Основи теорії утворення ґрунтів

ЗМІСТ

Вступ

1. Фактори ґрунтоутворення

1.1 Гірські породи як ґрунтоутворюючий фактор

1.2 Біологічні фактори ґрунтоутворення

1.3 Клімат як фактор ґрунтоутворення

1.4 Рельєф як фактор ґрунтоутворення

1.5 Час як фактор ґрунтоутворення

1.6Виробнича діяльність людини як ґрунтоутворюючий фактор

2. Загальна схема ґрунтоутворення

2.1 Стадійність ґрунтоутворення

2.2 Процеси ґрунтоутворення

Висновок

Література

Вступ

Тема контрольно ї роботи «Основи теорії утворення ґрунтів» з дисципліни «Ґрунтознавство».

Ґрунтознавство – наука про грунт, його утворення (генезис), будову, склад, властивості, закономірності географічного поширення, взаємозв’язок з навколишнім середовищем, роль у природі, шляхи й методи його меліорації, охорону і раціональне використання у народному господарстві.

Ґрунтознавство є самостійною галуззю природознавства. Як наукова дисципліна сформувалась у кінці XIX ст. завдяки працям видатних вчених В.В.Докучаєва, П.А.Костичева, М.М.Сибірцева, їхніх учнів і послідовників.

1. Фактори ґрунтоутворення

ґрунтоутворення фактор теорія

Процес ґрунтоутворення - це процес перетворення гірських порід в якісно новий стан – грунт під впливом комплексу факторів.

Вчення про фактори ґрунтоутворення створив В.В. Докучаєв. Він показав, що грунт формується під впливом клімату, рослинності, ґрунтоутворюючих порід, рельєфу та часу. Ці фактори діють на всій теріторії суші, тому вони називаються глобальними факторами ґрунтоутворення. Пізніше В.Р. Вільямс виділив ще один фактор ґрунтоутворення – виробничу діяльність людини. Виробнича діяльність людини – це локально діючий фактор.

В.В. Докучаєв писав, що всі агенти - ґрунтоутворювачі мають однакове значення в процесі ґрунтоутворення. Для того, щоб вивчити грунт, необхідне знання всіх ґрунтоутворюючих факторів.

1.1 Гірські породи як ґрунтоутворюючий фактор

Роль грунтоутворючих порід як фактора ґрунтоутворення полягяє в тому, що вони є матеріалом, з якого утворюється грунт. Материнські породи передають ґрунтам свій гранулометричний, мінералогічний та хімічний склад.

Основними ґрунтоутворюючими породами є продукти вивітрювання гірських порід.

Вивітрювання (гіпергенез) – процес руйнування гірських порід і мінералів під впливом деяких природних факторів (повітря, води, коливання температури і живих організмів). При цьому утворюються інші породи і синтезуються нові мінерали. Вивітрювання – це сукупність складних і різноманітних процесів, кількісних і якісних змін гірських порід. Горизонти гірських порід, де відбувається процес вивітрювання, називають корою вивітрювання. Потужність її буває від кількох сантиметрів до 2-10 м.

Характер руйнування гірських порід і, як правило, склад продуктів вивітрювання залежать від умов навколишнього середовища та від мінералогічного складу самої породи. Геохімічними дослідженнями доведено, що при вивітрювання кислих порід формуються піски і супіски, середніх – суглинки і основних – важкі суглинки і глини. Всі названі пухкі відклади мають певні фізичні і фізико-механічні властивості, які дають змогу для перебігу процесів ґрунтоутворення. Цим відрізняються від невивітрених скельних порід.

Як правило, сучасні грунти формуються на складних комплексах продуктів вивітрювання. Найпоширенішими ґрунтоутворюючими породами є пухкі відклади четвертинного періоду. Вони різноманітні за складом, будовою, властивостями, що певним чином впливає на ґрунтоутворення і рівень родючості грунту. Нижче розглянуті найбільш поширені ґрунтоутворюючі породи.

Елювіальні відклади– різноманітні за складом продукти вивітрювання корінних порід, що залишились на місці утворення.

В.А.Ковда (1973) наводить вісім різновидностей елювіальних порід. Найпоширенішими з них є дрібноземний карбонатний елювій. Первинний елювій поширений на вивержених породах, зокрема, в Монголії, Вірменії і Криму; вторинний (неоелювий) – на великій території Європи і Азії у вигляді лесу, лесовидних і сиртових суглинків. Вони наче ковдрою вкривають підстилаючи корінні породи і тому їх називають покривними.

Леси мають палеве або бурувато-палеве забарвлення і пилувато-суглинковий механічний склад. Їм властива карбонатність, пористість, борошнистість, добра водопроникність. Хімічний склад і фізичні властивості лесу дуже сприятливі для росту рослин.

Лесовидні суглинки містять менше карбонатів, трапляються і безкарбонатні. Вони крупнозернисті, часто шаруваті, з меншою борошнистістю і пористістю.

Леси поширені в основному в Україні, південних регіонах Росії, в Середній Азії, в центрі Північної Америки; лесовидні суглинки – в Білорусі, Центральній Нечорноземній зоні Росії та в інших районах. На цих породах сформувались чорноземні, сірі лісові, каштанові та сірі пустинно-степові грунти.

Пролювіальні і делювіальні наноси формуються в передгірських районах і в підніжжях гір. На них формуються різноманітні грунти. В Передкарпатті та в Карпатах на таких відкладах формуються бурі лісові грунти.

Льодовикові відклади (морена) злягають невеликими островами на підвищених елементах рельєфу Українського Полісся. Великі площі ці відклади займають на півночі європейської частини Росії та в Західному Сибіру.

Льодовикові відклади утворені з неоднорідного уламкового матеріалу, переважно суглинкового складу з включенням гравійного піску, гальки, валунів. За хімічним складом морена буває карбонатна і безкарбонатна. На карбонатній морені утворені дерново-карбонатні, слабко- і середньо-підзолисті грунти. На безкарбонатній – середньо- і сильно-підзолисті грунти. За наявності великої кількості валунів агрономічні властивості грунту значно погіршуються.

Водно-льодовікові (флювіогляціальні) відклади займають велику територію в тайгово-лісовій зоні європейської частини Росії, Білорусі, Польщі, Прибалтиці. В Україні вони займають 10,5% території республіки. Їх утворення пов'язане з діяльністю потужних льодовикових потоків.

Флювіогляціальні відклади являють собою шаруватий сортований матеріал піщаного, супіщаного, подекуди суглинкового механічного складу світло-жовтого або світло-сірого забарвлення. Основною складовою частиною їх є кварц з домішками зерен польового шпату. Подекуди в піщаній масі трапляються прошарки дрібної гальки і валунчики кристалічних порід. Механічний і хімічний склад цих відкладів є несприятливим для формування високородючих ґрунтів.

Озерно-льодовикові відкладипоширені в північно-західній частині європейської території Росії. Вони сформувались в пониженнях стародавнього рельєфу і мають глинистий механічний склад (шаруваті стрічкові глини прильодовікових озер). Формування озерних відкладів супроводжувалось накопиченням водорозчинних солей, карбонатів і гіпсу. При пересиханні озер утворюються солончаки.

Алювіальні відклади поширені в заплавах річок (заплавний алювій). За віком розрізняють сучасні і стародавні алювіальні відклади. Для них характерна диференційованість за розміром часток і шаруватість. Механічний склад алювіальних відкладів залежить від їх положення відносно русла річки. Так, в прирусловій частині заплави формуються гравійно-галечникові і піщані відклади, в центральній частині – піщані, в притерасній – супіщано-глинисті. На алювіальних відкладах формуються високородючі заплавні грунти. В Україні вони займають близько 9% території.

Глинирізного походження на території України теж часто є ґрунтоутворюючими породами. Здебільшого вони поширені на схилах балок, терас, в долинах річок тощо.

Крім того, ґрунтоутворюючими породами в Україні є продукти вивітрювання твердих карбонатних порід (Південний Берег Криму), пухкі продукти вивітрювання магматичних порід (Приазовська і Придніпровська височини), продукти вивітрювання пісковиків (Донбас, Крим, Карпати), продукти вивітрювання глинистих сланців (Донбас, Крим, Карпати)

Механічний склад ґрунтоутворюючої породи має важливе значення в процесі формування грунту. Крім того, мінералогічний і хімічний склад безпосередньо впливає на хід елементарних процесів, що відбуваються у ґрунті. Залежно від цього грунт набуває певних фізичних і фізико-механічних властивостей, які зумовлюють його агровиробничу характеристику.

Так, піщані і супіщані ґрунти легко обробляти сільськогосподарськими машинами. Тому їх називають легкими ґрунтами. Вони мають сприятливий повітряний режим, високу водопроникність, швидко прогріваються. Одночасно вони мають ряд негативних властивостей, а саме: низький вміст гумусу і поживних речовин (внаслідок інтенсивного промивання), низький ступінь оструктуреності, незначну ємкість вбирання катіонів, легко піддаються ерозії тощо.

Ґрунти, сформовані на глинистих породах, називають важкими. Вони мають високу вологоємкість і водоутримуючу здатність. Як правило, вони багаті на гумус і легкодоступні елементи живлення. В таких грунтах при наявності необхідних умов інтенсивно відбувається процес формування структурних агрегатів.

Якщо глинисті ґрунти з тих чи інших причин є безструктурними, вони мають несприятливі фізичні властивості. Докорінне поліпшення механічного складу ґрунту здійснюють шляхом глинування піщаних і піскування глинистих ґрунтів з одночасним внесенням високих доз органічних добрив.

Мінералогічний і хімічний (елементарний) склад ґрунтоутворюючих порід значною мірою впливає на характер і спрямованість хімічних реакцій, перерозподіл хімічних елементів по профілю ґрунту, тобто на геохімію ґрунтоутворення. Все це певним чином впливає і на інші процеси ґрунтоутворення. В результаті на обмеженій території, яка має ділянки, вкриті різними ґрунтоутворюючими породами, формуються різні типи або підтипи ґрунтів.

1.2 Біологічні фактори ґрунтоутворення

Процес ґрунтоутворення починається з моменту поселення живих організмів на гірській породі. Вони засвоюють елементи літосфери, воду і елементи атмосфери, включають їх у метаболізм і повертають у грунт в інших формах і співвідношеннях. Отже, в результаті життєдіяльності організмів виникають малий біологічний кругообіг речовин, а також ґрунтові цикли кругообігу цілого ряду хімічних елементів (C, O, H, N, P, S та ін.).

Життєдіяльність всіх організмів, що населяють грунт (мікроорганізми, рослини, тварини), та продукти їх життєдіяльності здійснюють найважливіші елементарні процеси ґрунтоутворення – синтез і розкладання органічної речовини, руйнування і новоутворення мінералів, перерозподіл і акумуляцію речовин тощо. Все це визначає загальний хід процесу ґрунтоутворення і формування родючості ґрунту.

Грунт одночасно населяють представники всіх чотирьох царств живої природи – прокаріоти, гриби, рослини, тварини. Проте функції організмів кожного царства в ґрунтоутворенні різні.

Мікроорганізми, які населяють грунт, дуже різноманітні за складом і за характером біологічної діяльності. Тому їх роль у формуванні ґрунтів надзвичайно складна і різноманітна. Мікроорганізми існують на Землі мільярд років, вони є найстародавнішими ґрунтоутворювачами, бо з'явились на землі задовго до появи вищих рослин і тварин. Крім ґрунтоутворення їх діяльність значною мірою визначає властивості осадових порід, склад атмосфери і природних вод, геохімічну історію багатьох елементів (C, O, H, N, P, S та ін.). В біосфері вони здійснюють такі процеси, як фіксація атмосферного азоту, окислення аміаку і сірководню, відновлення сульфатів і нітратів, акумуляцію сполук заліза і марганцю, синтез в ґрунтах біологічно активних речовин – ферментів, вітамінів, амінокислот тощо. Мікроорганізми беруть безпосередньо участь в руйнуванні мінералів і гірських порід в процесі біологічного вивітрювання.

Проте основною функцією мікроорганізмів в ґрунтоутворенні є розкладання органічних решток рослинного і тваринного походження до гумусоутворення і повної мінералізації.

Основна маса мікроорганізмів зосереджена в горизонті поширення кореневих систем на глибині 10-20 см. Їх чисельність в 1г ґрунту десятки і сотні мільйонів штук. Загальна маса мікроорганізмів орного горизонту (25-30см) становить 10 т/га. Високородючі окультурені ґрунти містять найбільше мікроорганізмів.

У процесі ґрунтоутворення беруть участь бактерії, водорості, лишайники, амеби, мікронематоди, джгутикові, війчасті, гриби і актиноміцети. Є дані про присутність в ґрунтах неклітинних форм мікроорганізмів (вірусів, бактеріофагів).

Вищі рослини. Ознайомлення з роллю мікроорганізмів у ґрунтоутворенні свідчить про те, що вони самі по собі ще не створюють грунт. Формування ґрунту можливе лише при поселенні на материнській породі продуцентів органічної речовини. Такими продуцентами на Земній кулі є вищі рослини. Саме цим організмам і належить провідна роль у процесах ґрунтоутворення. Відмерлі рештки вищих рослин, перетворені мікроорганізмами і тваринами, становлять основну масу органічної частини ґрунту. Отже, зелені рослини – основне джерело органічних речовин для ґрунтоутворення.

Зелені рослини суші щороку продукують близько 5.3×10¹¹ т біомаси. Частина цієї біомаси у вигляді відмерлих решток коренів і надземних органів щорічно надходить у грунт. Кількість біологічної маси, яка надходить у грунт, залежить від типу рослинності і кліматичних умов. Частина рослинного опаду розкладається мікроорганізмами, а друга частина накопичується у вигляді лісової підстилки і степової повсті.

Засвоєння хімічних елементів ґрунту корінням вищих рослин, синтез органічних речовин, повернення їх у грунт і розкладання їх мікроорганізмами є основними ланками біологічного кругообігу речовин. З раніше зазначеного видно, що зелені рослини – основний агент біологічного кругообігу, а грунт виступає його ареною. В цьому полягає друга функція рослин як ґрунтоутворювачів.

У процесі життєдіяльності рослини здійснюють біогенну міграцію хімічних елементів в системі грунт-рослина-грунт. При цьому значна частина зольних елементів, а також азоту акумулюється у верхньому горизонті грунту. В цьому разі рослини виступають як концентратори хімічних елементів.Це третя функція рослин у ґрунтоутворенні.

Тварини. У процесах ґрунтоутворення беруть участь представники таких типів тварин: найпростіші, черви, молюски, членистоногі і ссавці. За розмірами ґрунтову фауну поділяють на чотири групи: нано-, мікро-, мезо- і макрофауну. Кожна група тварин пристосована до певних умов життя, до певної взаємодії з навколишнім середовищем. Загальні запаси зоомаси в ґрунтах щодо фітомаси незначні – в середньому 1-2%.

Головною функцією тварин в біосфері і ґрунтоутворенні є споживання, первинне і вторинне руйнування органічних речовин, перерозподіл запасу енергії і перетворення її на теплову, механічну і хімічну.

Серед тварин, що населяють грунт, переважають безхребетні. Їх сумарна біомаса в 1000 разів перевищує загальну біомасу хребетних. В ґрунтах живуть дощові черви, енхітреїди, кліщі, ногохвостки та ін. Поїдаючи рослинні рештки, вони значно прискорюють біологічний кругообіг речовин.

Серед безхребетних особливо важливу роль у ґрунтоутворенні відіграють дощові черви. Вони поширені в ґрунтах різних ґрунтово-кліматичних зон. Їх кількість на 1 га ґрунту може досягати кількох мільйонів особин.

Діяльність дощових червів в ґрунтоутворенні різноманітна, вони утворюють у ґрунті густу мережу ходів, що поліпшує його фізичні властивості: пористість, аерацію, вологоємкість. Продукти життєдіяльності дощових червів – капроліти поліпшують структурність ґрунту і підвищують водоміцність структурних агрегатів. Грунт, багатий на дощових червів, має низьку кислотність, високий вміст гумусу та інші позитивні властивості. Підраховано, що дощові черви перемішують весь поверхневий горизонт ґрунту за 50 років.

У ґрунтах живе значна кількість личинок різних комах, терміти, мурашки та ін. Вони також інтенсивно перемішують ґрунтову масу, утворюють в ній велику кількість ходів і цим самим поліпшують водні і фізичні властивості ґрунту.

Серед хребетних тварин активну участь у процесах ґрунтоутворення беруть степові гризуни (полівки, бабаки, кроти, ховрахи та ін.). Вони будують глибокі нори і довгі ходи в ґрунті. Об'єм ґрунту, який вони перемішують, досягає кількох сотень кубічних метрів на 1 га. Інтенсивне перемішування ґрунтової маси землерийними тваринами зумовлює не лише фізичні, а й глибокі хімічні зміни. Ґрунтова маса, внесена з глибин на поверхню, змінює хімічний склад верхніх горизонтів ґрунту.

1.3 К лімат як фактор ґрунтоутворення

Клімат є один з основних факторів ґрунтоутворення і географічного поширення грантів. Про різнобічний вплив його на ґрунтоутворення зазначав ще В.В.Докучаєв. Тепер відомо, що клімат впливає на ґрунтоутворення як прямо (визначає гідротермічний режим ґрунту), так і опосередковано – через рослинність, мікроорганізми і тварин.

Основними кліматичними факторами, які впливають на процеси ґрунтоутворення, є сонячна радіація, атмосферні опади і вітер.

Сонячна радіація.Сонячне світло, яке приносить теплову енергію на поверхню Земної кулі, є основним джерелом енергії для життя і ґрунтоутворення. Сонячна енергія, увібрана ґрунтом, витрачається на такі процеси, як нагрівання, випарування, транспірація, фотосинтез, синтез гумусу тощо.

Теплові умови ґрунтоутворення на нашій планеті дуже різноманітні, але в загальних рисах вони зумовлені величинами радіаційного балансу, які корелюють з такими показниками , як середньорічна температура і сума активних температур (табл.1).

Високі середньорічні температури (+32; +35°С) характерні для тропіків, найнижчі – для полярних областей. Різниця середньорічних температур на Землі досягає 60-70°С.

Сума активних температур використовується для агрономічної і ґрунтової оцінки територіального термічного режиму. Для трав'янистої рослинності активними є температури вище +5°С, для лісової – вище +10°С.

Таблиця 1

Планетарні термічні пояси

Середньорічна температура, величина радіаційного балансу і сума активних температур за рік збільшуються від полярних областей до тропічних. Природно, що в цьому ж напрямку збільшуються інтенсивність вивітрювання, синтез органічної маси, активізується життєдіяльність тварин і мікроорганізмів. У тому ж напрямку підвищується інтенсивність ґрунтоутворюючих процесів: руйнування мінералів, розкладання органічних решток, синтез гумусних кислот тощо. За високих середньорічних температур утворюється більше глинистих часток як продукту інтенсивного вивітрювання.

Температура ґрунту впливає на швидкість хімічних реакцій. Згідно з правилом Вант-Гоффа, при підвищенні температури на 10°С швидкість хімічних реакцій збільшується у 2-3 рази. Тому в районах з високою середньорічною температурою геохімічні процеси відбуваються значно швидше, ніж у широтах з холодним кліматом. Це зумовлює річну швидкість вивітрювання, формування різних кір вивітрювання і, як наслідок, різноманітний хімічний склад грунтів. Крім того, від температури залежить ступінь дисоціації хімічних сполук у водних розчинах. При підвищенні температури від 0°С до 50°С дисоціація збільшується у 8 разів.

Температура впливає на розчинення газів в ґрунтовому розчині, на швидкість коагуляції і пептизації та інші фізико-хімічні процеси.

Атмосферні опади.Ефективний вплив тепла і світла на біологічні і ґрунтоутворюючі процеси можливий лише при наявності достатньої кількості вологи. Тому значення атмосферних опадів у ґрунтоутворенні дуже велике. На ґрунтоутворення певним чином впливає як кількість, так і сезонний розподіл атмосферних опадів.

Атмосферні опади, які надходять у грунт, розчиняють мінеральні та органічні сполуки, переміщують їх в нижні горизонти (вилуговують), переносять рухомі форми сполук і механічні частки з підвищених елементів рельєфу на понижені. Ці процеси здійснюють води поверхневого і підземного стоків.

Під впливом атмосферних опадів відбуваються процеси гідролізу первинних мінералів і формування вторинних глинистих мінералів. Атмосферні опади приносять на поверхню ґрунту пилуваті частки, розчинені солі, кислоти, азот, аміак, СО₂ , токсичні сполуки. Волога атмосферних опадів утримується в порах і капілярах ґрунту і використовується рослинами для синтезу органічної речовини, яка в майбутньому витрачається на поповнення запасу гумусних речовин і є джерелом енергії і поживних речовин для тварин і мікроорганізмів. Таким чином, атмосферні опади прямо і опосередковано впливають на процеси гуміфікації.

Низхідний рух води врешті-решт формує генетичні горизонти ґрунту – гумусний, елювіальний, ілювіальний та ін. Інтенсивний стік атмосферних опадів спричинює водну ерозію ґрунтів.

Характер атмосферних опадів на даній території впливає на термічний режим ґрунтів.

Ступінь зволоження ґрунтів зумовлює їх хімічний склад.


29-04-2015, 00:31