Методы исследования в почвоведении кратко

Обновлено: 02.07.2024

Почвове́дение — наука о почве. Она входит в состав естествознания. Почвоведение изучает происхождение, развитие, строение, состав, свойства, географическое распространение и рациональное использование почв.

Содержание

Основные положения

Современное почвоведение, основы которого были заложены В. В. Докучаевым, рассматривает почву как самостоятельное естественноисторическое биокосное природное тело, возникшее и развивающееся на поверхности Земли под действием биотических, абиотических и антропогенных факторов. Нижняя граница этого природного тела определяется глубиной, на которую произошло существенное изменение горной породы процессами почвообразования, что составляет до 1—3 метров, однако в экстремальных условиях тундры, пустыни или в горах мощность почвенной толщи может измеряться несколькими сантиметрами. Боковые границы почвенных образований определяются как границы раздела между элементарными почвенными ареалами.

Почва имеет многоуровневую структурную организацию:

  1. атомарный уровень
  2. кристалломолекулярный или молекулярно-ионный уровень
  3. уровень элементарных почвенных частиц (ЭПЧ) — фракций, определяемых в гранулометрическом анализе
  4. почвенные микро- и макроагрегаты, а также новообразования
  5. далее следуют уровни структуры почвенного покрова

Каждый из перечисленных уровней требует специфических методов исследования и способов воздействия.

Часто рассматривают четыре (ранее три) фазы почвы (под фазой в этом случае понимают несколько иное, нежели в классическом определении):

  • твёрдая фаза — полидисперсная органоминеральная система, наименее динамичная часть почвы, составляющая каркас для других фаз
  • жидкая фаза — почвенный раствор
  • газовая фаза — почвенный воздух, заполняющий вместе с почвенным раствором поровое пространство, его состав отличается от состава атмосферы
  • живая фаза — почвенная биота, за исключением роющих млекопитающих и корней растений, принадлежность которых к живой фазе почв остаётся дискуссионной, хотя их роль в почвообразовании несомненна и велика

История почвоведения



Оживлённые дискуссии происходили в то время вокруг генезиса чернозёмов. Президент Общества И. А. Гюльденштедт в 1790-х предложил теорию растительно-наземного происхождения, другие исследователи настаивали на их формировании в ходе геологических процессов (так называемые морская, ледниковая, болотная теории).

Большую роль в развитии науки сыграл П. А. Костычев, один из основных оппонентов Докучаева, дополнившим своими положениями его взгляды. Ученик Докучаева Н. М. Сибирцев создал первый учебник по генетическому почвоведению (1889).

Методы исследований

При исследованиях на нижних уровнях организации в почвоведении применяются методы разработанные ранее для других естественных наук: химии, физики, геологии, минералогии, биологии, биохимии, гидрологии и др. — обычно в модификациях, учитывающих почвенную специфику.

На более высоких уровнях используются и специфические методы, которые можно объединить в следующие группы:



  • Профильные методы заключаются в изучении системы почвенных генетических горизонтов, включая почвообразующую породу с целью сравнения их свойств и состава с породой. Найденные различия позволяют судить о направленности процессов почвообразования, непосредственное наблюдение за которыми невозможно. При этом применяется ряд допущений:
    • Исходная порода не была слоистой
    • Образец эталонной породы существенно не менялся за период почвообразования
    • Процесс почвообразования всё время существования почвы протекал в одном направлении

    Невозможность какого-либо из допущений приводит к усложнению интерпретации результатов профильного метода.

    Методы исследования почвы

    Почвоведение – наука об образовании (генезисе), строении, составе и свойствах почв, закономерностях их географического распространения, о путях рационального использования и повышения плодородия почв с целью охраны земельных ресурсов сельскохозяйственного назначения. Как всякая сложная система, почва обладает источниками информации, такими как вещественный состав, материальные свойства, закономерности распределения почв на поверхности земли, история развития, почвообразовательные процессы, обмен веществом и энергией с другими природными телами, химический состав и др.
    При этом почвоведение, как любая самостоятельная наука, имеет свои методы и приемы исследований:
    - сравнительно-географический метод – выявление коррелятивных зависимостей между почвами, их свойствами и составом и совокупностью факторов почвообразования. Применяется для соотнесения почвы участка, изучаемого в ходе надзорных мероприятий, с возможностями ландшафта сформировать почвенный покров в данных конкретных условиях. Он также применяется для определения возможности отбора контрольной почвенной пробы. Сущность этого метода заключается в сопряженном изучении разных типов почв и факторов почвообразования, исследовании закономерностей пространственной изменчивости почв, анализе структуры почвенного покрова на разных уровнях его организации;
    - экологический (ландшафтный) метод – подразумевает одновременное изучение всех компонентов биогеоценоза с учетом конкретных условий географической среды;
    - сравнительно-аналитический метод – применение системы химических, физических, физико-химических и других анализов для определения свойств почвы. Применяется для установления загрязнения, деградации, существенного снижения плодородия земель сельскохозяйственного назначения, ухудшения качества, порчи и уничтожения почвы;
    - морфологический метод – изучение почв по внешним признакам: окраске, плотности, водонасыщенности, задернованности, определения наличия включений и постороннего грунта, нехарактерных пятен, запаха почвенного материала. Применяется для установления деградации, ухудшения качества, порчи и уничтожения почвы, проверки качества проведения рекультивационных работ. Одним из разновидностей морфологического метода является профильно-генетический метод – изучение почвы с поверхности на всю глубину последовательно по генетическим горизонтам с последующим сопоставлением их свойств. В почвоведении используется три метода морфологического анализа – макроморфологический при изучении почвы невооруженным глазом; мезоморфологический – с применением лупы и бинокуляра и микроморфологический – с помощью микроскопов вплоть до электронного. Морфологический метод является начальным этапом всех почвенных исследований, и осмотр земельного участка также является одним из разновидностей морфологического метода.
    - аэрокосмические методы включают инструментальное или визуальное изучение фотографий земной поверхности или ее прямое исследование с самолетов и космических аппаратов.

    Почва — чрезвычайно сложное природное образование.

    Как объект изучения она обладает следующими отличительными особенностями:

    • многокомпонентный состав (минералы, химические и органические соединения, живые организмы, почвенные растворы, воздух);
    • разнообразие форм химических, органических и органо-минеральных соединений;
    • наличие новообразованного гетерогенного органического вещества — почвенного гумуса;
    • полифункциональность;
    • разная природа механизмов межфазных взаимодействий;
    • почвенно-генетическая и унаследованная от материнской породы анизотропность;
    • иерархическая структура организации почвенного тела;
    • пространственная и временная изменчивость свойств и состава.

    Полное и всестороннее изучение почвы и ее функций в лесных биоценозах включает полевое описание профиля и СПП, режимные наблюдения, лабораторные анализы, теоретические построения (генезис, классификация, анализ плодородия, моделирование процессов почвообразования), типологию и экономическую оценку земель, разработку приемов улучшения плодородия лесных почв и рационального использования земель. Для оценки почв и почвенного покрова требуется понимание и применение всего набора имеющихся в арсенале почвоведения аналитических и теоретических методов.

    Сравнительно-географический метод. Сущность этого метода заключается в сопряженном изучении разных типов почв и факторов почвообразования, исследовании закономерностей пространственной изменчивости почв, анализе структуры почвенного по — крова на разных уровнях его организации. Составными частями сравнительно-географического метода являются картографический и аэрокосмические методы.

    Морфогенетический метод. Основу этого метода составляет изучение морфологического строения почвенного профиля в целом и на разных иерархических уровнях его организации. Для каждого уровня организации почв используются свои особые методы исследования.

    Кристалло-молекулярный, или молекулярно-ионный, уровень организации исследуют методами электронной микроскопии, изучают строение и состав гумусовых веществ, морфологические признаки разрушения и синтеза почвенных минералов, органо-минеральные взаимодействия, трансформацию органического вещества.

    Уровень почвенных агрегатов включает микро-, мезо- и макроагрегаты, новообразования растворимых солей, извести, гипса, железа и марганца. Описываются и изучаются форма, размер, структура, состав агрегатов. Применяются методы световой микроскопии.

    Уровень почвенных горизонтов изучают в полевых условиях (морфологические признаки: мощность, цвет, структура, строение и др.) и в ходе камеральных исследований с применением стандартных шкал, оптических приборов, совмещенных с компьютером.

    Уровень почвенных индивидуумов предполагает применение системного подхода. В его основе лежит представление о почве как о целостной природной системе. В полевых условиях изучаются морфологические признаки, несущие информацию о времени и процессах почвообразования, генезисе и классификационной принадлежности почв. Системный подход включает профильный метод изучения почв, мезо- и микроморфологические методы, а также методы визуальной и электронной микроскопии.

    Сравнительно-исторический метод. Этот метод базируется на принципе актуализма, согласно которому в строении и свойствах современной почвы заложены возможности исследования эволюции почв, геологического прошлого, палеоклимата и палеоландшафтов. Сравнительно-исторический метод широко используется в палеопочвоведении и археологическом почвоведении.

    Сравнительно-аналитический метод. Он заключается в сравнении вещественного состава и свойств твердой фазы почвенных горизонтов, с одной стороны, и материнской породы — с другой (минералогического и химического составов, органического вещества, почвенных растворов, воздуха, почвенных животных и микроорганизмов).

    Для определения вещественного состава почв используются инструментальные методы исследования, в том числе потенциометрические, вольт-амперометрические, кондуктометрические, термогравиметрические, методы молекулярной спектрофотометрии, атомной и рентгенофлюоресцентной спектроскопии, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, магнитно-ядерного резонанса и др.

    Полевые методы исследования. Полевые методы предназначены для изучения почвенных режимов, водного и теплового балансов, структуры почвенного покрова, почвенного мониторинга, картирования почв, земельного кадастра. Включают маршрутные и стационарные методы, а также методы почвенных ключей.

    Методы моделирования. Эта группа методов включает физическое и математическое моделирование. Они предназначены для экспериментального воспроизведения различных явлений и процессов в контролируемых условиях почвообразования и применяются как в полевых, так и в лабораторных условиях.

    Геостатистические методы и геоинформационные системы. Для исследования закономерностей пространственного варьирования свойств почв используют геостатистические методы, геоинформационные системы (ГИС).

    Развитие получает педотрансферный метод изучения гидрофизических функций почвы. Он основан на выявлении зависимостей между фундаментальными почвенными свойствами и гидрофизическими параметрами почв.

    Метагеномика. Все большее внимание почвоведов привлекают методы метагеномики, используемые для исследования метагенома почвы, в связи с серьезной проблемой деградации почв и необходимостью их реабилитации. Метагеном почвы представляет собой геномы почвенных микроорганизмов, некультивируемых в лаборатории. Для выявления метогенома выделяются и секвенируются ДНК микробных ассоциатов из почвенных горизонтов.

    Почвоведение – это наука о строении, составе, свойствах, географическом распространении почв.

    Почвоведение рассматривает закономерности происхождения почв, их развитие, функционирование и роль в природе. История почвоведения является частью истории человеческой культуры.

    Первоначальные эмпирические знания о почве своими корнями уходят в конец мезолита, когда были сделаны первые попытки занятия земледелием. Систематизировать сведения о почве начали философы античности – Феофраст, Плиний Старший, Колумелла, Лукреция Кара и др.

    В Средние века для установления феодальных повинностей начали описывать земельные угодья.

    С XVII и до начала XX века ученые выдвигают разные теории почвенного питания растений. Так, например, в 1629 г теорию водного питания растений выдвигает Я. В. Гельмонт, теорию гумусного питания в 1761 г предлагают Ю. Валлериус и А. Тэер. В 1840 г предлагается теория минерального питания почвы Ю. Либиха.

    С 1765 г в России существовало Императорское Вольное экономическое общество к поощрению земледелия и домостроительства. Это общество осуществляло финансирование экспедиций и публиковало работы по изучению почв, их описанию и картографированию.

    Примерно в это же время в Германии развивается физическое и геологическое почвоведение. Немецкие ученые считают, что почва является верхней частью коры выветривания планеты.

    Предлагался целый ряд теорий по вопросу происхождения черноземов, например, И.А. Гюльденштедт считал, что черноземы имеют растительно-наземное происхождение, а Р.И. Мурчисон придерживался версии ледникового их происхождения, связывая с размывом глин юры.

    Возникновение современного почвоведения связано с именем В.В. Докучаева – профессора минералогии, установившего, что для почв характерны четкие морфологические признаки. Их распространение также закономерно, как и природных зон, а морфологические признаки позволяют почвы различать.

    Готовые работы на аналогичную тему

    Ученики и последователи В.В. Докучаева продолжили развитие научного почвоведения. Первый учебник по генетическому почвоведению создал ученик В.В. Докучаева – Н.М. Сибирцев, который был опубликован в 1899 г.

    Профессор П.А. Костычев, бывший оппонент Докучаева, сыграл большую роль в развитии агрономического почвоведения.

    Школа Докучаева получила международное признание после издания учебника почвоведения на немецком языке.

    Методы почвоведения

    Как наука, почвоведение использует в своих исследованиях целый ряд разнообразных методов:

    • Профильный метод является основой всех исследований, а разработан он был В.В. Докучаевым и требует изучения почвы на всю глубину её толщи;
    • Морфологический метод является базисным и начальным этапом всех исследований почвы и составляет основу полевой диагностики;
    • Сравнительно-географический метод позволяет делать обоснованные заключения о генезисе почв и закономерностях их распространения;
    • Сравнительно-исторический метод позволяет исследовать прошлое почв, изучая почвенные горизонты и сопоставляя их с современной ситуацией;
    • Метод почвенных ключей, в основе которого лежит генетико-географический анализ небольших участков-ключей и их перенос на крупные территории с однотипной структурой;
    • Метод почвенных монолитов, базирующийся на принципах физического моделирования процессов, происходящих в почве, например, передвижение влаги;
    • Метод почвенных лизиметров, применяемый для того чтобы изучить процессы вертикальной миграции веществ в почве;
    • Метод почвенно-режимных наблюдений лежит в основе биосферного мониторинга и применяется для исследования процессов почвообразования на основе измерения параметров, например, влажности, температуры, гумуса, содержания солей в одной почве в течение длительного времени;
    • Балансовый метод тоже используется для изучения кинетики почвообразования. Суть его сводится к тому, что запас какого-либо вещества в почве, наблюдаемый в данное время, является результатом изменения его исходного запаса;
    • Метод почвенных вытяжек используется для того чтобы изучить элементы питания, доступные растениям;
    • Аэрокосмические методы, с одной стороны, позволяют визуально изучать фотографии поверхности Земли в заданном диапазоне и с разной высоты, а с другой стороны – позволяют проводить прямые исследования с летательных аппаратов на предмет отражательной или поглотительной способности почвы;
    • Радиоизотопные методы используются для изучения миграционных процессов в почвах.

    Кроме названных методов широкое распространение имеют так жюе биогеоценотический и экосистемный методы, позволяющие в определенных условиях географической среды, изучать одновременно все компоненты биогеоценоза – почвы, флору и фауну, микроорганизмы, атмосферу, природные воды. Эти методы почвоведы разработали, взяв за основу теорию почвообразования В.В. Докучаева.

    Почвоведение использует системный методический подход, а это значит, что почва, с одной стороны рассматривается как целостная система, состоящая из подсистем-блоков, взаимодействующих друг с другом, а с другой стороны, она рассматривается как подсистема биосферы.

    Связь почвоведения с другими науками

    В своих исследованиях почвоведение широко использует методические подходы других наук, поэтому имеет с ними тесную связь.

    Методические и методологические связи почвоведение сохраняет с геологией, потому что развилось из неё. Геологическая история поверхности Земли позволяет понять генезис почв и почвенного покрова, позволяет понять пространственную дифференциацию почв.

    Свои методические основы исследования дают петрография, минералогия, кристаллография на основании которых почвоведы изучают минералогический состав почв, закономерности его формирования и трансформации.

    Важные вопросы формирования водного режима почв, а также его функционирования помогает решать гидрогеология.

    Данные тектоники, вулканологии, сейсмологии важны для того чтобы лучше познать генезис и эволюцию почв, а данные геоморфологии дают возможность не только понять, но и оценить роль рельефа в почвообразовании.

    Для составления почвенных карт требуются знания геодезии и картографии. Тесную связь имеет почвоведение с биогеохимией, гидрохимией, поскольку почвоведов интересуют вопросы миграции и трансформации веществ на земной поверхности.

    Важна для почвоведов роль климатических условий и атмосферных факторов, поскольку от них зависит водный и тепловой режим почв, а эту информацию дают климатология и метеорология.

    Методы и подходы таких наук как микробиология, биохимия, физиология растений, ботаника и зоология широко используются почвоведами.

    Без методов биохимии невозможно изучение гумуса почвы.

    Почвоведение связано и с точными науками, например, с математикой через использование статистических подходов для оценки почвенной неоднородности и математическое описание физических и химических процессов, происходящих в почвах. Кроме этого, с помощью математики можно моделировать почвенные процессы, например, передвижение в почвах воды и солей.

    Использование большого числа методов разных наук связано, прежде всего, с особенностями почвы как природного тела.

    Академик В.И. Вернадский заложил основы учения о биосфере и ноосфере, взяв в основу методологию В.В. Докучаева.

    Экологический подход, о котором сегодня говорят многие науки, является не чем иным как классическим докучаевским подходом к изучению природных явлений.

    Читайте также: