Текст книги "Практика по почвоведению"

Л. В. Анилова
Практика по почвоведению

Введение

Учебное пособие «Практика по почвоведению» написано в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта и адресовано студентам направлению подготовки 021900 Почвоведение и студентам биологических специальностей.

В учебном пособии рассматриваются содержание и этапы комплексного почвенного исследования, основы морфологического описания почв, правила отбора почвенных образцов и монолитов, методы определения физических, водно-физических, химических и биологических свойств почв, правила оформления отчета по практике.

Учебное пособие является одним из средств оптимизации учебного процесса в период летней полевой практики по почвоведению, курсового и дипломного проектирования. Его использование поможет освоению методологических основ полевых почвенных исследований и формированию практических навыков их изучения.

1 Комплексное почвенное исследование

При проведении почвенных исследований используются следующие подходы и методы: системный (комплексный) подход; сравнительногеографический метод; сравнительно – исторический; биогеоценотический; метод моделирования; почвенных ключей; аэрокосмический; физические, физико-химические, химические и биологические аналитические методы; метод почвенных монолитов; вегетационных сосудов; почвенных вытяжек; радиоизотопный; профильно-генетический и морфологический методы. Морфологический анализ почвы является обязательным начальным этапом всех почвенных исследований.

Почвенные обследования разделяют на три рабочих периода: подготовительный, полевой и камеральный.

Подготовительный период.

В подготовительный период определяются объем и план работ, готовится картографическая основа, изучаются условия почвообразования и особенности почвенного покрова территории по литературным и другим источникам, на их основе составляется систематический список почв, изучаются особенности сельскохозяйственного использования почв, проводится предварительное ландшафтное дешифрирование аэрофотоснимков.

При планировании объемов работ определяется число почвенных разрезов, исходя из нормативных материалов. Оно зависит от категории сложности территорий и масштаба съемки. Категория сложности выделяются в зависимости от пестроты (сложности почвенного покрова) и интенсивности сельскохозяйственного использования.

Полевой период.

Для ознакомления с условиями почвообразования и почвами исследуемой территории, перед началом работ проводится рекогносцировочное обследование. Вся или большая часть территории пересекается с таким расчетом, чтобы охватить по возможности все основные формы рельефа и установить топографические закономерности в почвенном покрове. После проведения маршрутного рекогносцировочного обследования приступают к определению состава почвенного покрова. При планировании маршрутов используют способ параллельных пересечений по рельефу местности в направлении падения склона или метод расположения разрезов по квадратам в виде сплошной сетки в соответствии с нормой разрезов на единицу площади. Затем выбирают места для разрезов и проводят их описание.

Типы почвенных разрезов.

Почвенные разрезы закладывают для изучения и определения почв в природе, установления границ между ареалами различных почв; взятия образцов для анализов. Разрезы бывают трех типов: полные (основные) разрезы, полуямы (контрольные), прикопки (поверхностные).

Полные, или основные, разрезы делают с таким расчетом, чтобы были вскрыты все почвенные горизонты и частично верхняя часть неизмененной или малоизмененной материнской породы. Их закладывают в наиболее типичных, характерных местах. Они служат для детального изучения морфологогенетических признаков почв и отбора образцов по слоям или по генетическим горизонтам для физико-химических, биологических и других анализов, определения окраски, структуры и т.д. Глубина основных почвенных разрезов сильно варьирует в зависимости от мощности почв и целей исследований. Обычно в практике полевых почвенных исследований и картирования почв почвенные разрезы закладывают на глубину 1,5 – 2 м.

Полуямы, или контрольные разрезы, закладывают на меньшую глубину – от 70 до 125 см, обычно до нижней трети переходного горизонта или до вскрытия материнской породы. Они служат для дополнительного (контрольного) изучения основной части почвенного профиля – мощности гумусовых и других горизонтов, глубины вскипания и залегания солей, степени выщелоченности, оподзоленности, солонцеватости, солончаковости и др.

Прикопки, или мелкие, поверхностные разрезы, глубиною менее 75 см, служат главным образом для уточнения почвенных границ, выявленных полными разрезами и полуямами.

Заложение почвенных разрезов.

Разрез (или почвенных шурф) необходимо закладывать в наиболее характерном, типичном месте исследуемой территории. Почвенные разрезы не должны закладываться вблизи дорог, рядом с канавами, свалками, отстойниками, на нетипичных для данной территории элементах микрорельефа (понижения, кочки). Перед началом выкапывания разреза исследователь должен встать таким образом, что бы солнце находилось от него справа, тогда по окончании выкапывания солнце будет освящать лицевую стенку разреза и морфологическое описание будет наиболее точным. На выбранном для почвенного разреза месте копают яму размером 0,8 х 1,5 х 2,0 м так, чтобы три стенки были отвесными, т.е. вертикальными, а четвертая – со ступеньками (см. рисунок 1). Передняя лицевая стенка, которая предназначается для изучения почвенного разреза, должна быть обращена к солнцу. Почву из ямы необходимо выбрасывать на длинные боковые стороны, но ни в коем случае не в сторону лицевой стёнки, та как это приводит к ее загрязнению и даже к разрушению верхней части стенки почвенного разреза. Когда яма готова необходимо, в первую очередь, определить характер почвообразующей породы, ее гранулометрический состав, засоление, степень увлажнения и взять образец материнской породы для последующего изучения или анализа, так как в дальнейшем при препарировании нижняя часть лицевой стенки и дно ямы будут засорены осыпающейся почвенной массой верхних горизонтов.

После этого лицевую стенку гладко очищают лопатой и одну (правую) половину стенки препарируют стамеской или маленькой лопаткой, для того чтобы лучше рассмотреть морфолого-генетические признаки почв, а вторую (левую) половину стенки оставляют в гладко зачищенном виде для сравнения и контроля. Затем необходимо приступить к изучению морфолого-генетических признаков почв и описанию почвенного разреза.

Рисунок 1 – Вид почвенного разреза

Техника и последовательность работ при изучении и описании почвенного разреза и ведении дневника:

1) записать номер, дату и географическое положение разреза, отметить характер рельефа, указать, на каком элементе рельефа сделан разрез, описать угодье и его состояние; растительность, состояние поверхности, дать агрономическую оценку почв; отметить материнские и подстилающие породы и глубину грунтовых вод, если они обнаружены. Определить местоположение разреза и выполнить его привязку;

2) оценить проективное покрытие.

3) определить глубину и характер вскипания почвы от 10 %-го раствора соляной кислоты.

4) определить мощность каждого горизонта и подгоризонта почв с последующим подробным изучением их морфолого-генетических признаков: гранулометрический состав, физические свойства и другие особенности (окраска, структура, влажность, плотность, скважность, новообразования, включения, корневая система, характер перехода одного горизонта в другой);

5) в некоторых случаях для более полной характеристики почв (засоленные, переувлажненные и др.) следует произвести некоторые простые химические анализы (определение рН, хлористых и сернокислых солей, наличия железа, соды и др.); определить некоторые физические свойства (влажность, плотность и др.), не требующие сложного оборудования;

6) дать полевое определение почвы, установить ее хозяйственную ценность. В названии почв необходимо отразить тип, подтип, вид, разновидность и материнскую породу, например, чернозем обыкновенный среднемощный тяжелосуглинистый на лессах. Наметить примерные границы ее распространения на изучаемой территории и, наконец, взять почвенные образцы для анализов, а при необходимости – и монолит. Почвенный разрез после его изучения, описания и взятия образцов должен быть зарыт. При этом вначале вниз сбрасывают почвенную массу, извлеченную из более глубоких горизонтов, потом – почвенную массу верхних горизонтов. С поверхности шурф закладывают дерном, который ранее был сложен вблизи шурфа.

Камеральный период.

Камеральная обработка материалов полевых обследований почв включает следующие виды работ: лабораторные анализы почв, составление окончательного оригинала почвенной карты, составление картограмм, вычисление площадей почв, написание очерка (пояснительной записки к почвенной карте и картограммам).

Вопросы для самоконтроля

1 Перечислите подходы и методы изучения почв, охарактеризуйте их.

2 Каковы основные этапы комплексного почвенного исследования? Охарактеризуйте их содержание.

3 Охарактеризуйте подготовительный этап комплексного почвенного исследования.

4 Охарактеризуйте полевой этап комплексного почвенного исследования.

5 Охарактеризуйте камеральный этап комплексного почвенного исследования.

6 Какова последовательность действий при заложении почвенного разреза?

7 Какова техника и последовательность работ при изучении и описании почвенного разреза?

2 Описание растительного покрова

Важными показателями растительного покрова являются: проективное покрытие, высота травостоя, количество ярусов, величина надземной и подземной биомассы.

Оценка величины проективного покрытия.

Методы оценки проективного покрытия детально разрабатывались Раменским Н.Г. (1937, 1956) для более точного определения проективного покрытия он предложил сеточки и мерные вилочки (см. рисунок 2). Передвигаясь с одного места на другое и держа сеточку перед собой, наблюдатель мысленно концентрирует проекции растений и подсчитывает, какое число ячеек занято проекциями, проективное покрытие выражают в процентах. Сеточки позволяют учитывать снизу вверх проекции крон деревьев. Мерные вилочки осторожно заводят в травостой в горизонтальном положении. Они позволяют оценить площадь проекции отдельных растений, поскольку площадь, заключенная между отдельными зубцами, соответствует долям процента или процентам общей площади пробы.

Определение подземной и надземной биомассы методом почвенных монолитов.

В степях основным покровом является травянистая растительность. Помимо нее частым компонентом растительных сообществ являются кустарники, ксерофитовые полукустарнички, мхи, лишайники и водоросли.

Учет биомассы травянистой растительности имеет свои специфические особенности.

Заложение пробных площадей.

Пробные площади закладываются методом, принятым ботаниками для изучения фитоценозов, с учетом геоморфологии типичных ландшафтов, рельефа, почвообразующих пород, почв и уровня почвенно-грунтовых вод.

А – окно малой сеточки в натуральную величину: В – зеркальная сеточка (по Понятовской В.М.).

Рисунок 2 – Приспособления для учета проективного покрытия видов

В зависимости от пестроты растительного покрова и степени покрытия в степях и лугах лесной зоны размер пробной площади устанавливают от 100 до 500 м² (0,01-0,05 га). С увеличением пестроты растительного покрова и уменьшением степени покрытия размер пробной площади увеличивают.

Форма площади обычно прямоугольная, размеры ее точно определяют, углы закрепляют столбами и привязывают к определенным ориентирам. В случае необходимости пробную площадку огораживают.

Пробную площадь обязательно наносят на геоботаническую карту или любую другую картографическую основу.

Учет биомассы.

Биомассу травостоя определяют преимущественно методом учетных площадок. Для этого в наиболее типичных участках пробной площади закладывают 10 площадок по 1 м² или 3 – 4 площадки по 4 м² (Раменский, 1937; Работнов, 1963, 1966). Этот способ дает точность учета биомассы ±10 %, вполне допустимую для учета первичной продуктивности.

При уменьшении размеров площадок увеличивают их число. Например, закладывают 100 площадок 5×5 см и определяют флористический состав и вес компонентов каждой площадки отдельно или средней пробы. Отдельный учет более трудоемок, но позволяет применять математическую обработку данных для определения средних величин биомассы, коэффициента варьирования, определения точности учета и достоверности различий.

Для учета биомассы растения на учетной площадке срезают на уровне почвы. Если учитывается общая биомасса, то растения с каждой из 10 площадок высушивают до воздушно-сухого состояния и взвешивают. Можно растения взвесить сразу после срезания, а из общей массы отобрать среднюю пробу для определения полевой влажности. Вес растений в воздушно-сухом состоянии затем рассчитывают с учетом полевой влажности.

Для определения биомассы компонентов фитоценоза укос с учетных площадок разбирают по видам или группам видов. Одновременно отделяют многолетние органы растений от однолетних и живые части от мертвых. Каждая фракция учитывается отдельно.

Однократное определение биомассы проводят в период создания максимальной надземной массы данным фитоценозом. Сроки однократного количественного учета биомассы устанавливают экспериментально. С этой целью определяют биомассу на серии учетных площадок с однотипным растительным покровом в динамике. Число площадок должно быть равно количеству наблюдений, умноженному на величину повторности. Желательно определять биомассу 2 раза в месяц на двух – трех новых площадках.

Для учета абсолютной биомассы необходимо провести наблюдения за динамикой ее нарастания. Для этого в течение вегетационного периода (лучше в течение 2-3-х периодов) на постоянных учетных площадках (3-5) срезают надземную массу через каждые 10-15 дней и количественно ее учитывают, как описано выше.

До настоящего времени методы определения полной биомассы травянистых растений недостаточно разработаны.

Биомассу корней учитывают методом монолитов.

На тех же учетных площадках, где срезают надземную массу, вырезают послойно монолит со стороной квадрата 25 см на глубину распространения корней. Удобно пользоваться шаблоном размеров 25×25 см. Повторность 10 – кратная. Для определения общей биомассы корни из почвенного монолита отмывают водой на ситах методом Шалыт М.С. (1960). Образцы предварительно замачивают в воде. При ручной отмывке образец почвы помещают на верхнее сито с ячейками 2×2 мм и промывают водой. Крупные корни остаются на верхнем сите, а мелкие корни и ил попадают на нижнее более частое сито. Для отделения корней от ила несколько раз взмучивают осаждающуюся массу на нижнем сите и промывают ее.

Подсушивают корни до воздушно-сухого состояния, взвешивают, пересчитывают общую массу корней на объем монолитов, а затем и на 1 га.

Однократный учет подземной биомассы проводят одновременно с учетом максимальной надземной массы. Наблюдения за динамикой прироста корней проводят в те же сроки, что и наблюдения за динамикой нарастания биомассы и на тех же учетных площадях методом крупных или мелких монолитов.

Учет степного войлока.

Масса степного войлока или подстилки в степях резко варьирует. В степном войлоке выделяют два или три слоя. Верхний и средний слой отличают и учитывают легко. Учет третьего слоя, сильно разложившегося, затруднен. При однократном учете массы степного войлока его проводят в конце лета (июль – август).

Вопросы для самоконтроля

1 Назовите основные показатели растительного покрова.

2 Какова сущность метода оценки величины проективного покрытия?

3 Какова сущность метода оценки величины надземной биомассы растений?

4 Какова сущность метода оценки величины подземной биомассы растений?

5 В чем заключается сущность учета степного войлока?

3 Морфологические признаки почв

Любая почва под влиянием конкретных почвообразовательных процессов характеризуется определенным строением и представляет собой систему генетических горизонтов, последовательно сменяющих друг друга по вертикали. По строению почвенный профиль может быть простым и сложным, отличаться набором дифференцированных и недифференцированных генетических горизонтов.

Описание почвенного профиля в полевых условиях.

Выбрав место разреза и приступив к его заложению, почвовед заполняет первую страницу полевого дневника. Обычно используют простую общую тетрадь (в клеточку) с толстой обложкой или иной подходящий материал для записей. Все записи должны быть выполнены четким и разборчивым почерком. Важно не упустить из описания все существенные детали окружающей среды, так или иначе влияющие на почву и являющиеся факторами ее генетической специфики. С этой целью можно предложить следующую форму первой страницы полевого описания почвы, или вернее, последовательность описания см. приложение А.

Когда разрез готов и описаны главные морфологические особенности почвы в разных слоях, приступают к анализу строения почвенного профиля и его общей характеристике.

Внимательно обследуются стенки разреза, выделяют и маркируют (ножом) почвенные горизонты, сменяющие друг друга в вертикальном направлении. Критерием для выделения горизонтов служит изменение одного или нескольких морфологических признаков: окраски, гранулометрического состава, структуры, плотности сложения, порозности, характера новообразований и т. д.

Для правильного выделения горизонтов и анализа их морфологии, особенно для установления границ и характера переходов между горизонтами, целесообразно часть передней стенки разреза отпрепарировать на всю глубину ножом, а другую острым ножом (без заглаживания)д ля обнаружения естественной поверхности почвенных агрегатов. При анализе морфологии почв полезно использовать оба приема препарирования стенки разреза.

В полевых условиях при первом знакомстве с повой почвой не всегда можно правильно определить генетический тип того или иного горизонта. Поэтому не нужно стремиться поставить тому или иному горизонту сразу окончательный диагноз, т, е. определить его тип и соответствующий символ. Главное – это четко определить глубины (мощности) всех горизонтов, не пропустив ни одного горизонта или подгоризонта, включая переходные. Окончательная индексировка может быть сделана позднее, иногда лишь после тщательного лабораторного анализа. Можно ограничиться примерным, полевым предварительным индексом, который будет уточнен позднее.

Для общей характеристики почвенного профиля можно предложить следующую схему описания, которая должна составить вторую страницу полевого дневника (первая страница описана выше) (приложение Б).

3.1 Характер поверхности почвы

Характер почвенной поверхности, постоянно подвергающейся атмосферному воздействию и существенно отличающейся по своему положению и свойствам от остальной толщи почвы, имеет определенное генетическое значение и может служить одним из диагностических признаков почв.

Выделяют три большие группы: ровные, волнистые и каменистые поверхности.

Ровная поверхность – горизонтальная или наклонная (в зависимости от рельефа) практически плоская поверхность почвы, характерная для подавляющего большинства равнинных почв песчаного или суглинистого состава, формирующихся под сомкнутым растительным покровом или корочкой низших растений (см. рисунок 3).

1 – ковровая; 2 – зернистая; 3 – самомульчированная; 4 – комковатая; 5 – корковая; 6 – коровая; 7 – панцирная; 8 – такырная; 9 – такыровидная; 10 – полигонально – трещиноватая; 11 – параллельно-трещиноватая.

Рисунок 3 – Схема типов ровной поверхности почв в плане (а) и в профиле (б)

Выделяются несколько специфических форм ровной поверхности почв: ковровая поверхность почв (представленная ровным слоем лесной подстилки, наиболее ровная и гладкая в хвойном лесу, особенно в сомкнутом мертвопокровном; характерна для почв под пологом лесов умеренного и субтропического поясов), зернистая поверхность (сравнительно ровная поверхность почв под травянистой растительностью, сложенная структурными агрегатами близкой округлой формы и однообразного размера, зернистыми или мелкокомковатыми; характерна для целинных и культурных черноземов), комковатая поверхность (сравнительно ровная поверхность пахотных, хорошо обрабатываемых и выравниваемых почв, представленная структурными агрегатами разного размера от мелко – до крупнокомковатых с небольшим участием распыленного материала), корковая поверхность (поверхностная корка), панцирная поверхность (специфическая форма поверхности внутрипочвенных твердых кор, во всех случаях сохраняется ее высокая твердость), такыровидная поверхность (поверхность, разбитая серией трещин на неправильные полигональные микротрещиноватые отдельности).

Волнистая поверхность формируется на почвах в результате обработки при низкой культуре земледелия, эрозионных или пастбищных процессов, специфических педотурбационных процессов; часто формирование такой поверхности связано с определенным микрорельефом, также связанным с почвообразованием (см. рисунок 4).

Волнистая поверхность может иметь следующие формы: солифлюкационная поверхность (неравномерная поверхность почв крутых склонов, формирующаяся в результате оползневых явлений), промоинная поверхность (поверхность рассечена неравномерной ветвистой сетью мелких промоин глубиной и шириной несколько сантиметров), ребристая поверхность (представлена регулярно – мелковолнистой поверхностью развеваемых песков (донных, барханных) на побережъях, речных и морских, либо в пределах континентальных песчаных пустынь, формирующихся в результате эоловой активности), гребнистая поверхность (регулярнонеровная поверхность, образованная системой параллельных гребней и понижений между ними с амплитудой от 5 до 10 см в результате вспашки или культивации почвы).

1 – кочкарная; 2 – бугорковатая; 3 – бугорковато-пучинная; 4 – гильгайная; 5 – солифлюкционная; 6 – промоинная; 7 – ребристая; 8 – гребнистая; 9 – глыбистая; 10 – вспученная; 11 – скотосбойная.

Рисунок 4 – Типы волнистой поверхности почв в плане (а) и в профиле (б)

Также выделяется глыбистая поверхность (является крайне неравномерной поверхностью, сформированной бесструктурными или слабо оструктуренными почвами при вспашке с образованием крупных глыб с неровной поверхностью), вспученная поверхность (специфическая поверхность мощных соленых поверхностных кор пустынь, образованная пропитанными солью) и скотосбойная поверхность (это специфическая поверхность слишком интенсивно используемых пастбищ, образованная неравномерной сетью углубленных на 5 – 10 см пересекающихся во всех направлениях дорожек шириной от 30 до 50 см, лишенных растительности и утрамбованных).

Каменистая поверхность характеризуется присутствием на поверхности почвы камней или валунов на равнинах или в условиях горных склонов. Выделяются следующие формы каменистых поверхностей (см. рисунок 5): каменистая поверхность (ровная или волнистая поверхность, на которой хаотически разбросаны отдельные камни или группы камней, для определения степени каменистости поверхности используют те же градации, что для каменистости почвы в целом, т. е. выделяют поверхности слабокаменистые (до 5 % камней), среднекаменистые (от 5 % до 10 %) и сильнокаменистые (> 10 %), завалуненная поверхность (представляет собой ровную или волнистую поверхность на которой разбросаны отдельные валуны разной размерности или их скопления), выходы пород (выделяются в границах, где почва чередуется с лишенными почвенного покрова выходами плотных горных пород).

1 – каменистая; 2 – завалуненная; 3 – выходы пород.

Рисунок 5 – Типы каменистой поверхности почв в плане (а) и в профиле (б)