Лекция 1 - Московский государственный университет леса

Московский Государственный Университет леса
Факультет лесохозяйственный
Кафедра Почвоведения
Преподаватель: Булгаков Дмитрий Сергеевич,
доктор сельскохозяйственных наук, академик
Международной академии информатизации
Курс: Почвоведение
Специализация: лесное хозяйство
Цель курса – освоение знаний о природном
ресурсе – почве, и применение их в лесном
хозяйстве
1
Понятие о почве. Задачи почвоведения, его роль в лесном
хозяйстве
• Почва – природный ресурс, трудно возобновляемый в
естественных условиях.
• Почвоведение – наука о происхождении почв и их
эволюции во времени и пространстве.
• Почвоведение – естественная, общебиологическая наука.
• Почвоведение – базовая наука для лесоводства, лесных
культур, лесной таксации и лесоустройства, лесных и
гидротехнических мелиораций и общей экологии.
Научные основы общего почвоведения базируются на
знаниях общих положений физики и химии, ботаники и
физиологии растений.
• В свою очередь общее почвоведение является основой для
специализированных направлений, а именно для лесного
почвоведения, агропочвоведения, инженерного
почвоведения, городского почвоведения.
2
Лесное почвоведение




Лесное почвоведение – один из разделов почвоведения как
науки.
Лес – особая составляющая биосферы Земли.
Специфика лесного почвоведения требует изучения
лесорастительных свойств почв и их лесоводственной
оценки, что составляет основу лесоводства и лесоразведения.
Научные основы лесного почвоведения связаны с именами
русских ученых В.В. Докучаева и Г.Ф. Морозова.
Лесное почвоведение раскрывает роль почвы в
формировании и поддержании высокой производительности
лесов, а также роли древесных насаждений в управлении
водным режимом территорий, динамикой их почвенного
покрова, стоком углерода
3
4
К истории развития лесного почвоведения
Первая книга: «Лесное почвоведение» была издана в 1893 г.
немецким ученым Э. Раманном.
 Основатель научного лесоводства Г.Ф.Морозов считал
почвенно-грунтовые условия ведущими факторами
познания природы леса
 Впоследствии благодаря трудам П.А. Костычева
Г.Ф. Морозова, В.Н. Сукачева сложилось научное
представление о том, что грамотное управление жизнью леса
невозможно без знания почв и режимов их жизнедеятельности.
Дальнейшее развитие знаний о системе почва-лес привело к
созданию теории биогеоценоза (БГЦ), разработанной
академиком В.Н. Сукачевым.

5
Леса и почвы
• По подсчетам ученых площадь лесов на планете составляет
чуть более 4 млрд. га, т.е. примерно равна общей площади
сельхозугодий. Остальная часть суши – скалы, ледники,
тундра. Нерациональное использование лесных ресурсов или
их уничтожение приведет человечество к гибели из-за
недостатка кислорода и воды. В лесах сосредоточено более
80% живого вещества Земли. Занимают леса треть суши, но
их распределение неравномерно. Степные и пустынные
пространства занимают значительные территории. Только в
России и Канаде площадь лесов преобладает над безлесными
пространствами.
• Россия – одна из самых богатых лесом стран. Общая площадь
наших лесов составляет 22% всей площади лесов земного
шара. Лесистость территории России – 41,4%, сравните – в
Канаде -46, в Бразилии-40.
6
•
•
•
•
•
Леса и почвы
Изменение соотношения с севера на юг тепла (возрастает) и
влаги (уменьшается), например, на Восточно-Европейской
равнине, приводит к изменению почв и лесов,
сформировавшихся в голоценовый период (10-12 тыс. лет
назад) в следующей последовательности:
-почвы лесотундры- мерзлотно-глеево-подзолистые –
кустарники и низкорослые хвойно-лиственные породы леса;
- почвы тайги (северной, средней и южной) – подзолы,
подзолистые, подзолисто-глеевые, дерново-подзолистые,
болотные – хвойно-лиственные (смешанные) древостои;
- почвы лесостепи – серые лесные почвы и мощные
черноземы – широколиственные леса;
- почвы степи – среднемощные черноземы и каштановые
почвы - естественные леса оазисного типа, или
не произрастают;
- почвы пустыни – светло-каштановые и бурые почвы –
естественные леса не произрастают. (рис. Вальтера)
7
8
Концепция почвы В.В. Докучаева
• Монография В.В. Докучаева «Русский чернозем» (1883) и
является началом науки о почвах.
• В работе определены факторы почвообразования: климат,
горная порода, рельеф, живые организмы и время.
• Эта взаимосвязь выражается формулой:
факторы – свойства почвы (Докучаева, Сибирцев).
• Последующие исследования привели к более сложным
схемам, раскрывающим почвообразование.
• Неуструев, Герасимов: факторы-процессы-свойства.
• Высоцкий, Прасолов, Раменский: факторы-режимыпроцессы-свойства-продуктивность.
• Розов, Булгаков: факторы-режимы-первичное плодородие
(естественное)-процессы-свойства почвы-общее
плодородие (естественно-антропогенное).
• Добровольский, Никитин: факторы-экологические
функции-почва
9
Определение почвы, данное В.В. Докучаевым
• «Почвы суть тела совершенно
самостоятельные…Почва всегда и всюду является
результатом совокупной деятельности: а) тех
коренных пород (подпочва), на которых она залегает
и в настоящее время; б) того климата, который
окружает эту почву теперь и окружал в прежнее
время; в) той дикой растительности, которая
произрастала там и произрастает еще по сие время в
местах, не тронутых культурой…Иначе говоря,
почва – функция вышеупомянутых
почвообразователей, помноженная на время или
возраст почвы»
10
Современное определение почвы
• Почва-биокосное
естественноисторическое тело
природы, имеющее вертикальное
строение профиля и обладающее
плодородием; почва многофункциональная
поликомпонентная и открытая
многофазовая система, являющаяся
функцией климата, пород, рельефа,
биологических факторов и времени.
11
Дерновосреднеподзолистая
глееватая
Болотно-подзолистая
Серая лесная
12
Чернозём
типичный
Каштановая почва
13
Экологические функции почв
• Почва, образовавшись на поверхности
геологической породы, воздействует на нее,
изменяя минералогический и химический состав.
Функции почв по принципам действия:
• Химические
• Биохимические
• Биологические
• Физико-химические
• Физические
14
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Экологические функции почв
Функции почв по направлениям:
Биосферные
Биогеоценотические
Биогеоценотические функции определяют влияние почвы
на формирование и стабильность БГЦ.
Почва – среда обитания био- и зоорганизмов: в лесных БГЦ
–запас корней составляет 20-30 т/га; животных -1-2 т,
микроорганизмов – от 5 до 10 т/га. Для них важно поровое
пространство почв. Плотность почвы выше 1,4 г/см3 снижает
функции почвы как среды обитания.
Почва – механическая опора для деревьев и растений.
Почва – место поселения деревьев и растений.
Почва – регулятор обмена тепла и влаги.
Почва – санитар.
Почва – информатор (например, температурные критерии,
сукцессии)
15
16
Эдафические особенности основных
лесообразующих пород
• Сосна обыкновенная (Pinus silvestris) –
малотребовательна к теплу, влаге, «пище», в
естественных условиях лесной зоны чаще
встречается на подзолистых и дерново-подзолистых
песчаных и супесчаных почвах при разной глубине
грунтовых вод, не встречая конкуренции других
пород, а также на торфяно-болотных почвах, но
продуктивность ее снижается до IV-V бонитетов.
• Наибольшей продуктивности сосна достигает на
дренированных суглинистых дерново-подзолистых
почвах в сложных насаждениях (тип леса- сосняккисличник)
17
18
Эдафические особенности основных
лесообразующих пород
• Ель обыкновенная (Picea abies)• теневынослива, интенсивнее растет в средней и южной
тайге на свежих суглинистых почвах подзолистого типа.
• Береза бородавчатая (Betula verrucosa) –
неприхотлива к плодородию почв, наиболее продуктивна
на супесчаных и легкосуглинистых дренированных
подзолистых и дерново-подзолистых почвах лесной зоны
и темно-серых и серых супесчаных и суглинистых почвах,
а также выщелоченных и мощных черноземах лесостепи;
устойчива и интенсивно растет на суглинистых
черноземах степи в условиях хорошего увлажнения.
Хорошо
выдерживает
высокую
кислотность
и
повышенную щелочность почв.
19
20
Эдафические особенности основных
лесообразующих пород
• Осина (Populus tremula) –
выдерживает повышенную кислотность и
щелочность, устойчиво растет на подзолистых и
дерново-подзолистых супесчаных и суглинистых
хорошо дренированных почвах; наиболее
продуктивна и устойчива к сердцевинной гнили
только на оптимально влажных глубоких
супесчаных и суглинистых черноземах и темносерых лесных почвах, расположенных в балках и
понижениях.
21
22
Эдафические особенности основных
лесообразующих пород
• Липа мелколистная (Tillia cordata) –
требовательна к плодородию почв, но вынослива к
повышенной кислотности почв благодаря содержанию в
листьях кальция. Произрастает в естественных условиях в
зоне смешанных хвойно-широколиственных лесов на
темно-серых и серых слабооподзоленных супесях и
легких суглинках, подстилаемых мореной, и на
деградированных черноземах лесостепи, а также на
аллювиальных почвах речных пойм при умеренном
увлажнении. Не растет на глубоких песках, заболоченных,
смытых и засоленных почвах.
23
24
Лик Земли.
История.
• Горная порода – физическая основа почвы. Она
представлена
природными
агрегатами
минералов,
образующих
самостоятельные
геологические
тела,
слагающие земную кору. Изучение горных пород позволяет
восстановить историю планеты.
• Ученые установили, что возраст самых древних пород
составляет около 3,5 млрд. лет, а возраст Земли оценивается
в 4,5 млрд. лет.
• В геологической истории планеты известны два этапа:
докембрийский (около 3 млрд. лет) и посткембрийский,
который продолжается последние 570 млн. лет и включает
три эры: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую. Эры
делятся на периоды. Последний период мезозоя – меловой
продолжался 70 млн. лет, а начался почти 140 млн. лет.
25
Лик Земли.
Состав.
• Кайнозойская эра делится по времени на три периода:
палеогеновый (длился 42 млн. лет), неогеновый (23,5 млн.)
и четвертичный (антропогеновый- начался 3,5-0,6 млн. лет).
• В составе Земли по массе преобладают (на 90%): железо,
кислород (50%), кремний (25%) и магний. Также –
алюминий, кальций, натрий и калий. Наиболее
распространенные в земной коре соединения – силикаты и
алюмосиликаты, которые образованы из О2, SiO2 и Al.
• Земля имеет физические поля: гравитационное, магнитное и
электрическое. С магнетизмом связано не только
электрическое поле Земли, но формирование
электрического потенциала почвенных частиц и
направленность многих почвенных процессов.
27
•
•
•
•
Лик Земли.
Минералы.
Минералогия – раздел почвоведения, изучающий
минералогический состав почв, динамику преобразования
минералов, их свойства и распространение.
Минералы – твердые природные (или искусственные)
тела, обладающие постоянным химическим составом,
состоят из правильно повторяющихся в трехмерном
пространстве групп ионов, атомов или молекул различных
элементов.
Первичные минералы, составляющие основу скальных
пород, достаточно устойчивы к выветриванию.
Общее количество первичных минералов исчисляется
сотнями, однако в поверхностных слоях земли их
немного. По существу 90% всех механически прочных
минералов представлено кварцем, полевыми шпатами
(ортоклаз, микроклин), слюдами (преимущественно
мусковит), а также роговой обманкой, авгитом,
магнетитом, гематитом, апатитом и др.
28
Кварц
Полевые шпаты
Слюда
Роговая обманка
29
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Лик Земли.
Минералы.
В наших широтах преобладает сиаллитное выветривание.
Продуктами этого процесса становятся вторичные
преобразованные ферро – и алюмосиликаты.
Вторичные минералы – образуются в процессе
почвообразования и выветривания минералов
почвообразующих пород. Преобладают соединения
кремнекислоты с железом и алюминием.
Группа кремнезёма – опал, халцедон, кварц.
Группа алюмо-и ферросиликатов- каолинит,
монтмориллонит, галлуазит.
Группа гидроокиси алюминия (Al2O3-бокситов)– гиббсит,
бёмит, диаспор.
Группа гидроокиси железа (Fe2O3)–гематит, лимонит,
гётит.
Группа двуокиси марганца – вад, пиролюзит, псиломелан.
Группа простых солей: карбонатов-кальцит (СаСО3),
сульфатов-гипс (СаSО 4), хлоридов-галит (NaCl)
30

Лик Земли.
Минералы.
Глинистые минералы – имеют слоистую
структуру. Это минералы групп слюд-гидрослюд,
хлоритов, вермикулитов, смешаннослойных
образований. Формируются из структур ионного
типа как кристаллы в форме правильной
пространственной кристаллической решетки. Для
каждого минерала характерна своя решетка и
форма кристалла. Это чередующиеся слои
кислородно-кремниевых тетраэдров
(четырехгранников) и алюминиево-магниевых
октаэдров (восмигранников).
31
Кремнекислородный
тетраэдр
Глиноземно-кислородный
октаэдр
32
Лик Земли.
Происхождение пород.
• Породы делятся на три группы: магматические, осадочные,
метаморфические.
• Магматические – остывшая и затвердевшая магматическая масса.
Это зернистые крупнокристаллические породы – гранит, диорит,
диабаз и др. их еще называют интрузивными.
Породы излившиеся на земную поверхность представляют
сцементированные твердые породы вулканических извержений.
Это мелкокристаллические породы – базальт, порфир и др. Их
называют эффузивными.
Осадочные породы – результат выветривания и отложения
обломков пород на земной поверхности, на которых и
формируются все почвы. Рыхлые осадочные породы делятся на
обломочные (пески занимают около 20% суши), глинистые (5080%) и органо-химические (5-20%).
Метаморфические – формируются из выше названных групп пород
в глубоких слоях земной коры под влиянием высоких температур33
и давления (сланцы, мраморы, кварциты).
Лик Земли.
Тип формирования почвообразующих пород.
• Элювиальные (кора выветривания) – продукты
выветривания, остающиеся на местах своего образования.
• Эоловые – отложения частиц, принесенных ветром.
• Делювиальные – наносы в нижних частях склонов в
результате водной эрозии.
• Пролювиальные – отложения в горных ландшафтах в
результате селевых потоков.
• Аллювиальные – отложения в речных долинах - в
результате речных разливов.
• Озерные – отложения в понижениях древнего рельефа.
• Ледниковые – результат действия ледника. К ним
относятся морены, флювиогляциальные и ледниковоозерные осадки.
34
35
Лик Земли.
Химический состав пород.
•
•
•
•
•
Определяется по содержанию SiO2 (в %).
Ультраосновные (SiO2 менее 45%),
Основные (45-54%),
Средние (55-65%),
Кислые (более 65%).
Химический состав связан с составом минералов.
Так, почвы из основных пород богаты Са и Мg, но бедны К.
Кислые породы, наоборот, богаты К, но бедны Са.
36
Ледники.
• Ледники формируются в зонах, где среднегодовая
температура воздуха ниже 0оС. Это зоны, близкие к
вершинам высоких гор, а также полюсов Земли и
примыкающие к ним территории. Толщина материкового
льда может достигать 4 км. В Европейской части России в
четвертичный период отмечено несколько оледенений, в
отдельные временные промежутки льды занимали более
70% этой территории. Сейчас ледники занимают 10%
поверхности материков
• Южная граница одного из крупных оледенений –
Днепровского- проходила по линии: Полтава-ВоронежБутурлиновка-Пермь. Южная граница последнего
оледенения – Осташковского (район Валдая), проходила
по линии Вильнюс-Витебск-Вологда-Архангельск.
Считается, что центром оледенения ВосточноЕвропейской равнины является Балтийский щит
(территории Швеции, Финляндии, Кольского
полуострова, Карелии).
37
Ледники занимают более 10% земной поверхности. Лед
занимает 20,9 млн. км2. При таянии всех льдов уровень воды
в океане поднялся бы на 40-50 м.
В северных широтах ледниками занято 2,1 млн. км2, в
южных полярных областях - 14,1 млн. км2, из них в
Антарктиде - 13,5 млн. км2. Толщина льда в Гренландии 1,52 км, а в Антарктиде - до 3-4 км.
В других зонах льды встречаются в горных районах.
Таким образом, ледники можно встретить во всех областях
38
земного шара.
39
Ледники.
• При движении ледник разрушал горные породы,
переносил и оставлял обломочный материал в более
теплых зонах, областях таяния. По южному краю ледника
формировалась гряда конечных морен. Примером таких
отложений является Валдайская холмисто-моренная
возвышенность. Отложения морены неоднородны,
несортированы и неслоисты, включают камни, песок,
хрящ.
• В результате деятельности ледника формируется
характерный рельеф.
• Озы – высокие длинные узкие насыпи из крупных камней,
валунов, песка или гальки – русловой материал
внутриледниковых рек.
40
КОНЕЧНАЯ МОРЕНА
• Ледники тают и перед
своим перед-ним краем
«сгружа-ют»
грубые
обломо-чные
горные
поро-ды, образуя гряду
конечных
морен,
состоящих из круп-ных
холмов н гряд.
• Высота конечной
• моренной гряды в
среднем равна 35-70 м.
• Примером таких
отложений является
Валдайская
• холмисто-моренная
возвышенность.
41
42
Озы
43
Ледники.
• Камы – холмы неправильной формы, состоящие из
слоистого хорошо сортированного материала. Считается,
что это оторвавшиеся глыбы ледника, впоследствии
растаявшего.
• Зандры – пологоволнистые равнины, сформировавшиеся
из флювиогляциальных песков. Например, белорусское
Полесье, Мещерская низменность. В краевых частях
откладываются покровные глины и суглинки.
• Друмлины – продолговатые холмы вдоль движения
ледника, сложенные плотной глинистой мореной,
залегающей на продолговатой скале.
• В древних озерах, оставшихся после таяния ледника,
сформировались ленточные глины.
44
ДРУМЛИН
45
Контрольные вопросы
• 1. Что такое почва и наука о ней? Расскажите о
взаимосвязи почвы и леса.
• 2. Концепция и определение почвы В.В. Докучаева и его
последователей.
• 3. Назовите экологические функции почв.
• 4. Каковы требования лесообразующих пород к
почвенным условиям.
• 5. Что Вы знаете об образовании, строении и возрасте
Земли?
• 6. Что Вы знаете о горных породах и минералах?
• 7. Назовите почвообразующие породы.
• 8. Что определяет SiO2 ?
9. Расскажите о ледниках.
10. Какой рельеф и какие отложения формируются после
прохождения ледника?
46
Рекомендуемая литература
• Роде А.А., Смирнов В.Н. Почвоведение. Изд. «Высшая
школа». М., 1972 г. С. 18-50.
• Зеликов В.Д. Почвоведение. Изд. «Лесная
промышленность». М., 1981 г. С. 10-54.
• Щепащенко Г.Л., Хазова Е.Г., Баркова Л.И., Седова В.В.
Почвоведение с основами земледелия. Изд. Почвенный
ин-т им. В.В. Докучаева. М., 1993 г. С. 9-32.
• Березин Л.В., Карпачевский Л.О. Лесное почвоведение.
Изд. «ФГОУ ВПО ОмГАУ», Омск, 2009 г. С. 15-67.
47