Почвоведение
Методические указания к практическим занятиям по морфологии почв для студентов II курса лесохозяйственного факультета по направлению подготовки бакалавров 250100 «Лесное дело»
Брянск 2012
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия»
Кафедра лесных культур и почвоведения
Утверждены научно-методическим советом БГИТА
протокол № 40 от «11» 12. 2012 г.
Почвоведение
Методические указания к практическим занятиям по морфологии почв для студентов II курса лесохозяйственного факультета по направлению подготовки бакалавров 250100 «Лесное дело»
Брянск 2012
УДК 630*114(072)
Почвоведение: Методические указания к практическим занятиям по морфологии почв для студентов II курса лесохозяйственного факультета по направлению подготовки бакалавров 250100 «Лесное дело» /Сост. З.Н. Маркина. – Брянск: БГИТА, 2012. – 37 с.
Представлены термины и определения почвы и уровней структурной и морфологической организации почвы по ГОСТ 27593-88, дана характеристика важнейшим морфологическим элементам и признакам. Оцениваются уровни плодородия почв по морфологическим признакам и определяются их лесорастительные свойства.
Рецензент: доктор с.-х. наук, профессор Ткаченко А.Н.
Рекомендованы редакционно-издательской и методической комиссиями лесохозяйственного факультета БГИТА
Протокол № 9 от 29. 12. 2012 г.
Введение
Почвоведение на современном этапе играет важную роль как фундаментальная естественноисторическая наука, обеспечивающая нужды лесного, сельского, водного, коммунального хозяйства, поэтому без знания почвоведения не может быть глубоких знаний по специальности. Почвоведение представляет собой науку о возникновении и эволюции почв, их признаков, строения, свойств, уровня естественного плодородия, а также как средства производства сельскохозяйственной и лесной продукции. С одной стороны, она является общебиологической, общенаучной дисциплиной, с другой - базовой, для таких специальных дисциплин как лесоводство, лесные культуры, лесная таксация и лесоустройство, лесные и гидротехнические мелиорации, и, наконец, выступает как специальный предмет, например, при изучении разделов: лесные питомники, экология древесных пород, лесные культуры, лесовосстановление, осушение лесных земель, устройство леса на почвенно-типологической основе.
Почва – это самостоятельное естественноисторическое органо-минеральное природное тело, возникшее на поверхности земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твёрдых минеральных и органических частиц, воды и воздуха, и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия (ГОСТ 27593-88).
Одним из разделов курса почвоведения является морфология почв, изучающая по морфологическим признакам её генезис, состав, строение и почвообразовательные процессы, под влиянием которых горная порода превращается в почву.
Всестороннее изучение процессов почвообразования под пологом леса, изучение зависимости состава и продуктивности лесных насаждений от свойств почв и характера растительности позволит специалисту разрабатывать систему организационных, лесохозяйственных и других мероприятий, влияющих на лесорастительные свойства лесных почв, и соответственно, на продуктивность лесных культур.
Практическое использование почвоведения неизбежно при выборе, организации и проектировании питомников, лесосеменных плантаций, агролесомелиоративных работ, организации лесовосстановительных работ, а также при лесоустроительных работах, при определении способов и размеров рубок главного и промежуточного пользования, рационального использования лесных почв, при изучении экологической среды и оценки ее устойчивости и т. д.
Морфология и морфометрия почв
Под влиянием почвообразовательных процессов из материнской породы формируется почва, характеризующаяся специфическим строением, которое заключается в определённом сочетании генетических горизонтов. Изменение материнской породы отражается на её внешнем виде или внешних признаках. Эти внешние признаки и свойства называются морфологическими, т.е. это признаки, которые мы воспринимаем при помощи наших органов чувств: зрения, в меньшей степени осязания, реже обоняния, а раздел почвоведения, изучающий морфологические свойства почв называется морфологией. Изучение и выявление характерных признаков и свойств почвы как природного тела называется морфометрией почв.
Почва – это самостоятельное естественноисторическое органо-минеральное природное тело, возникшее на поверхности земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твёрдых минеральных и органических частиц, воды и воздуха, и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия (ГОСТ 27593-88).
Почва представляет собой иерархически построенную природную систему, состоящую из морфологических элементов разного уровня.
Морфологические элементы - это любые естественные внутрипочвенные тела, образования или включения, которые различаются по форме и внешним свойствам – морфологическим признакам. Морфологические элементы могут быть простыми и сложными (составными). Простые элементы – морфемы (наименьшие структурные отдельности, кристаллы и друзы солей, льда, мономинеральные механические элементы внутри горных пород, однослойные плёнки, недифференцированные стяжения, простые поры,отдельные корни). Полиморфемы – составные морфологические элементы, состоящие из морфем одного типа, разделённые резкими или комбинаторными границами. Гетероморфемы – гетероморфные составные морфологические элементы, представляющие собой устойчивые комбинации морфем и полиморфем разных типов.
К сложным морфологическим элементам почвы относятся морфоны, генетические горизонты, структурные отдельности, новообразования, включения и поры.
Морфологические признаки – это форма элемента, характер границ, окраска при определённой влажности, гранулометрический состав, сложение, характер поверхности, плотность и твёрдость, мягкость и пластичность.
Всякая почва представляет собой систему последовательно сменяющих друг друга – генетических горизонтов- слоёв, на которые дифференцируется порода при почвообразовании.
Почвенный профиль – определённая вертикальная последовательность генетических горизонтов в пределах почвенного индивидуума, специфическая для каждого типа почвообразования. Профиль почвы характеризует изменения её свойств по вертикали, связанные с воздействием почвообразовательного процесса на материнскую породу.
Строение почвенного профиля – это его внешний облик, обусловленный определённой сменой горизонтов в вертикальном направлении.
Главные факторы образования почвенного профиля, т.е. дифференциации исходной почвообразующей породы на генетические горизонты – это вертикальные потоки вещества и энергии (нисходящие и восходящие в зависимости от типа почвообразования и его годовой, сезонной или многолетней цикличности), вертикальное распределение живого вещества (корневые системы растительности, микроорганизмы, почвообразующие элементы) в массе почвы.
Итак, вертикальная дифференциация почвенного профиля происходит под воздействием следующих факторов:
- вертикальная ярусность корневых систем растений, связанная с биологическими особенностями растительных организмов, строением почвообразующих пород, уровнем и составом грунтовых вод;
- вертикальное распределение микроорганизмов;
- вертикальное распределение и миграции почвообитающих животных;
- вертикальное перемещение влаги в почве: а) нисходящее под влиянием силы тяжести; б) восходящее под влиянием испарения с поверхности и капиллярных сил; в) двустороннее (направленное к слою максимального скопления сосущих корней) под влиянием транспирационной деятельности растительного покрова; г) двустороннее под влиянием градиента температуры, когда вода находится в парообразном состоянии;
- вертикальный поток тепла в почве: а) нисходящий, при нагревании поверхности почвы солнцем выше ее внутренних слоев; б) восходящий, при охлаждении поверхности почвы ниже ее внутренних слоёв; в) двусторонний, под влиянием градиента влажности;
- вертикальная диффузия газов из атмосферы во внутренние слои литосферы (в почву и горную породу) под влиянием градиента концентраций, силы тяжести, градиента температуры;
- эманация газов из внутренних слоев земли к поверхности.
Строение почвенного профиля. Соотношение различных горизонтов в большом разнообразии почвенных профилей позволяет выделить несколько их типов, связанных с определённым процессом почвообразования, возрастом почв и их нарушенностью природными или техногенными турбациями.
По характеру соотношения генетических горизонтов все почвенные профили объединяются в две большие группы – простые и сложные.
Простое строение профиля включает пять типов:
Примитивный профиль с маломощным горизонтом А1 либо АС, лежащим непосредственно на материнской породе (А1-С, АС), характерен для почв, находящихся на начальной стадии почвообразования;
Неполноразвитый профиль – имеющий полный набор всех генетических горизонтов, характерных для данного типа почв, на укороченных с малой мощностью каждого горизонта (А1-В-С), характерен для некоторых типов горных почв;
Нормальный профиль - имеющий полный набор всех генетических горизонтов, характерных для данного типа почв с мощностью, типичной для неэродированных почв (А1-В-С);
Слабодифференцированный профиль, в котором генетические горизонты выделяются с трудом и очень постепенно сменяют друг друга,;
Нарушенный (эродированный профиль), в котором часть верхних горизонтов часто уничтожена эрозией (В-С).
Сложное строение почвенного профиля характеризуется пятью типами:
Реликтовый профиль, в каждом присутствуют погребённые горизонты или погребённые профили палеопочв; или присутствуют реликтовые горизонты, являющиеся следами древнего почвообразования, идущему по иному типу (А1-В-А1-В-С);
Многочленный профиль - формируется в случае литологических смен в пределах почвенной толщи (А1-В-Gca-D);
Полициклический профиль – образуется в условиях периодического отложения почвообразующего материала (речной аллювий, вулканический пепел, А1I-А1II–А1III-В-С));
Нарушенный (поврежденный) профиль с искусственно или природно перемещенными на поверхность нижележащими горизонтами (деятельность человека и ветровалы в лесу, В-А1-В-C);
Мозаичный профиль, в котором генетические горизонты образуют не последовательную по глубине серию горизонтальных слоёв, а прихотливую мозаику, сменяя друг друга пятнами на небольшом протяжении.
Почвенный профиль - это первый уровень морфологической организации почвы как природного тела.
Почвенный горизонт – второй морфологический уровень. Генетические почвенные горизонты – это формирующиеся в процессе почвообразования однородные, обычно параллельные земной поверхности слои почвы, составляющие почвенный профиль и различающиеся между собой по морфологическим признакам, составу и свойствам. По ГОСТ 27593-88 почвенный горизонт – это специфический слой почвенного профиля, образовавшийся в результате воздействия почвообразовательных процессов.
Генетическими они называются потому, что образуются в процессе генезиса почв. Он состоит из морфологических элементов – морфонов.
Горизонты отличаются друг от друга цветом, структурой, сложением, химическим и минералогическим составам, в них по-разному протекают биологические процессы. Каждый горизонт имеет своё название и буквенное обозначение (индекс). Для более точной характеристики используют дополнительные буквенные и цифровые индексы.
На заре развития почвоведения В.В. Докучаев выделил три генетических горизонта: А – поверхностный, гумусово-аккумулятивный; В - переходный; С – материнская порода. Последующее развитие почвоведения привело к выделению довольно большого разнообразия горизонтов, которые часто подразделяются на подгоризонты (переходные горизонты, имеющие свойства выше и нижележащих горизонтов).
Выделяют следующие горизонты в почвенном профиле:
Поверхностные органогенные горизонты.
А0 (О) – органогенный горизонт, состоящий из растительных остатков, полностью или частично сохранивших анатомическое строение (лесной опад, степной войлок);
Т – органогенный торфяной горизонт, разной степени разложения, но не выше 45 %, разнообразного ботанического состава, содержание органических веществ >35 % от массы горизонта; Т1 – торфяной неразложившийся; Т2 - среднеразложившийся; Т3 – разложившийся. Эти горизонты формируются на поверхности минеральной части почвы.
ТА (ТR) – торфяно-минеральный, растительные остатки высокой степени разложения (не более 45 %), илистый или включает минеральные прослойки разного генезиса и гранулометрического состава, тёмной окраски, высокой зольности (более 30 %), мощностью менее 50 см;
ТО (ТО) – олиготрофный (верховой) торф, остатки сфагновых мхов разной степени разложения, мощностью >50 см, светлоокрашен, с низкой зольностью (менее 10 %) и кислой реакцией;
ТТ (ТЕ) – эутрофный (низинный) торф, состоит из остатков гидрофильной растительности любого ботанического состава, степень разложения выше, чем у ТО, но не более 45 %, мощностью >50 см, тёмной окраски, с высокой зольностью (более 10 %), реакция среды от кислой до нейтральной;
ТJ – сухоторфяной, представлен остатками мезофильных растений разной степени разложения, но не более 45 %, содержание органики >35 % от массы горизонта, мощностью <50 см, подстилается не глеевым минеральным горизонтом;
Н – перегнойный горизонт, тёмно-коричневой (до чёрной) окраски, мажущийся, состоит из сильно разложившихся, утративших исходное строение растительных остатков, степень разложения >45 %, содержание органики 20…35 % от массы горизонтов;
АТ – грубогумусовый горизонт, представлен механической смесью остатков растений разной степени разложения с минеральными компонентами; без кутан; присутствуют все стадии преобразования органических остатков, от сохранивших анатомическое строение тканей до гумусовых веществ, окраска от тёмно-бурой до чёрной, общее количество органического вещества <35 %;
А1 – гумусовый – верхний горизонт профиля с морфологически или аналитически выраженными процессами разрушения и выщелачивания минеральных веществ, наиболее тёмной окраски по сравнению с другими горизонтами, содержит наибольшее количество органического вещества и элементов питания, тесно связан с минеральной частью почвы;
Ат – перегнойный гумусово-аккумулятивный горизонт, содержит от 15 до 35% массы органического вещества, иловатый, чёрный, мажущийся, творожистой структуры или бесструктурный, постоянно или периодически увлажненный.
Апах (АР) - пахотный горизонт, образующийся в результате обработки гумусового и части нижележащего горизонтов;
Ad – дернина - органно-минеральный гумусово-аккумулятивный поверхностный горизонт, формируется в результате дернового процесса под травянистой растительностью, особенно луговой.
Аа1 - водорослевая корочка, поверхностная хорошо отслаивающаяся от нижележащей почвы корочка водорослей и их остатков (чёрная в сухом состоянии и зелёная во влажном), характерна для сухостепных, полупустынных и пустынных почв.
Поверхностные неорганические горизонты
К – корковый, светлая хрупкая ячеистая корочка мощностью до 5 см на поверхности почвы, часто с полигональным растрескиванием; относительно обогащена кремнезёмом;
Q – подкорковый, светлоокрашенный сильнопористый чешуйчатый или слоеватый горизонт, часто выходящий на поверхность;
S – солевая корка, обильные выцветы солей на поверхности почвы.
Подповерхностные горизонты
А2 (E) – подзолистый и (ЕL) – элювиальный горизонт образуется в процессе интенсивного разрушения минеральной части почвы и вымывания продуктов разрушения в нижележащие горизонты, осветлённый, белесый (палево-белесый, серо-белесый, сизо-белесый, белый), располагается под органогенным и подстилается обычно иллювиальным горизонтом; плитчатый, листоватый, слоеватый, чешуйчатый, или бесструктурный; обеднён илом и полуторными оксидами по сравнению с нижележащим горизонтом. По происхождению он может быть: подзолистый, псевдоподзолистый, отбеленный или сегрегированный, осолоделый, глеево-элювиальный или псевдоглеевый.
Иногда элювиальный горизонт развивается в пределах нижней части горизонта А1,где образуется А1А2,может формироваться в верхней части нижележащего горизонта В в виде А2В.
В - иллювиальный или переходный горизонт формируется под элювиальным и служит переходным к материнской породе, характеризуется изменением цвета и структуры по сравнению с вышележащим горизонтом.
Среди них выделяются: иллювиальные; BI - иллювиально-глинистые; BF - иллювиально-железистые; BH - иллювиально-гумусовые; BSN – солонцовые; BCA – аккумулятивно-карбонатные; смешанные (BIH, BHF и т.п.); метаморфические, образованные при трансформации минералогического состава на месте, т.е. он является переходным от гумусово-аккумулятивного к породе BM – метаморфический, BMF – охристый иллювиально-метаморфический. По характеру структуры и сложения он подразделяется на подгоризонты В1 и В2.
G - глеевый горизонт, минеральный горизонт, формирующийся в условиях постоянного избыточного увлажнения, характеризующийся преобладанием тусклой голубоватой, седой, оливковой окраски, иногда с ржавыми пятнами. При недостатке свободного кислорода в почве идут анаэробно-восстановительные процессы, что приводит к возникновению закисных соединений железа, марганца, подвижных форм алюминия.
При проявлении признаков оглеения в других горизонтах к их буквенному обозначению добавляют букву «g» например А2g и т.д. При грунтовом оглеении буква (G) подчёркивается снизу, при поверхностном - сверху.
Подпочвенные горизонты:
С – рыхлая материнская горная порода, а точнее горизонт слабо затронутый почвообразовательными процессами.
М (R) – плотная порода – порода, на продуктах выветривания которой формируется почвенный профиль.
D - подстилающая порода – рыхлая горная порода, сменяющая почвообразующую в нижней части профиля и отличающаяся от неё литологическими свойствами (минералого-гранулометрическим составом).
Горная порода, лежащая под почвообразующей породой, и отличающаяся в литологическом отношении называется подстилающей породой (D).
Переходные горизонты обозначают индексами верхних и нижележащих горизонтов – А2В, А1В. Если признаки выше- и нижележащих горизонтов вклиниваются один в другой или сочетаются, их называют смешанными и обозначают через наклонную линию – А2/В, А1/В.
Погребённые горизонты обозначают квадратными скобками [А].
Максимальная выраженность какого-либо признака обозначается чертой под малым индексом - В са. При нескольких малых дополнительныхиндексах их пишут через запятую – Вm,g,f.
Мёрзлые, водоупорные, сцементированные льдом горизонты обозначают значком 
перед основным индексом горизонта ( С).
Горизонты с отрицательной температурой, но не водоупорные обозначают значком ↓ перед основным индексом горизонта (↓С).
Типы почвообразующих и подстилающих пород: одночленная почвообразующая порода (С); двухчленная (С-С2); трёхчленная (С-С2-С3); почвообразующая порода близко подстилается другой породой (глубина подстилания 1…1,5 м); почвообразующая порода подстилается другой породой (глубина подстилания 1,5…2 м); почвообразующая порода глубоко подстилается другой породой (глубина подстилания более 2 м).
Морфоны – третий морфологический уровень – это морфологически обособленные участки внутри генетического горизонта. К ним относятся включения, новообразования, блоки. Выделение морфонов возможно не во всех почвах и не во всех горизонтах. Однородный почвенный горизонт представляет собой единый морфон, разделяющийся лишь на структурные отдельности. Повторение однотипных морфонов в пределах одного горизонта – полиморфон, могут быть объединения морфонов, такие как гетероморфоны и гетерополиморфоны.
Почвенные агрегаты - четвёртый морфологический уровень - структурные отдельности, комки, педы, на которые распадается почва в пределах генетических горизонтов или их морфонов. Почвенные агрегаты могут быть разных порядков: от макро- до микроагрегатов. Структурные отдельности разного порядка (разного размера) представляют собой один морфологический уровень (тумбовидная глыба состоит из крупных призм, а последняя – из мелких ореховатых отдельностей - в целом единый морфологический уровень).
Почвенные агрегаты состоят из микроагрегатов – органических, минеральных и органо-минеральных. Агрегаты различаются по форме, размерам и свойствам. Микроагрегаты (частицы пыли, песка и ила) склеены природными «цементами» - гумус, гидроксиды железа и алюминия, бикарбонат кальция и дисперсная часть ила.
Микростроение и микросложение – пятый морфологический уровень - обнаруживается с помощью микроскопа.
Микросложение почвы – пространственное соотношение матрицы, включающей скелет, плазму и поры, и почвенных микроновообразований, которые можно наблюдать в тонких шлифах почвы.
Матрица почвы - это её каркас, состоящий из твёрдых частиц почв или их микроагрегатов с пустотами (порами) между ними.
Плазма почвенного материала – это та часть почвы, которая способна к перемещению, реорганизации и концентрации в процессе почвообразования. Она включает коллоиды, минеральный и органический относительно растворённый материал, не связанный в зёрнах скелета (глинистые минералы, полуторные оксиды, гумус – тонкодисперсная часть почвы).
Скелетные зёрна почвенного материала – это минеральные зерна и органические компоненты крупнее коллоидного размера, относительно устойчивые и нелегко перемещаемые, концентрируемые и реорганизуемые в процессе почвообразования.
В почве выделяют 7 типов микростроения:
Песчаное (гранулярное) – в шлифах видны зёрна скелета крупнее 0,1мм, плазма отсутствует или её очень мало и она в виде плёнок на минеральных зёрнах.
Плазменно–песчаное (агломератное) – рыхло расположенные песчаные зёрна крупнее 0,1мм, между которыми находится скоагулированная плазма в виде сгустков.
Песчано-пылевое – песчаные зёрна крупнее 0,1мм, беспорядочно расположены в плотной пылеватой массе с малым количеством плазмы.
Песчано-плазменное – в плазме рассеяны песчаные зёрна крупнее 0,1мм.
Плазменно-пылевое – скелет состоит из зёрен размера пыли (0,05– 0,005мм), густо расположенных в плазме; плазма может быть агрегированной и неагрегированной.
Пылевато-плазменное – зёрна размера пыли (0,05 – 0,005мм) редко рассеяны в агрегированной или неагрегированной плазме.
Плазменное – скелет почти полностью отсутствует или его очень мало;
плазма преимущественно плотная.