1. Факторы почвообразования
|
|
Скачать 1.76 Mb.
|
|
^ 1. Строение почвы 2. Морфологические признаки почв 3. Органическое вещество и органические профили почв ^ 1. Строение почвы Почва — постоянно функционирующая многокомпонентная открытая система, имеющая многофазное строение. Это биокосное тело, состоящее из твердой, жидкой и газообразной фаз и живого компонента. Почва — продукт разнородных процессов, которые совершаются в поверхностном слое земной коры при взаимодействии всех четырех фаз, образующих единую совокупность. ^ Твердая фаза почвы — это ее основа, матрица, формирующаяся из материнской породы, наследующая состав и свойства данной породы. Твердая фаза — органоминеральная система, образующая твердый каркас почвы, наиболее устойчивая по объему, составу и во времени. Она состоит из остаточных минералов или обломков горной породы и вторичных продуктов почвообразования — растительных остатков, гумуса, вторичных глинистых минералов, простых солей и оксидов элементов, освобожденных при выветривании горной породы in situ. Твердая фаза характеризуется гранулометрическим (механическим), минералогическим и химическим составом, с одной стороны, и сложением, структурой и порозностью — с другой. ^ — это почвенный раствор, вода в почве, динамичная по объему и составу часть почвы, заполняющая ее поровое пространство. Содержание и свойства почвенного раствора зависят от водно-физических свойств почвы и от ее состояния в данный момент в соответствии с условиями грунтового и атмосферного увлажнения. Жидкая фаза — «кровь» почвенного тела, основной фактор дифференциации почвенного профиля, создающейся путем вертикального и латерального передвижения воды, перемещения тех или иных веществ в виде суспензий или растворов — истинных либо коллоидных. Газовая фаза почвы — это воздух, заполняющий в почве поры, свободные от воды. Состав почвенного воздуха существенно отличается от атмосферного и очень динамичен во времени. В сухой почве воздуха больше, поскольку вода и воздух в почве являются антагонистами, взаимно замещая друг друга. Живая фаза почвы — это населяющие ее организмы, непосредственно участвующие в процессе почвообразования (микроорганизмы, представители микро- и мезофауны и, наконец, корневые системы растений). Природная почва существует и функционирует в единстве своих фаз как единое физическое тело. ^ Каждая почва имеет специфическое строение, которое заключается в определенном сочетании генетических горизонтов. Она представляет собой иерархически построенную природную систему, состоящую из морфологических элементов разного уровня, под которыми понимаются любые естественные внутрипочвенные тела, отличающиеся от соседних по форме и внешним свойствам — морфологическим признакам. Морфологические элементы почвы — это ее генетические горизонты, структурные отдельности, новообразования, включения и поры. Морфологические признаки, отличающие морфологические элементы один от другого, — форма элементов, характер их границ, окраска при определенной влажности, гранулометрический состав, сложение, характер поверхности, плотность и твердость, липкость, пластичность. Всякая почва представляет собой систему последовательно сменяющих друг друга по вертикали генетических горизонтов — слоев, на которые дифференцируется почвообразующая порода в процессе почвообразования. Эта вертикальная последовательность горизонтов получила название почвенного профиля. Почвенный профиль представляет собой первый уровень морфологической организации почвы как природного тела, а почвенный горизонт можно рассматривать как второй уровень, который также неоднороден и состоит из морфологических элементов третьего уровня — морфонов. Морфоны — это (кроме структурных отдельностей) внутри-горизонтальные морфологические элементы? разделенные трещинами блоки вышерасположенных горизонтов, включения и новообразования. Выделение морфонов возможно не во всех почвах и не во всех горизонтах. Так, однородный почвенный горизонт может представлять собой единый морфон, разделяющийся лишь на структурные отдельности. На четвертом уровне организации выделяются почвенные агрегаты (структурные отдельности, комки, педы) разных размеров и форм, на которые почва естественно распадается в пределах генетических горизонтов либо их морфонов. Почвенные агрегаты могут быть разных порядков: от макро- до микроагрегатов. Однако все педы разного порядка (размера) составляют один морфологический уровень. Почвенные агрегаты построены очень сложно и могут состоять из минеральных, органоминеральных и органических микроагрегатов, первичных механических элементов — твердых частиц почв (выключая отдельные минеральные зерна), микроконкреций, стяжений и других новообразований микроскопического размера. Пятый уровень морфологической организации почвы обнаруживается с помощью микроскопа. Микростроение почвы, главным образом ее твердая фаза, изучается в рамках микроморфологии почв. Почвенный профиль и почвенные горизонты. Почвенным профилем называется определенная вертикальная последовательность генетических горизонтов в пределах педона (почвенного индивидуума), специфическая для каждого типа почвообразования. Почвенные горизонты — это однородные слои почвы, формирующиеся в процессе почвообразования и различающиеся между собой по морфологическим признакам, составу и свойствам. Главные факторы формирования почвенного профиля (дифференциации почвообразующей породы на генетические горизонты) — это вертикальные (нисходящие или восходящие в зависимости от сезонов) потоки вещества и энергии и вертикальное распределение живой фазы почвы. Строение или последовательность генетических горизонтов каждой почвы служит основной диагностической характеристикой, ее визитной карточкой. Все генетические горизонты в профиле почв представляют собой взаимосвязанную и взаимообусловленную систему. В.В.Докучаев выделил в почвенном профиле всего три генетических горизонта: А*— поверхностный гумусово-аккумулятивный; В — переходный к материнской породе и С — материнская горная порода, подпочва. С развитием почвоведения система генетических горизонтов неоднократно расширялась и совершенствовалась. Этот процесс продолжается и в настоящее время, причем для разных почвенных школ были разработаны свои критерии и символы. Однако общая докучаевская система А—В — С по своей генетической сути осталась в целом неизменной и принята для использования международным обществом почвоведов. В табл. 7 и 8 даны основные индексы и определения горизонтов, а также малые индексы, используемые для обозначения дополнительных свойств основных горизонтов. В качестве примечания к таблицам можно добавить следующее:
^
Таблица 8 Малые индексы, обозначающие дополнительные свойства основных генетических горизонтов
^ Разнообразные почвы уже по чисто внешним морфологическим особенностям неодинаковы и очень сильно отличаются от других тел природы, в частности от горных пород. Большинство важнейших внутренних особенностей почв, т. е. их минералогический состав, химические, физико-химические и физические свойства отражаются во внешнем облике почв — на их морфологии. Морфология — учение о форме — составляет основу всех естественных наук. Морфологическое описание почв — это первое, с чего начинается изучение почв в поле. На основе изучения морфологии исследователь сравнивает между собой разные почвы и систематизирует их. Внешний вид почвы отражает химико-биологические процессы, протекающие в почве. Детальное исследование морфологии почв дает ключ к познанию истории их формирования, а также к научному обоснованию их генезиса. На основе исследования морфологии почв можно получить представление об их составе, химизме протекающих в них процессов, о тех режимах, под воздействием которых почвообразование развивается. Морфология почвы — это ее консервативный признак, медленно меняющийся во времени (в отсутствие деструктивных процессов и коренных мелиорации) и фиксирующий историю развития почвы. Однако задача исследователя не только констатация и описание особых свойств почв, но и правильное, научно обоснованное объяснение всех ее внешних признаков. Для этого требуется предварительное знание многих важных закономерностей, причин и внутренних процессов, под влиянием которых формируются внешние морфологические признаки. Именно поэтому описание и изучение морфологии неотделимо от исследования внутренних свойств и процессов, происходящих в почве. ^ На разрезе можно видеть, что почвенная толща неоднородна и состоит из чередования различных по окраске, плотности, структуре и другим признакам слоев, или, как принято говорить, почвенных генетических горизонтов. Формирование горизонтов связано с дифференциацией исходной почвообразующей породы под влиянием процессов почвообразования. Совокупность генетических горизонтов образует тот или иной генетический почвенный профиль. Все горизонты в профиле взаимно связаны и обусловлены. Генетический профиль формируется из исходной почвообразующей породы сразу как единое целое, расчленяясь на генетические горизонты. Строение почвенного профиля столь же разнообразно, сколь разнообразны факторы, его формирующие. По характеру соотношения генетических горизонтов все почвенные профили можно объединить в две большие группы — простые и сложные (рис. 8). Простые профили разделяют следующим образом. ^ I) имеет лишь поверхностный горизонт А1 либо АС, лежит непосредственно на почвообразующей породе. Подобный профиль характерен для почв, находящихся на начальной стадии своего образования. ^ II) имеет все горизонты, характерные для данного типа почв, но малой мощности, укороченные. Примером таких почв могут служить некоторые горные почвы. Нормальный профиль (III) — это наиболее распространенный тип строения почвенного профиля, в котором имеется полный набор генетических горизонтов при нормальной для данных ландшафтных условий мощности горизонтов. ^ IV) — практически не расчлененный на горизонты, растянутый, монотонный. Характерен для почв, формирующихся на почвообразующей породе, бедной легко выветривающимися минералами. Такими породами могут быть и кварцевые пески, и древние ферраллитные коры выветривания. ^ V) имеют почвы, подвергающиеся водной, ветровой или пахотной эрозии. Среди сложных профилей выделяют: Погребенный (реликтовый) профиль (I) содержит два и более профиля или отдельные горизонты, соответствующие былому и современному почвообразованию. ^ II) формируется на многочленных почвообразующих породах разного строения и выделяется в тех случаях, когда смена породы происходит в пределах почвенного профиля (примерно в 100 см от поверхности). ^ III) характерен для почв, формирующихся в условиях периодического отложения почвообразующего материала. К морфологическим признакам почвы относятся окраска почвы, структура, гранулометрический состав, сложение и степень уплотнения, новообразования и включения. ^ — одно из важных и заметных внешних свойств почв, широко используемое для присвоения им различных названий — чернозем, краснозем, желтозем, серозем, каштановая почва и т.д. Разнообразие окраски обусловлено присутствием в почве химических соединений, органики и т.д. Черный цвет обусловлен накоплением органического вещества (гумуса), красный — накоплением оксидов железа, белый — накоплением оксидов кремния и углекислых солей. Это основные цвета. Смешение двух соседних цветов дают ряд переходных тонов. Неоднородная (пестрая) окраска почв может указывать на частую смену окислительно-восстановительных условий как во времени, так и в пространстве, т.е. в самой почве. Окраска почвы во многом зависит от увлажнения (влажная почва всегда темнее, чем сухая) и степени агрегированности. Обычно цвет внутрипедной (внутриагрегатной) части существенно отличается от поверхностной. Это хорошо видно на свежем срезе агрегата. ^ — важный и характерный генетический и агрономический признак почвы. Структура — это форма и размер структурных агрегатов. В зависимости от соотношения длины трех осей структурного агрегата — вертикальной и двух горизонтальных, расположенных перпендикулярно друг к другу, определяется принадлежность к определенному типу структурного элемента — кубовидному, призмовидному или плитовидному (табл. 9). Таблица 9 ^ (по С.А.Захарову и Б.Г.Розанову)
У агрегатов кубовидного типа длина всех трех осей примерно одинакова. У агрегатов призмовидного типа заметно удлинена вертикальная ось. У агрегатов плитовидного типа вертикальная ось резко укорочена и сильно удлинены по сравнению с ней обе горизонтальные оси. В пределах этих типов структуры могут выделяться агрегаты разного рода. Род структуры определяется характером поверхности структурных агрегатов. Признаки кубовидной структуры разного рода:
Признаки призмовидной структуры разного рода:
Признаки плитовидной структуры:
С морфолого-генетической и агрофизической точек зрения, почвенная структура понимается по-разному. С агрономической точки зрения, в структурной почве преобладают «агрономически ценные агрегаты» размером от 0,25 до 7—10 мм. Все другие считаются бесструктурными. С генетической точки зрения, любые естественные агрегаты какой-либо формы, обнаруженные в почве, дают основание считать ее структурной. Как правило, почвы полиагрегатны, т. е. в почвенном профиле присутствуют агрегаты разных размеров и уровней организации структурной массы. Формируют структуру почвы многие факторы, среди которых важную роль играют корни растений, особенно дерновинных злаков. Благодаря корням этих злаков структура гумусовых горизонтов почв становится комковатой и зернистой. Кроме того, сруктурообра-зованию способствуют почвенная фауна, особенно дождевые черви, а также гумус, глинистые частицы, оксиды железа и алюминия, карбонаты кальция. Они склеивают, цементируют агрегаты, придают им устойчивость в переувлажненной среде. Присутствие в почве наиболее водопрочных агрегатов свидетельствует не только о хорошей оструктуренности почв, но и о ее высокой агрономической ценности. ^ Основная часть почв формируется на рыхлых отложениях, которые представляют собой продукты выветривания, т. е. разрушения, преобразования и переотложения исходных плотных пород. Они состоят из минеральных частиц различной крупности, называемых механическими элементами. При этом соотношение частиц разного размера зависит от характера исходной породы, направления, интенсивности и длительности выветривания, определяя тот или иной гранулометрический (механический) состав отложений или элювия породы и, соответственно, формирующихся на них почв. Гранулометрический состав в значительной степени наследуется от почвообразующих пород и мало меняется в процессе почвообразования. Гранулометрический состав продуктов выветривания плотных пород (элювия) тесно связан с их минералогическим составом: кислые, богатые кварцем породы при выветривании дают крупнодисперсный песчаный материал; элювий основных пород обогащен тонкодисперсными глинистыми частицами. Обычно элювий известняков, мергелей также имеет глинистый состав. Вся масса мелкозема в зависимости от размера (диаметра) минеральных частиц может быть разделена на отдельные группы, или фракции: скелет (1 — 20 мм), песок (1 — 0,05 мм), пыль (0,05 — 0,001 мм) и ил (меньше 0,001 мм) (табл. 10). ^
У частиц меньше 0,001 мм хорошо выражена способность к коагуляции с образованием агрегатов, включающих и более крупные частицы, что способствует созданию благоприятных физических свойств почв в целом. В частицах крупнее 0,001 мм поглотительная способность практически не выражена. Легкими называют почвы, в которых преобладают крупные фракции, тяжелыми — в которых преобладают тонкие фракции, преимущественно илистые. В естественных условиях механические элементы в почве практически всегда в той или иной мере скреплены в микроагрегаты размером менее 0,25 мм. Сопоставление данных гранулометрического состава и микроагрегатного анализа позволяет вычислить фактор дисперсности К, характеризующий степень разрушения микроагрегатов в воде. К = = (а/б) 100 (%), где а, б — ил, по данным микроагрегатного состава и гранулометрического состава соответственно. Чем выше К, тем менее прочны микроагрегаты, и наоборот. ^ от массы абсолютно сухой почвы, и определяет гранулометрический состав почвы. Классификация почв по гранулометрическому составу основана на разделении почв по содержанию в них так называемой физической глины — частиц меньше 0,01 мм. По содержанию физической глины все почвы делятся на уже известные категории: песок, супесь, суглинок и глина, причем песок разделяется на рыхлый и связный, а суглинок — на легкий, средний и тяжелый. Соответственно глина может быть легкой, средней и тяжелой. Суглинок или глина состоят из более тонких или более грубых частиц. Поэтому кроме краткого определения гранулометрического состава дают также его качественную характеристику по содержанию фракций песка, пыли и ила. Фракция, присутствующая в минимальном количестве, во внимание не принимается. По двум остальным характеризуют качество гранулометрического состава. При этом название господствующей фракции ставится в конце. Например, суглинок легкий пылевато-иловатый. Песок и супесь могут быть иловатыми и пылеватыми. В полевых условиях гранулометрический состав почвы определяют визуально, смачивая и скатывая измельченную почвенную массу. Смоченный кусочек почвы замешивают на ладони до состояния крутого теста, а затем скатывают между ладонями. По степени и характеру скатывания влажной почвенной массы узнают гранулометрический состав почвы. При этом руководствуются следующими признаками:
Метод скатывания применяют при изучении почвы давно, он достаточно достоверен. При тщательном соблюдении правил смачивания и скатывания почвы гранулометрический состав ее определяется точно. Гранулометрический состав почвы — одна из наиболее важных ее характеристик. Это в первую очередь агрономический показатель, так как он определяет фильтрационную и водоудерживающую способность почв, ее структуру, а также тепловой обмен почв. Некоторые сельскохозяйственные культуры тяготеют к почвам определенного гранулометрического состава, например, виноградная лоза — к щебнистым почвам, а табак, арахис, картофель, бахча — к почвам легкого состава. Различия водно-тепловых условий почв легкого и тяжелого гранулометрического состава определяют также развитие элементарных почвенных процессов по одному из типов почвообразования. ^ характеризуют вслед за окраской, структурой и гранулометрическим составом. Сама по себе влажность почвы не является морфологическим признаком, но она влияет на окраску почвы, степень прочности структурных агрегатов и пр. По степени увлажнения почвы принято разделять на сухие, свежие, влажные, сырые и мокрые. При определении степени влажности почвы используют следующие признаки: сухая почва — почвенная масса при копке, при работе с ней пылит; свежая почва — при прикосновении руки к стенке почвенного разреза ощущается прохлада, но почвенная масса руки не пачкает; влажная почва — при прикосновении руки к стенке почвенного разреза или проведении по ней ладонью остается след; сырая почва — почвенная масса, сжатая в кулак, сохраняет хотя бы на короткое время приданную ей форму; мокрая почва — из стенки разреза выступает вода. ^ характеризуют внешнее проявление порозности почв. По характеру пустот или полостей, присутствующих в почвенной массе, почва может иметь следующее сложение: пористое, губчатое, ячеистое, трещиноватое. Пористое сложение — почвенная масса пронизана тонкими круглыми отверстиями диаметром 1 — 2 мм; губчатое сложение — почвенная масса пронизана крупными, преимущественно округлыми отверстиями диаметром до 5 мм; ячеистое сложение — почвенная масса принизана извилистыми пустотами шириной 10 мм и более; трещиноватое сложение — почвенная масса рассечена трещинами — прямыми или извилистыми. По степени уплотненности в полевых условиях почвы разделяют на: рыхлые, рассыпчатые, уплотненные, плотные и слитые. Рыхлая почва — почвенная масса свободно распадается на отдельные гранулометрические элементы (пылинки, песчинки). Рассыпчатая почва — почвенная масса распадается на структурные агрегаты (зерна, орехи, комки), образованные из отдельных сцементированных гранулометрических элементов. Уплотненная почва — лезвие ножа входит в стенку разреза почти полностью с небольшим усилием. Плотная почва — лезвие ножа входит в почвенную массу частично (необходимо большое усилие). Слитая почва — почвенная масса не поддается действию ножа. Для препарирования слитой почвы приходится прибегать к помощи стамески, долота или кирки. Новообразования в почвенной массе представляют собой ясно видимые скопления различных веществ, имеющих вторичное происхождение, в пустотах почвы или на поверхности структурных агрегатов. Они генетически связаны с почвой и могут выпадать в осадок из почвенных растворов. Все новообразования можно разделить прежде всего на две разные по характеру и количеству группы — минеральные и органические. Все минеральные новообразования по химическому составу в свою очередь разделяются на несколько групп. ^ Оксиды кремния — кремнеземистая присыпка — белый мучнистый налет (пудра) на поверхности структурных элементов или на изломе почвы; гнездовые скопления — мелкие белесые мучнистые пятнышки, вьщеляющиеся на фоне горизонта; прослои или целые горизонты, представляющие собой белую мучнистую аморфную массу. ^ — бурые и ржаво-бурые пятна, вьщеляющиеся на общем фоне горизонта или по отдельным пустотам, характеризуют начальную стадию накопления оксидных форм железа; рудяковые зерна — плотные стяжения, конкреции размером до 1 мм, свободно отделяющиеся от основной массы почвенного мелкозема (сцементированы они очень плотно и разрушаются с большим усилием); ортштейны — сцементированные рудяковые зерна, слившиеся в ноздреватую или сплошную массу камнеподобного вида (очень прочные, действию ножа или лопаты не поддаются, пробиваются ломом или киркой); ортзанды — плотные коричнево-бурые прослои, состоящие из песчаных частиц, сцементированных оксидами железа (практически водонепроницаемые, разрушаются с большим трудом); псевдофибры — извилистые мраморовидные тонкие желто-бурые прослойки, выделяющиеся на светлом фоне почвенной массы. Ортзанды и псевдофибры свойственны почвам песчаного гранулометрического состава. ^ — голубовато-сизые пятна, языки и разводы, выделяющиеся на общем фоне горизонта; сизоватые прожилки закисного железа по мелким порам. Нередко в полевых условиях под действием кислорода воздуха закисное железо окисляется и переходит в форму трехвалентного. Вследствие этого сизый цвет относительно быстро меняется на ржаво-бурый или бурый. ^ Характерный признак этих новообразований — выделение диоксида углерода при взаимодействии с НС1, что дает эффект вскипания («вскипание карбонатов»). Карбонатная плесень — белый мучнистый налет на поверхности структурных агрегатов или на изломе почвы; карбонатные трубочки — выделения карбонатов по порам, заметные на общем фоне почвенной массы в виде белых нитей или точек; карбонатный псевдомицелий или карбонатная лжегрибница — массовое скопление карбонатных трубочек, образующих сложную причудливую сетку; карбонатная белоглазка — мучнистые стяжения углекислого кальция и магния, выделяющиеся на фоне горизонта в виде белых пятен, от почвенной массы практически неотделимы; карбонатные журавчики — плотные стяжения причудливой формы размером от 3 — 5 мм и более, свободно отделяющиеся от почвенной массы. ^ Солевые выцветы — белый или желтовато-белый мелкокристаллический налет на поверхности структурных агрегатов или на поверхности почвы; солевая корочка — преимущественно белая тонкая (1 — 2 мм) сплошная или прерывистая корочка на поверхности почвы; кристаллы — обычно желтого или чисто белого цвета, состоящие из сернокислого кальция (гипса); розы или друзы —скопление кристаллов гипса, имеющих причудливую форму и свободно отделяющихся от почвенной массы. Новообразования этой группы в отличие от карбонатных новообразований с НС1 не реагируют. ^ К ним относятся гумусовые потеки — серые или буровато-серые полосы преимущественно вертикального направления, выделяющиеся на общем фоне почвенной массы; гумусовая пленка или гумусовый налет - серая, темно-серая или коричнево-серая пленка или корочка на поверхности структурных агрегатов (во влажном состоянии блестящая — лакированная); копролиты — структурные комочки или зернышки, пропущенные через кишечник дождевых червей и насекомых; кротовины — пятна, резко очерченные или расплывчатые, хорошо выделяющиеся на общем фоне почвенной массы. Образуются в результате перемещений землероев. Включения в почве представлены инородными телами, резко отличающимися по внешнему виду и составу от почвенной массы и не принимающие непосредственного участия в почвообразовании. К включениям относятся раковины, остроугольные каменистые обломки пород — щебень, гравий и окатанный материал — галька, дресва. К числу включений можно отнести также попадающиеся в почве кусочки древесного угля или обломки кирпича, черепки и т.п. Последние относятся к так называемым антропогенным включениям и в известной мере позволяют судить об относительном возрасте породы и почвы. ^ Потенциальными источниками органического вещества почвы можно считать все компоненты биоценоза, которые попадают на поверхность почв или в толщу почвенного профиля и участвуют в процессах почвообразования. Органическое вещество (ОБ) — это совокупность живой биомассы и органических остатков растений, животных, микроорганизмов, продуктов их метаболизма и специфических новообразованных органических веществ почвы — гумуса (рис. 9). В разных природных зонах запасы биомассы биоценозов неодинаковы. Наземный и корневой опад и продукты метаболизма высших растений дают основной материал, из которого формируется органическое вещество почв. ^ Гумификация — сложный биологический и физико-химический процесс трансформации промежуточных высокомолекулярных продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соединений — гумусовые кислоты: фульвокислоты, гуминовые кислоты и гумин. Гуминовые кислоты (ГК) легко осаждаются водородом минеральных кислот и двух—трехвалентными катионами (Са2+, Mg2+, Fe3+, Al3+) из растворов. Гуминовые кислоты, выделенные из почвы в виде сухого препарата, имеют темно-коричневый или черный цвет, среднюю плотность 1,6 г/см3. Элементный состав гуминовых кислот в процентах по массе составляет: С — 50—62; Н — 2,8 — 6,6; О — 31—40; N — 2 — 6. Содержание углерода максимально в черноземах и уменьшается по мере продвижения в сторону гумидных и аридных почв. Молекула ГК имеет сложное строение. Фульвокислоты (ФК) — группа гумусовых кислот, остающихся в растворе после осаждения гуминовых кислот. Это высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. От ГК отличаются светлой окраской, более низким содержанием углерода, растворимостью в кислотах и способностью к кислотному гидролизу. Негидролизуемый остаток — гумин — это совокупность ГК и ФК, прочно связанных с минеральной частью почвы, а также труд-норазлагаемых компонентов остатков растений: целлюлозы, лигнина, углистых частиц. Распад органического вещества — сложный и длительный процесс частичного или полного превращения сложноорганизован-ных структур и молекул в более простые, в том числе в продукты полной минерализации (С02, NH3, H20 и др.). Минерализация органического вещества — комплекс физико-химических и биохимических окислительно-восстановительных микропроцессов, приводящих к полному разложению органических остатков и собственно гумусовых веществ до конечных продуктов окисления — окислов и солей. Этот процесс — составная часть круговорота углерода, так как обусловливает освобождение и переход в доступную форму основных элементов минерального питания растений. Комплексообразование и миграция продуктов гумификации включает процессы взаимодействия образующихся при гумификации органических кислот специфической (гумусовой) природы и неспецифических соединений с минеральной частью почвы, приводящие к ее частичной или полной мобилизации. Мобилизация минеральных соединений может происходить за счет образования истинных солевых растворов щелочных и щелочноземельных металлов, растворов комплексных соединений, или хелатов. При этом в качестве катиона, образующего комплексы, в основном выступают ионы железа и алюминия, а также коллоидные растворы — золи кремния и алюминия. Часто мигрирующие органические и органо-минеральные вещества в пределах почвенного профиля закрепляются на различных биогеохимических барьерах процессами иммобилизации, например, надмерзлотное осаждение органических и органоминеральных соединений в почвах тундр и северной тайги. ^ В результате действия совместно протекающих биогенно-аккумулятивных процессов образуются однотипные (по запасам органического вещества, его распределению внутри и на поверхности почвы, степени разложения, типу гумуса и др.) сопряженные органогенные и/или органоминеральные зоны, которые принято называть органическими профилями почв. Согласно данным А. Е. Черкинского и О. А. Чичаговой, все разнообразие этих профилей почв мира сводится к семи основным типам.
^ Основную долю вещественного состава рыхлых почвообразующих пород, характерных для Северного полушария, таких, как моренные отложения, лессы, покровные и лессовидные суглинки, флювио-гляциальные пески и супеси, за исключением торфяных, образуют минеральные частицы. В зависимости от происхождения и размеров их подразделяют на две основные группы. Одну из них составляют зерна первичных минералов, перешедших в мелкозем из разрушенных плотных изверженных, метаморфических или осадочных пород, другую — тонкодисперсные частицы главным образом глинистых минералов, которые представляют собой продукт трансформации первичных минералов или новообразование в ходе выветривания и почвообразования. ^ почти полностью сосредоточены в крупных фракциях, что обусловлено максимальными пределами их дробления при механических и температурных воздействиях. В рыхлых отложениях в составе первичных минералов доминирует кварц. По сравнению с плотными магматическими породами они содержат меньше полевых шпатов, пироксенов, амфиболов. Обусловлено это тем, что рыхлые почвообразующие породы представляют собой продукт многократного переотложения и длительного изменения материала плотных пород, протекающего под действием химических и биохимических агентов, что и приводит к относительному накоплению кварца. Первичные минералы составляют 90 — 98 % массы мелкозема песков (50—80 % суглинков и 10—12 % глин). Не обладая поглотительной способностью, первичные минералы существенно влияют на формирование ряда свойств почв и даже на их генезис. ^ целиком сосредоточены в тонкодисперсных гранулометрических фракциях меньше 0,001 мм и представлены минералами групп каолинита, гидрослюд, смектита, монтмориллонита, смешаннослойных минералов, хлорита, а также минералами оксидов железа и алюминия, аллофанами, минералами-солями. Несмотря на общие для всех глинистых минералов свойства (слоистое кристаллическое строение, высокая дисперсность и поглотительная способность) отдельные их группы могут существенно влиять на свойства почв. ^ — слоистые алюмосиликаты (рис. 10) с жесткой кристаллической решеткой. ЕКО не превышает 25 мг-экв/100 г почвы. Они не набухают. Содержание каолинита в почве обычно незначительно за исключением почв субтропической и тропической зон, а также почв на древних корах вьшетривания. К группе каолинита относится минерал галлуазит, отличающийся значительным содержанием межслоевой воды а также большей ЕКО (40-60 мг-экв/100 г). ^ — минералы группы иллита. Они представляют собой трехслойные алюмосиликаты с нерасширяющейся решеткой. ЕКО — 45 — 50 мг-экв/100 г почвы. Содержат значительное количество калия (6—8 % К20), частично усвояемого растениями. Гидрослюды широко распространены в осадочных породах и в разных количествах присутствуют почти во всех почвах, особенно в подзолистых и сероземах. К гидрослюдам близок минерал вермикулит с расширяющейся кристаллической решеткой и большей ЕКО (до 100 мг-экв/100 г почвы). ^ — минералы, характеризующиеся трехслойным строением с сильно расширяющейся при увлажнении кристаллической решеткой. Поэтому они способны поглощать воду и сильно набухать. Смектиты сильно дисперсны (содержание фракций менее 0,2— 0,3 мкм достигает 40—50% от общего количества частиц менее 0,001 мм). ЕКО 80-120 мг-экв/ 100 г почвы. Минералы этой группы чаще свойственны почвам, имеющим нейтральную и слабощелочную реакцию — черноземного и каштанового типов, солонцам. Смектита много в слитых почвах и некоторых почвах ферраллитного состава. ^ — минералы, наиболее распространенные в почвах умеренного и холодного гумидного климата, а также в почвах арктического пояса, где они на 30 — 80% представлены этой группой. К ним относятся: гидрослюда — монтмориллонит, хлорит — вермикулит, глинистые минералы группы хлорита. ^ представлены гематитом и гетитом из минералов группы железа и гиббситом, бёмитом из минералов группы алюминия. Доминируют в иллювиальных горизонтах желтоземов, красноземов, ферраллитных, железистых и подзолистых почв экваториального гумидного пояса. Аллофаны — самостоятельная группа минералов. Образуются они при взаимодействии кремнекислоты и гидрооксидов алюминия, высвободившихся при разрушении первичных минералов, а также из золы растительных остатков. Типичны для вулканических почв, особенно зон тропического пояса (андосолей). Минералы-соли характерны для почв аридных и семиаридных зон. Представлены карбонатами — кальцитом, доломитом, содой, гипсом, ангидритом, мирабилитом. 5. Химические свойства почв Почва наследует химический состав коры выветривания. Однако при влиянии на кору выветривания живого вещества химический состав ее существенно изменяется. Если представить себе почву в общем виде как систему атомов химических элементов, то эта система будет практически полностью состоять из атомов кислорода и кремния. Поскольку основная масса почвы, за исключением гумуса и органических остатков, представлена минеральными частицами, валовой химический состав почвы в основном определяется составом и количественным соотношением формирующих ее минералов. ^ Кремний — определяется содержанием в почве кварца и в меньшей степени первичных и вторичных силикатов и алюмосиликатов. В ряде случаев присутствует и в больших количествах аморфный кремнезем в виде опала или халцедона, генезис и накопление которых в почве связаны с биогенными (опаловые фитолита-рии, панцири диатомовых водорослей) или гидрогенными (окрем-нение) процессами. Валовое содержание Si02 колеблется от 40 до 70 % в глинистых почвах и до 90 — 98 % в песчаных. Алюминий — обусловлен присутствием полевых шпатов, глинистых минералов и других богатых алюминием первичных минералов, например слюд, эпидотов, граната, корунда. В почве может содержаться и свободный глинозем в виде бёмита, гидраргилита в аморфной или кристаллической форме. Валовое содержание А1203 в почвах обычно колеблется от 1 —2 до 15 —20 %, а в ферраллитных почвах тропиков и бокситах может превышать 40 %. Железо — присутствует в почвах в составе первичных и вторичных минералов как компонент магнетита, гематита, глауконита, роговых обманок, биотита, хлоритов, глинистых минералов, минералов группы оксидов железа. Много в почвах и аморфных соединений железа (гетит, гидрогетит и др.). Валовое содержание Fe203 колеблется в очень широких пределах — от 0,5— 1 % в кварцево-песчаных почвах и 3 — 5 % в почвах на лессах до 8—10 % на элювии плотных ферромагнезиальных пород и 20—50% в ферраллитных почвах и латеритах тропиков. Наблюдаются и железистые конкреции и слои. Соединения железа в почве представлены в следующих формах:
Кальций — содержание СаО в бескарбонатных суглинистых почвах составляет 1 — 3 % и определяется присутствием глинистых минералов тонкодисперсных фракций, а также гумусом и органическими остатками, в связи с чем наблюдается тенденция к биогенному обогащению кальцием верхней части профиля. Кальций содержится также в обломках карбонатных пород. В почвах сухостепной и аридной зон в процессе почвообразования идет накопление вторичного кальцита или гипса. Много кальция аккумулируется в почвах гидрогенным путем вплоть до образования известковых или гипсовых кор. Магний — по содержанию близок к СаО, что обусловлено присутствием монтмориллонита, вермикулита, хлорита. В крупных фракциях магний сосредоточен в обломках доломитов, роговых обманок, пироксенах. В почвах аридной зоны много магния аккумулируется при засолении почв в виде хлоридов и сульфатов. Калий — содержание К20 в почвах составляет 2—3 %. Он присутствует в тонкодисперсных фракциях, особенно в гидрослюдах, а также в составе первичных минералов — биотита, мусковита, калиевых полевых шпатов. Калий — чрезвычайно необходимый для растений элемент (рис. 11). Натрий — содержание Na20 в почвах составляет около 1 — 3 %, преимущественно в натриисодержащих полевых шпатах. В аридных почвах натрий присутствует в основном в виде хлоридов. Дефицита натрия в почвах, как правило, не наблюдается, но его избыток обусловливает неблагоприятные физические свойства почв. ^ — присутствуют в почвах в ограниченном количестве. Углерод, азот, фосфор — важнейшие органогены. Углерод сосредоточен главным образом в гумусе, а также в органических остатках и карбонатах. Азот также связан с гумусом и наряду с фосфором играет очень важную роль в плодородии почв. В почвах, как правило, наблюдается дефицит фосфора, его валовое количество незначительно и в основном его содержат гумус и органические остатки. Микроэлементы — никель, кобальт, цинк, медь, свинец, литий и др. — присутствуют в почвах в небольших количествах. Однако дефицит или избыток любого из них негативно отражается на выращиваемых сельскохозяйственных культурах. ^ Попадая в почву, атмосферная влага начинает растворять минеральные и органические вещества, взаимодействовать с почвенными коллоидами, с живыми организмами почвы, почвенным воздухом и превращаться в раствор. Почвенные растворы представляют собой подвижную систему; состав их изменяется по мере того, как они перемещаются из одного почвенного горизонта в другой. Концентрация и состав растворенных веществ обусловливают ту или иную реакцию почвенного раствора, которая определяется соотношением свободных ионов Н+ и ОН" в почвенном растворе. Концентрация свободных ионов Н+ выражается рН — отрицательным логарифмом концентрации {активности) водородных ионов. рН чистой воды равен 7, что свидетельствует о нейтральной реакции. При увеличении концентрации водородных ионов значения рН понижаются, а при уменьшении концентрации — повышаются. Значения рН ниже 7 указывают на кислую реакцию почвенного раствора, а выше 7 — на его щелочную реакцию. Величина рН характеризует так называемую актуальную кислотность, или щелочность, почвы. Актуальной кислотностью называется кислотность почвенного раствора. Выделяют также потенциальную кислотность, характерную для твердой фазы почвы. Она имеет сложную природу. Ее носители — обменные катионы Н+ и А13+ почвенных коллоидов. В зависимости от характера вытеснения различают две формы потенциальной кислотности — обменную и гидролитическую. Обменная кислотность проявляется при обработке почвы раствором нейтральной соли. В результате реакции обмена часть катионов нейтральной соли поглощается твердой фазой почвы, а взамен ее в растворе появляется эквивалентное количество ионов водорода и алюминия, находившихся в адсорбированном состоянии. При обработке почвы раствором нейтральной соли вытесняются не все поглощенные ионы водорода. Более полное вытеснение ионов водорода возможно при обработке почвы раствором щелочной соли сильного основания и слабой кислоты. При этом кислотность называется гидролитической и она выше обменной. ^ — это количество обменных оснований (обычно Са и Mg), выраженное в процентах отЕКО: V = S • 100/Е = S • 100/(S + Н), где V - степень насыщенности основаниями (%); S — сумма обменных оснований, Е — емкость катионного обмена; Н — гидролитическая кислотность 1(ммоль(+)/100 г). I Таким образом, ненасыщенность почв основаниями есть разница между ЕКО при избранном значении рН и содержанием в 3почве обменных оснований. J Для сельскохозяйственных растений наиболее благоприятна 1 слабокислая или слабощелочная реакция почвенного раствора; I отрицательно сказываются на развитии растений сильнокислая и особенно сильнощелочная реакция. С реакцией почвенного раствора связаны процессы превращения компонентов минеральной и органической частей почв: растворение веществ, образование осадков, возникновение и устойчивость комплексных соединений, а следовательно, миграция и аккумуляция веществ в почвенном профиле. В многолетней практике лабораторных исследований почв приняты следующие значения рН для определения степени кислотности или щелочности почвы: 3,0 — 4,5 — сильнокислые; 4,6—5,0 — кислые; 5,1 — 5,5 — слабокислые; 5,6—6,0 — близкие к нейтральным; 6,1 — 7,0 — нейтральные; 7,1 — 7,5 — слабощелочные; 7,6— 8,5 — щелочные; 8,6 и выше — сильнощелочные. ^ Гумус определяют по содержанию в нем углерода С. Для этого почву сжигают или окисляют какой-либо сильной кислотой. Углерод при этом сгорает и по разнице между исходной и прокаленной массой почвы узнают количество углерода. При определении содержания гумуса в почве можно руководствоваться следующими цифрами: очень высокое — больше 10 %; высокое — 6—10%; среднее — 4—6%; низкое — 2—4%; очень низкое — меньше 2 %. Карбонаты. Содержание в почве углекислых солей кальция и магния (карбонатов) узнают путем определения в ней С02. Общеизвестно, что соли обладают разной степенью растворимости. Наиболее труднорастворимы углекислые соли, или карбонаты, среднерастворимы сернокислые соли, легкорастворимы хлоридные соединения. Исходя из этого, можно сделать вывод, что если в почве нет карбонатов, то, несомненно, отсутствуют сульфаты и хлориды как наиболее подвижные. ^ определяют в водной вытяжке, которая характеризует качественный и количественный состав почвенного раствора. Сама водная вытяжка представляет собой как бы искусственно приготовленный почвенный раствор. Данные анализа водной вытяжки выражают в процентах или миллиграмм-эквивалентах (ммоль(+)/100 г) данного элемента. В засоленных почвах количество и состав солей варьируют в широких пределах. Критерии для отнесения засоленных почв к той или иной группе по степени и типу засоления приведены в табл. 14. По величине плотного остатка и распределению его в профиле почвы судят также о солончаковатости почвы. За критерий принято содержание солей в количестве не менее 1 %. Если в пределах 0 — 30 см солей не менее 1 %, то почва солончаковая; на глубине 30—80 см — солончаковатая; в пределах 80—120 см — глубоко солончаковая; глубже 120 см — незасоленная. Группы почв по степени и типам засоления (содер. солей, % от массы абсолютно сухой почвы): Слабозасоленные, Среднезасоленные, Сильнозасоленные, Очень сильнозасоленные ^ Физические свойства почв чрезвычайно важны и во многом определяют самое основное их свойство — плодородие. Почва — гетерогенная система, в которой соотношение и взаимодействие твердой, жидкой и газовой фаз обусловливают состояние почвенного раствора, аэрацию, теплоемкость, теплопроводность, прочность, пластичность, вязкость и липкость почвы и в конечном счете — характер питания растений и уровень плодородия. Твердая фаза служит матрицей почв. Наряду с жидкой фазой она наиболее подробно изучается для анализа ведущих показателей — гранулометрического состава, структуры, плотности и порозности. Плотность почв — функция многих факторов, из которых наиболее существенны ее гранулометрический и минералогический состав, характер структуры и степень агрегированности почвы в целом. Показатель плотности дает представление о соотношении твердой фазы почвы и пустот в ней. Различают два вида плотности почвы: D — плотность твердой фазы, или удельная масса, почвы и Dv — объемная масса почвы. ^ представляет собой интегрированную плотность всех компонентов твердой фазы — обломочных, глинистых, новообразованных минералов и органических соединений. Плотность обломочных минералов (кварц, полевые шпаты) равна 2,5 — 2,7 г/см3; плотность глинистых минералов — 2,6 г/см3. Так как плотность перегноя значительно меньше (1,4—1,8 г/см3), чем плотность минеральной массы, то и плотность горизонта А1 почв ниже, чем горизонтов В и С. Плотность твердой фазы определяется как отношение массы сухого вещества почвы М к единице ее истинного объема — Vs (D = M/Vs). ^ характеризует массу сухого вещества почвы М, находящуюся в единице ненарушенного естественного сложения ее объема V (Dv = M/V). Так как почва рыхлое тело, то ее объемная масса значительно отличается от плотности твердой фазы. В верхней части профилей почв она равна 0,8—1,2 г/см3, а в нижних увеличивается до 1,3—1,6 г/см3. Зная плотность твердой фазы почвы и объемную массу почвы, можно определить суммарный объем всех пор и пустот между частицами твердой фазы почвы в единице объема. Эта величина называется порозностью (скважностью) почвы и вычисляется в процентах от объема почвы по формуле: Р = (D - Dv/D)100 % или Р = = (V - Vs/V)100 %. Порозность в верхних горизонтах почвы обычно составляет 55 — 70%, в нижних — 35 — 50%.Переуплотнение почв при величине объемной массы свыше 1,2— 1,3 г/см3 негативно сказывается на сельскохозяйственных культурах. ^ 1. Выветривание и почвообразование 2. Формирование коры выветривания и почв. 3. Процессы почвообразования ^ </1></50> |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям