Почвообразующие породы

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ЖИТОМИРСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра екологія

Контрольна робота

з предмету:

„Ґрунтознавство”

студента гр. ЗЕО-07-1, ГЕФ

Виконав

Перевірив Скрипніченко С.П.

Житомир 2010

1. Почвообразующие породы

Начало почвообразования на поверхности нашей планеты относится к тому отдаленному в геологических масштабах времени, когда на поверхности суши появились первые живые организмы. По вопросу о месте зарождения на Земле жизни существует несколько представлений.

A.И. Опарин полагает, что жизнь впервые зародилась в морях и океанах. B.Р. Вильямс указывает, что до появления на суше зеленой растительности в атмосфере не было озона. При отсутствии в атмосфере озонированного экрана коротковолновые ультрафиолетовые лучи, посылаемые солнцем, пронизывали водную толщу океана до глубины полной темноты. Ультрафиолетовые лучи, пишет ученый, губительно действуют на живые организмы, что должно было препятствовать возможности зарождения жизни в океане. Сильное разбавление растворенных органических соединений в океанических водах неизбежно затрудняло их соединение в сложные молекулы.

Вильямс выдвигает положение, согласно которому жизнь зародилась на суше в обломочных породах, образованных в процессе термического выветривания массивно-кристаллических пород, дающих «ультрафиолетовую тень».

Заслуживает внимания мнение Н.Г. Холодного. Он считает, что синтез высокомолекулярных органических соединений должен был происходить в небольших материковых водоемах. Испарение воды из этих водоемов приводило к повышению концентрации исходных органических соединений; это облегчало их взаимодействие и синтез высокомолекулярных соединений.

Представляется возможным сочетание гипотез Вильямса и Холодного, приводящее к выводу о возникновении жизни в воде, которая скапливалась в вогнутых углублениях, заполненных обломочными породами. В указанных условиях имелась «ультрафиолетовая тень» и повышенная концентрация исходных органических соединений (в результате испарения влаги), делающая возможной их соединение (конденсацию).

Начальной стадией возникновения первичных организмов было выделение из растворов смеси органических соединений особых полужидких студенистых образований -- коацерватов -- определенного строения, но проницаемых для воды и растворов. Способность к реакциям поглощения и обмена в дальнейшем послужила основой для развития явлений питания, переходу коацерватов в пробионты, а затем -- в простейшие первичные живые организмы -- архебионты. Главное отличие архебионтов от их предшественников -- способность к превращению поступающих из окружающей среды соединений в составные части организма, т.е. к ассимиляции.

Источником углеродного питания первичных организмов служили метан и другие газообразные органические соединения, содержавшиеся в атмосферном воздухе, из которого они черпали и азот, используя аммиак воздуха. Зольные элементы в достаточном количестве были в материнской породе. Воду приносили атмосферные осадки. Необходимую для жизни энергию первичные организмы добывали путем экзотермических реакций окисления. Это было время преобладания хемосинтеза, что дало основание отнести всю указанную группу микроорганизмов к хемотрофам.

Основы учения о факторах почвообразования заложены В.В. Докучаевым, который установил, что почва как особое природное тело формируется в результате тесного взаимодействия следующих факторов - климата, растительности, почвообразующих пород, рельефа местности и возраста страны (времени).

Сочетание факторов почвообразования - это комбинация экологических условий развития почвообразовательного процесса и почв. Изучение каждого фактора почвообразования предусматривает его характеристику по определенным параметрам и оценку его роли в почвообразовании.

Наряду с указанными пятью природными факторами почвообразования выделяется ещё шестой - производственная деятельность человека, оказывающий как прямое, так и косвенное влияние на почвообразующие породы и почвенный покров.

Горные породы, из которых формируется почва, называют почвообразующими, или материнскими.

Почвообразующая порода является материальной основой почвы и передает ей свой механический, минералогический и химический состав, а также физические, химические, физико-химические свойства, которые в дальнейшем постепенно изменяются в различной степени под воздействием почвообразовательного процесса.

Почвообразующие породы различаются по происхождению, составу строению и свойствам.

Твердая оболочка Земли, или литосфера, состоит из магматических, метаморфических и осадочных пород.

Магматические, или изверженные, породы образовались из силикатных расплавов, застывших в глубине земной коры (породы глубинные - интрузивные), или из магмы, излившейся на поверхность Земли (породы излившиеся - эффузивные). Магматические породы составляют 95% общей массы пород, слагающих литосферу, однако почвообразующими являются лишь в редких случаях, главным образом в горных областях.

Метаморфические - вторичные массивнокристаллические породы, образовавшиеся из магматических или осадочных в недрах земли в результате глубоких превращений (сланцы, гнейсы). Их значение также мало.

Осадочные породы - отложения продуктов выветривания массивнокристаллических пород или остатков различных организмов. Они подразделяются на обломочные, химические осадки и биогенные. Среди осадочных пород химического и биогенного происхождения важную роль в почвообразовании играют карбонатные отложения - известняки, мергели, доломиты, мел.

Формирование почвообразующих пород связано с процессами выветривания горных пород и переносом и переотложением продуктов выветривания.

Выветривание - совокупность сложных и разнообразных процессов количественного и качественного изменения горных пород и слагающих их минералов под воздействием атмосферы, гидросферы и биосферы.

Горизонты горных пород, где протекают процессы выветривания называют корой выветривания. В ней различают две зоны: поверхностного и глубинного выветривания. Мощность коры современного выветривания, в которой может протекать почвообразовательный процесс, колеблется от нескольких сантиметров до 2-10 м.

Различают 3 формы выветривания:

Физическое - механическое раздробление горных пород и минералов без изменения их химического состава.

Выветривание начинается с поверхности, здесь возникают большие градиенты суточных и сезонных температур. Постепенно выветривание захватывает более глубокие слои породы и затухает в поясе постоянных температур. Наиболее интенсивно оно протекает при небольших амплитудах колебания температур.

В результате физического выветривания горная порода уже способна пропускать воздух и воду и задерживать некоторое ее количество. Физическое выветривание, раздробляя и разрыхляя массивные породы, значительно увеличивает общую поверхность, что создает благоприятные условия для проявления химического выветривания.

Физическое выветривание ускоряется при наличии воды, которая поникая в трещины горных пород, создает капиллярное давление большой силы. Еще сильнее разрушающая сила воды при замерзании: она расширяется на 1/[10] своего объема и оказывает огромное давление на стенки трещин горных пород.

Химическое - процесс химического изменения и разрушения горных пород и минералов с образованием новых минералов и соединений.

Важнейшим фактором этого процесса является вода, углекислый газ и кислород. Вода - энергетический растворитель горных пород и минералов.

Разложение минералов усиливается с повышение температуры и насыщением углекислым газом. В результате химического выветривания изменяется физическое состояние минералов и разрушается их кристаллическая решетка. Порода обогащается новыми (вторичными) минералами и приобретает связность, влагоемкость, поглотительную способность и другие свойства.

Биологическое - механическое разрушение и химическое изменение горных пород и минералов под действием организмов и продуктов их жизнедеятельности. В разрушении горных пород в поверхностных слоях земли активно участвуют живые организмы. При биологическом выветривании организмы извлекают из породы необходимые для построения своего тела минеральные вещества и аккумулитируют их в поверхностных горизонтах породы, создавая условия для формирования почв.

Главные почвообразующие породы.

К ним относятся рыхлые осадочные породы и на них почти повсеместно развиваются почвы. Элювиальные породы (элювий) - продукты выветривания коренных пород, оставшиеся на месте образования. В зависимости от свойств исходной породы, климатических условий и рельефа элювий отличается большим разнообразием по составу и мощности. Для элювия характерны тесные связи с исходной породой, постепенный переход от рыхлого мелкозернистого материала к плотной породе.

Значение элювиальных пород в почвообразовании определяется их свойствами. На элювии карбонатных пород в Нечерноземной зоне формируются плодородные дерновые почвы. На маломощном элювии почвы отличаются щебеночным составом.

Делювиальными породами (делювием), называются наносы, отложенные на склонах дождевыми и талыми водами. Делювий откладывается в виде пологого шлейфа. В вершине шлейфа часто накапливается грубый материал, иногда обломочный, а в конце шлейфа - пылеватый, глинистый. Плоскостной склоновый сток формирует делювиальные наносы с большей мощностью у основания склона, где движение воды замедляется и материал оседает.

Для делювия характерны относительная сортированность и хорошо выраженная слоистость. Встречаются несортированные и неслоистые наносы. По составу делювий разнообразен.

Делювиальные породы широко распространены в предгорных областях и служат материнскими породами для различных почв.

Пролювий формируется в горных странах, у подножия гор в результате деятельности временных водных и селевых потоков значительной силы. Пролювий характеризуется плохой сортированностью, включением крупнообломочного материала. Делювий и пролювий часто сочетаются, образуя делювиально-пролювиальные отложения.

Аллювиальные породы (аллювий), представляет собой осадки, отложения при разливе рек (пойменный аллювий). Аллювиальные отложения характеризуются горизонтальной или косой слоистостью, окатанностью минеральных зерен, включением органических остатков. К аллювиальным породам относятся также донные отложения рек (русловый аллювий). Русловый аллювий обычно сложен песками различной зернистости.

Пойменный аллювий преимущественно суглинистый и глинистый. В пределах поймы, в старицах, накапливается старичный аллювий, богатый органическим веществом.

Горные реки в отличие от равнинных формируют только русловый аллювий.

Аллювий служит материнской породой для различных пойменных почв, отличающихся высоким плодородием.

Озерные отложения выполняют понижения древнего рельефа, отличаются глинистостью и слоистостью. Таковы, например, ленточные глины, образовавшиеся в предледниковых озерах. В озерных отложениях часто наблюдаются органические прослойки, могут накапливаться углекислый кальций, а в сухих областях - гипс и легкорастворимые соли. Накопление легкорастворимых солей превращает озерные отложения в засоленные. Пересыхая, соленые озера образуют солончаки.

Ледниковые (моренные) отложения - продукты выветривания различных пород, перемещенные и отложенные ледником. Обычно залегают на возвышенных водораздельных пространствах. Для морен характерны следующие особенности: несортированность, неоднородный механический состав, наличие валунов, обогащенность песчаными фракциями, красно-бурая, реже желто-бурая и другая окраска.

Окраска зависит от характера коренных пород подледникового ложа, условий выветривания и почвообразования. При оглеении цвет морены приобретает серо-сизый оттенок.

По механическому составу морены разнообразны, однако наиболее широко представлены валунными песчанистыми суглинками. По химическому составу различают бескарбонатные и карбонатные морены. На карбонатной морене формируются слабо- и среднеподзолистые виды почв, а также плодородные дерново-карбонатные почвы. На бескарбонатных средне- и сильноподзолистые.

Флювиогляциальные (водно-ледниковые) отложения связаны с деятельностью мощных ледниковых потоков. Вытекая из-под ледника, они перемещали моренный материал и переоткладывали его за краем ледника.

Флювиогляциальные отложения характеризуются сортированность, слоистостью, не содержат валунов, бескарбонатные, преимущественно песчаные и песчано-галечниковые. Почвы, сформированные на флювиогляциальных отложениях, отличаются низким плодородием. Они бедны гумусом, питательными веществами, обладают малой влагоемкостью. Здесь развиваются болотно-подзолистые почвы.

Покровные суглинки распространены в зоне ледниковых отложений и рассматриваются как отложения мелководных приледниковых разливов талых вод. Для них характерно покровное залегание на морене, откуда и произошло их название.

Они характеризуются желто-бурой окраской, хорошо выраженной сортированностью, большим содержанием пылеватых фракций, не содержат валунов. По механическому составу - чаще тяжелые и средние пылеватые суглинки однородного строения с преобладанием фракций крупной пыли и ила. По химическому составу преимущественно бескарбонатные. На покровных суглинках развиты подзолистые, дерново-подзолистые почвы, нередко испытывающие переувлажнение, а также серые лесные почвы.

Лёссы и лёссовидные суглинки имеют различный генезис. Их общими чертами являются палевая или буровато-палевая окраска, карбонатность, пылевато-суглинистый механический состав с преобладанием крупнопылеватой фракции, мучнистость, пористость, рыхлое сложение, микроагрегированность, хорошая проницаемость.

По химическим и водно-физическим свойствам эти породы наиболее благоприятны для развития растений. При благоприятных климатических условиях на них формируются высокоплодородные черноземные почвы, а также сероземы, каштановые, серые лесные.

Эоловые отложения образуются в результате аккумулятивной деятельности ветра, которая проявляется особенно интенсивно в пустынях. К эоловым отложениям относятся сортированные песчаные наносы, которые откладываются недалеко от областей дефляции. Эти наносы образуют особые формы рельефа - бугры, дюны, барханы.

Морские отложения формируются в результате перемещения береговой линий морей, явлений трансгрессии и регрессии, которые неоднократно наблюдались в четвертичный период. Морские отложения отличаются слоистостью, сортированностью и большой аккумуляцией солей. Выходя местами на поверхность приводят к образованию засоленных почв.

Роль почвообразующих пород в почвообразовании определяется тем, что они в значительной степени влияют на состав, свойства формирующихся из них почв. Это, в свою очередь, сказывается на скорости преобразования минеральной массы при почвообразовании, закрепления образующихся органических веществ и т. п.

Минералогический, химический и механический состав пород определяет условия произрастания растений, оказывает большое влияние на гумусонакопление, оподзоливание, оглеение, засоление и другие процессы. В зависимости от механического состава породы различают по водопроницаемости, влагоемкости, пористости, что предопределяет в процессе развития почв их водный, воздушный, тепловой режимы. От материнских пород зависят скорость и направление почвообразовательного процесса, формирование и уровень почвенного плодородия, а также условия использования почв в сельском хозяйстве.

2. Роль органического вещества и источники поступления их в

почву

В почвообразовании участвуют три группы организмов - зеленые растения, микроорганизмы и животные, образующие на суше сложные биоценозы. При совместном воздействии организмов в процессе их жизнедеятельности, а также за счет продуктов жизнедеятельности осуществляются важнейшие звенья почвообразования - синтез и разрушение органического вещества, избирательная концентрация биологически важных элементов, разрушение и новообразование минералов, миграция и аккумуляция веществ и другие явления, составляющие сущность почвообразовательного процесса и определяющие формирование главного свойства почвы - плодородия.

Вместе с тем функции каждой из этих групп как почвообразователя различны.

Роль микроорганизмов в почвообразовании.

Микроорганизмы почвы весьма разнообразны по составу и биологической деятельности. Здесь распространены бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли, простейшие. Суммарная масса микроорганизмов только в поверхностном горизонте достигает нескольких тонн на гектар. Численность микроорганизмов измеряется миллиардами в 1 г почвы. В целом для планеты масса почвенных микроорганизмов определяется в 10^8-9 т, т. е. составляет 0,01-0,1% от всей биомассы суши.

Бактерии - это одноклеточные организмы размером в несколько микрометров. По характеру поглощения углерода выделяют автотрофные бактерии, усваивающие углерод из воздуха, и гетеротрофные, получающие углерод из готовых органических соединений. По отношению к азоту лишь часть бактерий автотрофна, т. е. способна усваивать этот элемент из воздуха.

Автотрофные бактерии поглощают углерод из углекислоты; этот процесс эндотермический, требующий затраты дополнительной внешней энергии. В качестве таковой бактерии используют энергию окисления некоторых минеральных соединений. Этот процесс получил название хемосинтеза.

Примером осуществления хемосинтеза является деятельность нитрифицирующих бактерий. Под нитрификацией понимают процесс биохимического окисления аммиака до азотной кислоты. О количественном масштабе процесса нитрификации можно судить по тому, что за один год деятельности нитрифицирующих бактерий может образоваться до 300 кг солей азотной кислоты на 1 г почвы.

Аналогично происходит хемосинтез у других нитрифицирующих бактерий. Источником энергии для поглощения углерода из углекислого газа могут служить реакции окисления сероводорода, тиосоединений серы, соединений Fe (II), Mn (II) и т. д. Накопление сульфатов в результате деятельности серобактерий в приповерхностном слое почвы достигает 200-250 кг на 1 г почвы.

Определенные группы бактерий обладают способностью поглощать молекулярный азот из воздуха. Этот процесс получил название фиксации азота. Нехватка азота в почве сдерживает развитие растительности, ограничивает возможности сельскохозяйственного использования почвы. Значение азотофиксирующих бактерий чрезвычайно велико, так как только благодаря их деятельности для всей остальной массы живых организмов становится доступным атмосферный азот.

Гетеротрофные бактерии поглощают необходимый углерод из готовых органических соединений, разлагая сложные соединения на простые. Благодаря их деятельности осуществляется грандиозный процесс разрушения колоссального количества мертвого органического вещества, ежегодно поступающего в почву, и освобождение химических элементов, прочно связанных в составе органических остатков.

Актиномицеты - лучистые грибы. Их используют в качестве источника углерода разнообразные органические соединения. Они могут разлагать клетчатку, лигнин, перегнойные вещества почвы. Участвуют в образовании гумуса. Актиномицеты лучше развиваются в почвах с нейтральной и слабощелочной реакцией, богатых органическим веществом и хорошо обрабатываемых. К актиномицетам относят близкие к ним проактиномицеты, микобактерии, микромоноспоры и микоккоки.

Среди почвенных микроорганизмов исключительно важное значение принадлежит грибам. Большая часть грибов состоит из ветвящихся нитей (гиф), образующих тело гриба (мицелий). Наиболее распространены плесневые грибы, а в лесных почвах гриб - мукор. Грибы разрушают клетчатку и лигнин, участвуют в разложении белков. При этом образуются органические кислоты, увеличивающие почвенную кислотность и влияющие на преобразование минералов. Так же как актиномицеты, грибы преимущественно являются аэробами.

Мицелий грибов часто развивается на корнях растений и даже в клетках высших зеленых растений. Подобный симбиоз высших растений с грибами называется микоризой. В этом симбиозе мицелий гриба выполняет функции всасывающего аппарата корневой системы, обеспечивая растения водой и пищей. В силу того, что грибы усваивают питательные вещества непосредственно из органических соединений, микориза обеспечивает развитие растений на почвах, богатых слаборазложившимися растительными остатками. В свою очередь, мицелий грибов использует для питания углеводы и некоторые органические кислоты, поступающие из листьев в корни растений.

Водоросли распространены во всех почвах, главным образом в поверхностном слое. Содержат в своих клетках хлорофилл.

В болотных почвах и на рисовых полях водоросли улучшают аэрацию, усваивая растворенный СО[2] и выделяя в воду кислород.

Водоросли активно участвуют в процессах выветривания пород и в первичном процессе почвообразования.

Лишайники не относятся к микроорганизмам, но поскольку они представляют собой сложное симбиотическое образование гриба и водоросли, целесообразно рассмотреть их участие в почвообразовании. Лишайники поселяются как на органическом веществе, так и на горных породах. Особый интерес представляет их деятельность на горных породах. Воду и углерод лишайники получают из атмосферы, а другие химические элементы - за счет разрушения минералов.

Помимо растительных организмов в почве распространены простейшие животные организмы. Это преимущественно корненожки, жгутиковые и реснитчатые инфузории, но роль их в почвообразовании недостаточно выяснена.

3. Физико-механические свойства почвы

Порозность почвы. Почвенные частички и структурные элементы, входящие в состав почвы, прилегают друг к другу не всеми своими плоскостями, а лишь отдельными точками или гранями, вследствие чего сама почва приобретает характер пористого тела, пронизанного целой системой трещин, пор, ячеек, пустот. Общий объем всех этих воздушных пор, полостей, трещин и пр. в определенном объеме почвы называют порозностью или скважностью почвы. Суммарный объем почвенных пор составляет от 25 до 60% объема почвы.

На порозность почвы большое влияние оказывает, прежде всего, структурное строение почвы: чем почвы структурнее, тем общая порозность больше (поскольку, помимо заключенных в комках пор, эти почвы имеют промежутки, находящиеся между структурными отдельностями). Всякое разрушение почвенной структуры, могущее произойти в результате воздействия на почву природных факторов или вследствие неправильной обработки почв, ведет за собой уменьшение общей порозности почвы. Заметное влияние на порозность почв оказывает также органическое вещество почв: чем органического вещества больше, тем больше порозность (так, например, порозность песка около 30%, а торфа - около 85%). Порозность заметно меняется в зависимости от глубины почвенного слоя: в верхних слоях она больше, в нижних - меньше. Объясняется это большим содержанием гумуса и лучшей структурой верхних горизонтов, большим воздействием на верхние слои почвы корней растений и роющих животных, а также меньшим давлением вышележащих слоев.

Размеры почвенных полостей различны, начиная от тончайших, так называемых капилляров, и кончая порами с диаметром 10 мм и крупнее. В связи с этим, помимо общей скважности, различают еще капиллярную и некапиллярную скважность почвы. Во всякой почве всегда есть оба вида скважности, причем преобладание того или иного вида зависит от механического и структурного состава почв.

Каждый вид скважности имеет различное значение в почвообразовательных процессах: капиллярная порозность, обычно заполненная водой, затрудняет свободный доступ воздуха в почву и продвижение атмосферной влаги из верхних горизонтов в нижние. Наличие же некапиллярной скважности устраняет эти нежелательные явления, создавая благоприятные условия как для почвообразовательных процессов, так и для развития растений. См. также ТИПЫ ПОЧВ.

Плотность почвы - это интегрированная плотность всех компонентов ее твердой фазы - различных минералов и органических веществ.

Степени плотности почв в сухом состоянии:

1). Рассыпчатое сложение - почва обладает сыпучестью, отдельные частицы не сцементированы между собой.

2). Рыхлое сложение - лопата легко входит в почву на полный «штык», почва хорошо оструктурена, но структурные агрегаты плохо сцементированы между собой.

3). Уплотненное сложение - лопата легко входит в почву на «полштыка», нож легко входит в стенку разреза, почва рассыпается на структурные и механические составляющие, во влажном состоянии обладает слабой связанностью.

4). Плотное сложение - лопата или нож с трудом входят в почву на глубину 4-5 см, почва с трудом разламывается руками; в сухом состоянии монолитна, выбивается крупными глыбами, во влажном состоянии - вязкая масса.

5). Очень плотное (слитое) сложение - почти не поддается копанию лопатой (входит в почву не глубже 1 см), нужны лом, кирка. В сухом состоянии монолитна, крупноглыбиста, нож не входит в стенку разреза, во влажном состоянии очень вязкая и упругая.

Сложение почв зависит от ее механического и химического состава и от ее влажности. Это свойство имеет большое практическое значение в сельском хозяйстве и характеризует ее с точки зрения трудности обработки.

В пределах почвенного профиля сложение почвы (т.е. ее плотность и порозность) может сильно изменяться. Верхнему гумусово-аккумулятивному горизонту чаще всего бывает присуще рыхлое сложение и большая меж- и внутриструктурная порозность. Сложение иллювиального горизонта, как правило, более плотное, трещиноватое.

Как указывалось ранее, почва не однородная масса, а трехфазная дисперсная среда, состоящая из твердых, жидких и газообразных частиц, перемешанных между собой. В почве содержатся также растительные остатки и живые организмы растительного и животного происхождения. Твердая фаза почвы - это «скелет», содержащий каменистые включения (частицы более 1 мм) и мелкозем (частицы до 1 мм). Каменистость представляет собой отношение массы «скелета» к массе мелкозема в процентах. Почвы бывают некаменистые (менее 0,5% камней), слабокаменистые (0,5-5%), среднекаменистые (5-10%) и сильнокаменистые (более 10% камней). Жидкая фаза - это вода или растворы различных веществ в ней, а газообразная фаза представлена в почве воздухом или газами (аммиаком, метаном и др.). Газы в почве герметически закупорены твердыми частицами и водой. Воздух также может быть закупоренным, но может и свободно сообщаться с атмосферой, когда расположен в пустотах. Живая (органическая) часть почвы содержит более 40 элементов, образующих различные соединения. Воздух почвы по содержанию отличается от надпочвенного тем, что в нем меньше кислорода, который расходуется на гниение органических остатков и дыхание живых организмов; в то же время в нем больше углекислого газа. Чем больше в почве кислорода, тем лучше условия жизни и функционирования полезных микроорганизмов и тем эффективнее разлагаются органические остатки. Гранулометрический состав почвы определяют по результатам анализа мелкозема. При таком анализе почвенные частицы условно делят на физический песок (частицы размером более 0,01 мм), физическую глину (от 0,01 до 0,0001 мм) и коллоидные частицы (мельче 0,0001 мм). В зависимости от содержания физической глины почвы классифицируют на глину, или глинистые (более 50% физической глины), суглинок, или суглинистые (от 50 до 20% глины), супесь, или супесчаные (от 20 до 10% глины), и песок, или песчаные (менее 10% глины). Механические элементы почвы - это обособленные кусочки (осколки) породы, минералов и аморфных соединений; последние представляют собой химические соединения различных элементов. Механические элементы могут быть органическими, минеральными и органо-минеральными. Органическая часть «скелета» почвы - это гумус, представляющий собой продукт разложения органических веществ, являющихся наиболее мелкими частицами. В глинистых частицах содержатся цементирующие вещества, обеспечивающие связность почв. Песчаные почвы нелипки и непластичны. Почвы, содержащие много глинистых частиц, относят к тяжелым. Во влажном состоянии они налипают на рабочие органы машин, а в сухом - образуют глыбы. В таких почвах растительные остатки и органические удобрения разлагаются медленно. Эти почвы плохо поглощают влагу, но хорошо ее удерживают. Почвы, содержащие много песчаных частиц, относят к легким. Они легко крошатся, хорошо поглощают влагу, но плохо ее удерживают. В них быстро разлагаются растительные остатки и удобрения. Супесчаные и суглинистые почвы по своим свойствам занимают промежуточное положение между песчаными и глинистыми почвами. Супесчаные и суглинистые почвы обладают большим плодородием. Способность почвы образовывать из механических элементов агрегаты (отдельности) называется структурообразующей способностью. Структуру почвы составляет совокупность агрегатов различного размера, формы, плотности, прочности, водопрочности и пористости. Структурные агрегаты представляют собой почвенные комки из связанных между собой механических элементов (песка, ила, пыли и др.). Склеивающими веществами в почве при образовании структурных агрегатов являются частицы глины и гумуса. Таким образом, структурная почва состоит из отдельных агрегатов, а в бесструктурной почве твердые элементы залегают в виде сплошной массы. По размерам различают следующие структурные агрегаты: более 10 мм - глыбистая структура, 3...10 мм - комковатая структура, 0,25...3 мм - зернистая структура. Агрономически ценными считают агрегаты размером 0,25... 10 мм; их называют макроагрегатами. Агрегаты размером менее 0,25 мм относят к микроструктурным (это микроагрегаты) и называют пылеватыми. Наибольшей водопрочностью, т. е. устойчивостью против размывающего действия воды, обладают агрегаты размером 1...3 мм, в связи с чем их считают наиболее ценными. Хорошая водопрочность и у более крупных агрегатов размером 3...10 мм.

Агрегаты размером менее 1 мм эрозионно опасны. Наиболее опасны микроструктурные агрегаты и песчинки размером менее 0,5 мм. В почве постоянно происходят процессы разрушения и образования структурных агрегатов, изменения их свойств. Из-за действия на почву воды и нагрузок агрегаты разрушаются, вследствие чего почва уплотняется, но одновременно могут формироваться и новые агрегаты. Формированию агрегатов размером больше 0,25 мм способствуют корневые системы растений, расчленяющие почву, роющие и копающие животные, дождевые черви, рыхлящие почву, а также высыхание, увлажнение, замораживание и оттаивание почвы, смена температур, обработка почвы. Структурные агрегаты влияют на плодородие почвы. Частые обработки почвы и проходы колес машин по ней могут привести к разрушению структуры. На структурной почве получается больший урожай, чем на бесструктурной. Чтобы узнать процентное содержание в почве агрегатов различного размера, определяют агрегатный состав почвы, т. е. осуществляют агрегатный анализ. Каждый агрегат имеет три основных размера: длину а, ширину Ь и толщину с. Агрегатный состав определяют на решетном стане, просеивая почвенную пробу через систему решет с круглыми отверстиями, имеющими обычно диаметры (сверху вниз) 80, 40, 20, 10, 5 и 2,5 мм. Стан устанавливают на раму, которая приводится в колебательное движение. Пробу для анализа вынимают из почвы лопаточкой, заборным ящиком или почвенным стругом. После транспортировки пробу осторожно перекладывают на верхнее решето. Затем стан приводят в колебательное движение, которое продолжается до тех пор, пока почвенные агрегаты пройдут через отверстия и вся проба окажется разделенной на фракции. Полученные фракции взвешивают. По результатам взвешивания находят процентное содержание каждой фракции в пробе, которое называется еще распределением по крупности или крупностью. Влажность почвы определяется количеством воды, содержащимся в ней. Влажность является важным фактором плодородия почвы. Одна и та же почва в зависимости от влажности может быть и твердой, и мягкой. Прочность связей твердой фазы почвы зависит от ее влажности. Влага в почве представлена водой или растворами различных веществ в ней. В почве различают химически связанную, кристаллизационную, сорбционную (прочно связанную), парообразную и свободную влагу. Химически связанная вода является составной частью гидратированных веществ, составляющих твердую фазу почвы, - это Са(ОН)2, А1(ОН)з и др. Составной частью ряда минералов, например гипса (CSO4. 2Н2О) и мирабилита (Na2SO4 .10H2O), является кристаллизационная вода. Влага, которая удерживается на поверхности твердых частиц силами адсорбционного притяжения, называется сорбционной. Различают адсорбированную прочно связанную (гигроскопическую) и рыхло связанную (пленочную) влагу. Адсорбированная прочно связанная влага образует вокруг почвенных частиц тончайшую пленку и удерживается с большой прочностью, а слабо связанная вода представляет собой тончайшие водные слои, удерживаемые силами молекулярного притяжения почвенных частиц. Слабо связанная вода в отличие от адсорбированной может перемещаться от частичек с большей толщиной пленки к частичкам с меньшей толщиной пленки.

Парообразная вода - это мельчайшие капельки влаги, проникающие в почвенные поры вместе с атмосферным воздухом или образующиеся при испарении почвенной влаги. Свободная вода подразделяется на капиллярную и гравитационную. Капиллярная вода заполняет мельчайшие поры в почве и передвигается в ней под действием менисковых сил. Эта вода (капиллярная) доступна всем растениям и составляет основной запас почвенной влаги. Гравитационная вода содержится в крупных пустотах; эти пустоты (некапиллярные промежутки) заполняются гравитационной водой при избыточном увлажнении почвы. Гравитационная вода свободно перемещается из верхних слоев почвы в нижние, так как сумма сил молекулярного притяжения воды к стенкам пустот меньше силы ее тяжести. Гравитационная вода может быть полезной для растений. Однако избыток ее и длительное нахождение в порах могут привести к недостатку воздуха для корней растений. Под консистенцией почвы понимают соотношение между твердой и жидкой фазой. Механические свойства почвы зависят от этой консистенции. Различают в порядке убывания содержания влаги жидко- и вязкотекучую, липко- и вязкопластичную, полутвердую и твердую консистенции почвы [34]. Наиболее удобной для механической обработки является состояние перехода от полутвердой к твердой консистенции. Влажность почвы может быть относительная w0 и абсолютная Wа. Влажность (в %) определяют по формулам, где тВ, тс - массы соответственно влажной и сухой пробы почвы, г; wa - полевая влагоемкость почвы, %. Полевая влагоемкость - это количество воды в процентах, поступающее в почву до ее полного насыщения, т. е. влажность почвы в момент ее полного насыщения. Под абсолютно сухой почвой понимают почву, высушенную при температуре 105°С до постоянной массы. Влажность почвы существенно влияет на ее технологические свойства, расход энергии при обработке и качество обработки. Обработка переувлажненных суглинистых и глинистых почв сопровождается закипанием рабочих органов, сгруживанием почвы и разрушением структурных агрегатов. При обработке пересохших почв возможно образование крупных глыб и пылевидных элементов, а также повреждение структурных агрегатов. Почву необходимо обрабатывать в состоянии спелости. При этом почва легко и хорошо крошится. Такое состояние наблюдается у подзолистых почв при абсолютной влажности 12... 15%, у дерново-подзолистых суглинистых почв - при влажности 12...22% и у черноземов - при влажности 17...30%. Обработка почвы в состоянии спелости считается одним из приемов улучшения ее структуры.

Для определения влажности почвы методом сушки необходимо иметь электрический сушильный шкаф, аналитические весы, бюксы (стаканчики) и эксикатор с безводным хлористым кальцием на дне. Чтобы определить влажность почвы методом сушки, выполняют следующее: а) взвешивают пустой бюкс с крышкой - это масса m1; б) навеску почвы массой 15...20 г кладут в бюкс, закрывают его крышкой и взвешивают, получая массу т2; в) ставят бюкс с почвой и снятой крышкой в сушильный электрический шкаф и сушат почву при температуре 105°С до достижения постоянной массы (около 5 ч); г) вынимают бюкс из сушильного шкафа, закрывают крышкой и ставят в эксикатор на 30 мин для охлаждения; д) охлажденный бюкс с сухой почвой взвешивают, получая массу т3. Данные о взвешивании записывают в таблицу. Повторность определений влажности пятикратная; е) по каждой повторности вычисляют влажность с точностью до 0,1% по формуле ж) по данным всех повторностей вычисляет среднее значение влажности. Плотность почвы сп представляет собой отношение массы тс пробы абсолютно сухой почвы к ее объему V в естественном состоянии: Плотность почвы зависит от ее гранулометрического состава, скважности и содержания в ней гумуса. Плотность пахотного слоя составляет 0,9...1,6 г/см3, подпахотного - 1,6...1,8 г/см3. Плотность влияет на развитие корней растений, водный, воздушный и пищевой режимы почвы. При уплотнении почвы выше оптимального значения имеет место снижение урожая, если же почву уплотнить очень сильно, то урожая вообще не будет. Ввиду этого плотность сп должна быть оптимальной, с тем чтобы способствовать плодородию почвы. При механической обработке почвы ее плотность можно регулировать. Помимо понятия плотность почвы сп применяют еще понятия плотность твердого компонента ст и плотность почвы в естественном состоянии сс. Плотность ст равна отношению массы образца абсолютно сухой почвы к его объему в спрессованном состоянии. Плотность сс представляет собой отношение массы образца почвы в естественном состоянии к ее объему также в естественном состоянии. Для получения твердого компонента в чистом виде с целью определения плотности ст образец почвы необходимо высушить и спрессовать до полного исчезновения пор. Плотность твердого компонента ст зависит от плотности его частиц. В состав почвы входят полевые шпаты, кварц, глинные минералы, плотность которых 2,4...2,8 г/см3. Плотность некоторых минералов может достигать 5,2 г/см3, но таких минералов мало. Из всех твердых компонентов минимальную плотность имеет органическая часть почвы (гумус) - 1,2... 1,4 г/см3. С уменьшением размера входящих в почву минеральных частиц плотность твердого компонента возрастает. В соответствии с вышеизложенным где тт - масса твердого компонента образца почвы после сушки; VT - объем твердого компонента почвы, полученный после сушки и прессования этого образца.

Плотность ст находят циклометрическим методом. Массу тт определяют взвешиванием, а объем вычисляют по формуле где тд - масса дистиллированной воды, налитой до отметки пикнометра; тп - масса почвы и дистиллированной воды, долитой до отметки пикнометра после помещения в сосуд почвы; св - плотность воды. Плотность почвы сп определяется одним из следующих способов: буровым, фиксажным, песчаным, жидкостным и др. При буровом способе взятия почвенных проб без нарушения структуры используют прибор Качинского. Это наиболее распространенный способ. После удаления влаги взятого таким образом образца отношение массы к объему представит собой плотность сп. В пробе почвы, взятой в естественном состоянии, содержатся твердые частицы, влага и воздух. Плотность почвы в естественном состоянии сс зависит от состава пробы и степени заполнения пор влагой. Эту плотность можно определить указанными выше механическими способами или методами с использованием излучений и лучей Рентгена. Широко применяют метод режущих цилиндров с использованием бура Качинского, прибора Литвинова и других устройств. Для определения плотности сп прибором Литвинова (объем гильзы прибора равен 100 или 500 см3) надо иметь широкий стальной нож, металлическую пластину (размером 150x100x2 мм), маленькую шанцевую лопатку, технические электрические весы и оборудование для определения влажности. Опорный диск 7 прибора устанавливают на место, где предстоит отобрать пробу почвы. При этом поверхность диска должна плотно прилегать к поверхности почвы. Поднимая упор 1, снимают крышку 3, вынимают из направляющего цилиндра 5 поршень 4 с полым цилиндром, вставляют на его место гильзу 6 заостренной частью вниз, после чего устанавливают на место поршень, полый цилиндр и крышку. Затем, нажимая рукой на упор, гильзу вдавливают в почву. При этом придерживают прибор за основание, чтобы он не сдвинулся. Когда упор подойдет вплотную к съемной крышке, его осторожно поднимают на 0,02...0,03 м, после чего весь прибор снимают с места взятия пробы. Окапывают погруженную в почву гильзу и вынимают ее вместе с заключенной в ней пробой. Излишки почвы, выступающие с обоих торцов гильзы, аккуратно срезают острым ножом. Отобранную пробу почвы выталкивают из гильзы и взвешивают с точностью до 0,01 г, записывая результат в таблицу. Пробы отбирают 5...9 раз. Зная объем гильзы Vг рассчитывают плотность почвы в естественном состоянии по формуле, где тс - среднее значение массы почвы в гильзе. Определив параметры wа и сс можно вычислить плотность почвы. Почвы всех типов пронизаны порами, заполненными воздухом, влагой или органическими включениями. Скважность почвы (пористость, или порозность) - это отношение объема пустот (пор) в почве к общему ее объему, выраженное в процентах: где р - общая скважность почвы; Vn - суммарный объем пор, см3; V - объем почвы, см3. Если через Vт обозначить объем твердого компонента почвы, то Vп = V - Vт. Тогда формулу можно записать в следующем виде: Скважность зависит от структуры почвы и имеет следующие значения: для песчаных почв - 40...50%, для торфяных почв - 80...90%, для суглинистых и глинистых почв - 50...60%. На значение скважности влияют размеры твердых частиц, плотность их сложения, наличие органических включений, содержание влаги. При высыхании торфяные и глинистые почвы уменьшаются в объеме на 20...30% за счет сближения их твердых частиц.

Список литературы

1. Безднина С.Я. Экология мелиорации и водного хозяйства // МиВХ. - 2001. - № 2.

2. Земледелие / С.А. Воробьев, А.Н. Карташев, А.М. Лыков, И.П. Макаров / Под ред. С.А. Воробьева. - М.: Агропромиздат, 1991.

3. Калиненко И.Г. Селекция озимой пшеницы. - М., 1995.

4. Орлов Д.С. Цвет и диагностика почв // Соросовский Образовательный Журнал. - 1997. - №4.

5. Плескачев Ю.И. Эффективность ресурсосберегающих обработок черного пара. / Ж. "Зерновые культуры". - 3. - 1998.

6. Пруцаков Ф.М. Озимая пшеница. - М.: Колос, 1986.

7. Долгачева В. Растениеводство: Учебное пособие - М., Академия, 1999.