферного азота
Аккумуляция и трансформация вещества и энергии
Санитарная функция, буферный и защитный экран

Общебиосферные функции
Защитный экран и условие нормального функционирования биосферы
Связующее звено биологического и геологического круговорота Биологический круговорот – относительно замкнутый циклический обмен химическими элементами и молекулами, влагой, химической энергией, азотом, кислородом и углеродом в системе верхние слои литосферы - почва – поверхностные воды - живые организмы – приземный слой атмосферы. Наиболее интенсивен в звене почва - живые организмы. В результате биологического круговорота в почве аккумулируются элементы-биофилы и энергия и формируется почвенное плодородие.
Геологический круговорот – обмен веществом и энергией в системе атмосфера – живые организмы – почва – гидросфера - литосфера. Геологический круговорот в сравнении биологическим характеризуется большими пространственными и временными масштабами.
Фактор продуктивности естественных экосистем и агроландшафтов. Формирование плодородия

Основные понятия
Почвенный покров – совокупность почв на определенной территории, их состав, соотношение и распределение
Почвенный ареал – территория (участок) занятый почвой, имеющей однотипное вертикальное строение, свойства и происхождение (генезис)
Почвенный профиль - вертикальный срез почвы от поверхности до неизменной породы
Генетический горизонт – слой почвы относительно однородный по облику, свойствам, процессам в нем протекающим, происхождению или генезису и по этим признакам отличный от соседних слоев (горизонтов)
Строение почвенного профиля – состав и чередование генетических горизонтов

Почвенный профиль

Состав почв
По агрегатному (физическому) состоянию вещество в земной коре и почве может находится в твердом, жидком и газообразном состоянии.
Твердое вещество почв по химическому составу и генезису разделяется на минеральное, органическое и органоминеральное.
Минеральная часть почв очень разнообразна по химическому, механическому составу, физическим свойствам, которые во многом наследуются от почвообразующих пород

Химический состав почв
В состав почв входит большинство химических элементов. Однако содержание разных элементов очень неодинаковое.
Макроэлементы - кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, калий, натрий. Содержание этих элементов в почве составляет десятки процентов (кислород, кремний), единицы процентов (алюминий, железо), единицы и десятые доли процента (кальций, магний, натрий и калий). Общее содержание макроэлементов в породах превышает 99% (в почвах содержание макроэлементов меньше 99 %)
Биофильные элементы – (углерод, азот, водород, фосфор, сера) накапливаются в результате биологического круговорота в почвах в составе органического вещества. Среднее содержание в почве составляет единицы – десятые процента (углерод), десятые – сотые процента (водород, азот, сера, фосфор). В геологических отложениях сотые и меньшие доли процентов.
Микроэлементы – содержание в почве составляет тысячные и более низкие доли процента.

Валовый состав алюмосиликатной части дерново-подзолистых почв

Состав органического вещества почв

Характеристика основных компонентов органического вещества почв
Живое вещество – корни высших растений, микроорганизмы, насекомые, черви, норные животные
Растительные остатки - более или менее измельченные, но не утратившие своего анатомического строения и мало измененные химически отмершие части растений
Детрит – промежуточные продукты преобразования растительных остатков, которые сильно измельчены, существенно преобразованы химически и полностью утратили анатомическое строение, свойственное растениям
Неспецифические органические соединения – низкомолекулярные, относительно простые органические соединения (органические кислоты, фрагменты белков, жиров и др., аминокислоты, продукты микробного метаболизма), очень динамичная, крайне неустойчивая и непродолжительно присутствующая группа органического вещества в почве.
Гумус – сложная система специфических высокомолекулярных веществ относительно стабильных в почвенных условиях, подразделяющуюся на гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумины
Гуминовые кислоты – нерастворимые в кислой среде, со слабой миграционной способностью, наиболее высокомолекулярные компоненты гумуса.
Фульвокислоты - растворимые в кислой среде, способные к миграции в почвенном профиле, и отличающиеся пониженным молекулярным весом компоненты гумуса.
Гумины – наиболее инертная и стабильная часть гумуса

Примерные массы органического вещества в почвах лесостепной зоны
Низкомолекулярные соединения - 0,01 – 0,1 т/га
Почвенные животные - 0,1 - 0,2 т/га
Биомасса микроорганизмов - 1 – 2 т/га
Корни высших растений - 8 - 12 т/га
Растительные остатки и детрит - 10 – 15 т/га
Гумус - 50 – 700 т/га

Примерное соотношение масс разных форм органического вещества в почве
1 – низкомолекулярные соединения (0,02 %)
2 – животный мир почв (0,04 %)
3 – микроорганизмы (0,2 %)
4 – корни растений (1,5 %)
5 – растительные остатки и детрит (2,5 %)
6 – гумус (96 %)

Баланс гумуса в почве
Сн + О + Па + Пв – Р – Ва – Вв = Ск (1)
где Сн – исходное содержание гумуса;
Ск – конечное содержание гумуса;
О – образование гумуса (гумификация);
Па – атмосферное поступление гумуса;
Пв – поступление гумуса с поверхностным стоком;
Р – разложение гумуса (минерализация);
Ва – вынос гумуса ветром;
Вв – вынос гумуса поверхностным стоком
В нормальных условиях почвообразования Па=Ва, Пв=Вв и пренебрежительно малы
В зрелой почве Сн=Ск или О=Р
О = Опад * Кг (2)
где Опад – суммарная масса растительных остатков, т/га;
Кг – коэффициент гумификации, % (доля растительных остатков, которая преобразуется в гумус).
Р = Г * Км (3)
где Г – запас гумуса в почве, т/га;
Км – коэффициент минерализации гумуса, %, (доля гумуса, которая за год подвергается разложению до простых неорганических веществ – вода, углекислый газ, аммиак и др.);
Опад * Кг = Г * Км (4)
Г = Опад * Кг/Км (5)

Динамика запасов гумуса в почве
Формирование запасов гумуса в целинной почве
Изменение запасов гумуса при увеличении поступления в почву растительных остатков
Изменение запасов гумуса при уменьшении поступления в почву растительных остатков
К-во
гуму-са
Время

Изменение содержания гумуса в черноземах при длительном экстенсивном использовании

Роль органического вещества

Сравнительное значение компонентов органического в азотном питании
Поступление азота из гумуса
Запас гумуса в метровом слое 600 т/га. Коэффициент минерализации гумуса 0,002. Содержание азота в гумусе 3%.
Годовая норма высвобождения азота - 600000*0,002*0,03 = 36 кг/га
Поступление азота из растительных остатков и детрита
Ежегодную массу корневого опада - 10 т/га. Коэффициент минерализации растительных остатков – 0,8. Содержание азота в растительных остатках - 2%
Годовая норма высвобождения азота – 10000*0,8*0,02 = 180 кг/га

Основные факторы регулирования баланса гумуса
1 – органические удобрения (дополнительное внесение органики)
2 - севооборот, структура посевных площадей (регулирование массы растительных остатков)
3 – агротехника (внесение органического вещества в почву)
4 – мелиоративные приемы (регулирование интенсивности минерализации и гумификации)

Свойства почв
Физические – общефизические, физико-механические, водно-физические, теплофизические, воздушные
Гранулометрический состав – относительное (процентное) содержание в почве твердых (элементарных) частиц
Агрегатный состав (структура почвы) – содержание в почве различных по прочности, форме и размеру образований, состоящих из элементарных частиц
Химические – общее (валовое) содержание и содержание различных химических форм химических элементов
Физико-химические - характеризуют процессы поглощения и обмена химических элементов в почве и сопряженные с ними состав обменных , поглотительную способность почв, реакцию среды в почвенном профиле, буферные свойства
Агрохимические – содержание элементов питания
Биологические – состав, численность и активность живых существ в почве

Общефизические свойства почв
Плотность твердой фазы почвы (удельный вес) – вес единицы объема твердых частиц при их сложении без пустот (без пор), г/куб.см
Плотность почвы (объемный вес) – вес единицы объема сухой почвы в естественном сложении (почва с ненарушенным поровым пространством), г/куб.см
Пористость (скважность) почвы – доля в почве пространства незанятого твердой фазой или отношение объема пор к общему объему почвы, %

Агрономическая оценка общих физических свойств почв

Оптимальные в агрономическом отношении общие физические свойства пахотного горизонта
Объемный вес – 1,0 - 1,2 г/куб.см
Удельный вес вес – 2,4 – 2,5 г/куб.см
Пористость – 55-65 %
в том числе капиллярная – 40 %
некапиллярная – 20 %

Физико-механические свойства
Пластичность – способность почвы изменять свою форму под влиянием внешнего воздействия без нарушения своей сплошности и сохранять форму после устранения воздействия. Характеризуется числом пластичности представляющем разность между влажностью почвы при переходе к влажнотекучему состоянию и влажности при переходе к непластичному состоянию
Липкость – способность влажной почвы прилипать к другим телам. Измеряется силой, которую необходимо приложить чтобы оторвать единицу площади металлической пластинки от почвы. Единица измерения г/кв.см.
>15 г/кв.см – предельно вязкие, 5-15 г/кв.см – сильновязкие, 2-5 г/кв.см – умеренно вязкие, >2 г/кв.см – слабовязкие
Набухание – увеличение объема почвы при увлажнении. Измеряется в процентах увеличения объема относительно сухой почвы.
Усадка – сокращение объема почвы при высыхание. Измеряется в %
Связность – способность почвы сопротивляться внешнему усилию по разъединению почвенной массы. Измеряется в кг/кв.см
Удельное сопротивление – сила необходимая на подрезание пласта почвы, его оборот и трение о поверхность. Измеряется в кг/кв.см Удельное сопротивление варьирует в пределах от 0,2 кг/кв.см для легких почв до 1,2 кг/кв.см у тяжелых солонцевых.

Гранулометрический (механический) состав
Все физические свойства в большей или меньшей степени зависят от размера частиц слагающих почву или механического состава почвы
Отдельные твердые частицы почвы называются механическими элементами
Совокупность механических элементов, размеры которых укладываются в установленные верхние и нижние пределы, называются механическими фракциями
Механический или гранулометрический состав – относительное, выраженное в процентах содержание в почве механических фракций
Сумма всех механических фракций мелкозема (менее 1 мм) равна 100%

Механические фракции
Крупнозем – более 1 мм
в том числе камни – более 3 мм гравий – 1 – 3 мм
Мелкозем – менее 1 мм
в том числе песок крупный – 1 – 0,5 мм
песок средний - 0,5 – 0,25 мм
песок мелкий – 0,25 - 0,05 мм
пыль крупная – 0,05 – 0,01 мм
пыль средняя – 0,01 – 0,005 мм
пыль мелкая - 0,005 – 0,001 мм
ил - 0,001 – 0,0001 мм
коллоиды - менее 0,0001
Физическая глина – фракции менее 0,01 мм (пыль средняя и мелкая, ил)
Физический песок – фракции крупнее 0,01 мм (песчаные и крупная пыль)

Классификация почв по механическому составу проводится по содержанию физической глины, т.е. суммарному содержанию фракций менее 0,01 мм

Форма представления механического состава

Агрегатное состояние (почвенная структура)
Соединения отдельных механических элементов почвы(отдельных твердых частиц) в оформленные более крупные образования (отдельности), на которые способна распадаться почва, называются почвенными агрегатами или педами
Совокупная организация механических элементов в почвенные агрегаты называется структурой почвы
Почвенные структуры различаются по форме размерам и прочности образующих ее агрегатов
Чем меньше размер механических элементов, тем больше площадь их удельной поверхности и больше способность формировать почвенные агрегаты

Агрономическая оценка структуры почв
Агрономически наиболее ценны почвенные агрегаты, относящиеся к кубовидному типу структуры, размером от 0,25 до 10 мм., обладающие высокой механической и водной прочностью и пористостью свыше 45 %. Структурной считаются почвы содержащие более 55 % водопрочных агрегатов диаметром 0,25-10 мм

Факторы образования и разрушения структуры почв
Физические – уплотнение и разуплотнение почвы под влиянием физических воздействий (увлажнение и высыхание; замерзание и оттаивание; обработка почвы)
Физико-химические – состав поглощенных катионов и реакцией среды в почве, влияющие на коагуляцию коллоидов на поверхности механических элементов
Химические – осаждение труднорастворимых химических веществ (СаСО3, R2O3 ) на поверхности почвенных частиц
Биологические – механическое воздействие корневых систем на почву, продуцирование, обладающего высокой клеящей способностью органического вещества, переработка почв живыми организмами (формирование капролитов в результате деятельности червей)
Образованию структуры способствуют высокое содержание органического вещества (гумуса)

Химические свойства почв
К химическим свойствам относятся химический состав почв, общее (валовое) содержание химических элементов, содержание различных форм неорганических и органических элементов

Валовой состав дерново-подзолистой почвы, % на прокаленную навеску

Фракционный состав основных почвенных окислов

Свойства каштановых почв

Физико-химические свойства
К основным физико-химическим свойствам относятся актуальная, обменная и гидролитическая кислотности; актуальная и потенциальная щелочность, сумма и состав обменных катионов, буферность почв

Агрохимические свойства
Обеспеченность почв доступными для растений элементами питания устанавливается в зависимости от содержания элементов питания в пахотном слое и вида сельскохозяйственных культур
Содержание элементов питания определяется в вытяжках из почвенных образцов
Для разных почв используются различные экстрагенты (вытяжки): солянокислая (метод Кирсанова) для кислых почв; уксуснокислая (метод Чирикова) для нейтральных почв; уксуснокислотноаммонийная (метод Мачигина) для щелочных почв
Агрохимические свойства сельскохозяйственных угодий определяются в результате их обследования (картирования) с отбором из пахотного слоя и последующим анализом смешенных образцов почв. По результатам агрохимического обследования составляются картограммы обеспеченности с/х угодий фосфором, калием, величины рН, содержания гумуса

Почвенные режимы
Почвенные режимы - закономерное изменения какого-либо почвенного свойства или процесса за определенный период, как правило, на протяжении года
Основные типы почвенных режимов – водный, воздушный, тепловой, окислительно-восстановительный, пищевой, органического вещества, микробиологический.
Характер почвенных режимов определяется внешними факторами (природными условиями) и внутренними факторами (свойствами почв)
Водный режим – это характер изменения влажности почвы на протяжении года в результате процессов поступления, передвижения, удерживания и расхода влаги в почвенном профиле
Водный режим зависит от условий почвообразования (климата, рельефа, уровня грунтовых вод) обусловливающие внешние условия поступления и расхода влаги и водно-физических свойств почвы.

Типы водного режима
Промывной водный режим - наличие ежегодных интенсивных нисходящих токов гравитационной влаги за пределы почвенного профиля в глубокие слои пород вплоть до грунтовых вод. Характерен для районов, где КУ стабильно больше 1
Периодически промывной водный режим – слабоинтенсивные нисходящие токи гравитационной влаги за пределы почвенного профиля в глубокие слои пород вплоть до грунтовых вод в отдельные годы повышенного увлажнения. Характерен для районов, где КУ равен или несколько ниже 1.
Непромывной водный режим - нисходящие токи гравитационной влаги не достигают капиллярной каймы глубоко залегающих грунтовых вод. В почвенно-грунтовой толще имеется «мертвый» горизонт с постоянной низкой влажностью близкой к ВЗ. Характерен для районов, где КУ существенно ниже 1
Выпотной водный режим – в почве преобладают восходящие токи влаги от высоко залегающих грунтовых вод над нисходящими. Характерен для районов, где КУ существенно ниже 1 и территорий с высоким залеганием грунтовых вод.
Мерзлотный водный режим - практически постоянное промачивание профиля в маломощном слое вплоть до многолетней мерзлоты. Сильная водонасыщенность надмерзлотного слоя за счет верховых талых вод.
Застойный (болотный) режим – практически постоянная высокая (полная) насыщенность почвенного профиля (почвенных пор) влагой

Воздушный режим
Воздушный режим – закономерный характер изменения количества и состава почвенного воздуха, определяемый соотношением процессов поступлением, передвижения, удержания, потребления и выделения газов в почве за определенный период.
Состав и содержание почвенного воздуха зависит от пористости почв, структуры, механического состав, влажности почв, интенсивности дыхания почв, интенсивности газообмена - диффузии
Изменения состава почвенного воздуха происходит в результате процессов минерализации органического вещества почвенного (дыхания почв) и процессов газообмена между почвой и атмосферой
Газообмен – совокупность процессов обмена газами в силу разных парциальных давлений между почвой и атмосферой
Почвенный воздух в сравнении с атмосферным содержит меньше кислорода и больше углекислого газа

Состав атмосферного и почвенного воздуха