Размещено на http://www.allbest.ru/

Почвоведение как наука

1. Почва как компонент биосферы и особый природный ресурс. Экологические функции почвы

Почвоведение - наука о почве, ее строении, составе и свойствах, процессах образования, развития и функционирования, закономерностях географического распространения, взаимосвязях с внешней средой, путях и методах рационального использования.

Биосфера - наружная область твердой оболочки шара, в которой развилась жизнь в форме организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы и гидросферу. Биосфера по составу и свойствам является продуктом взаимодействия живой и неживой материи Земли.

Почва представляет собой биокосное тело природы и является составной частью биосферы. В составе почвы можно выделить 4 различных, но активно взаимодействующих между собой части:

1 - живое вещество, или биофаза почвы, - совокупность живых организмов. Это низшие и высшие растения, животные и микроорганизмы;

2 - биогенное вещество, или продукты жизнедеятельности живых организмов, - органические остатки разной степени разложения, гумусовые вещества и некоторые каустобиолиты;

3 - костное вещество, или минеральная (неорганическая) часть почвы. Это горные породы и минералы, которые образовались без воздействия живых организмов;

4 - биокостное вещество, или органо-минеральные соединения, которые образовались и образуются процессами одновременного воздействия костной материи и живых организмов. Это, например, простые и комплексные соли гумусовых кислот, продукты взаимодействия минералов с органическими веществами.

Почва - самостоятельное естественноисторическое биокосное природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, представляющее собой открытую четырехфазную динамичную систему с характерными признаками и свойствами и обладающее способностью обеспечивать рост и развитие растений.

Почва является составной и главной функциональной частью биосферы - области распространения жизни на земле. Она сформировалась на границе соприкосновения и взаимодействия планетарных оболочек литосферы, атмосферы и гидросферы и образует особую геосферу - педосферу, или почвенный покров Земли. Наиболее деятельной частью педосферы является гумосфера - верхняя часть почвы, насыщенная органическим веществом.

Функции:

1. среда обитания для организмов суши: биомасса живого вещества намного больше биомассы океана; почвенная среда обитания

2. Регулирование всех потоков веществав биосфере (биогеохимические циклы: С, N, O, P, H2O)

3. Регулирование состава атмосферы и гидросферы. Газообмен с атм. Избирательно отдает в поверхностный и подземный сток растворимые в воде хим. вещества, тем самым регулируя состав прибрежных вод океана.

4. Накопление в поверхностной части коры в почв. гор-тах орг. Вещества - гумуса.

5. Защитная роль по отношению к литосфера от воздействия экзогенных ф-ров

6. генерирование и сохранение биоразнообразия. Почва, являясь средой обитания для огромного числа организмов, ограничивает жизнедеятельность одних и стимулирует активность других.

2. Почвообразовательные процессы

Почвообразовательные процессы - это процессы, приводящие к образованию почв из горных пород и органических остатков, а также процессы, обусловливающие функционирование и эволюцию почв под воздействием комплекса факторов почвообразования в природных и природно-антропогенных экосистемах Земли.

Почвообразовательные процессы тесно связаны с миграцией элементов в коре выветривания. Кора выветривания - это продукт разрушения, трансформации горных пород, их переотложения и потоковой сортировки. Геохимическая обстановка оказывает решающее влияние и на химический состав почв, что отражается и в общей направленности почвообразовательных процессов.

В процессе почвообразования почва проходит ряд последовательных стадий:

I - Стадия начального почвообразования. Обычно весьма длительна. Начальное почвообразование сменяется стадией развития почвы.

II - Стадия развития почвы протекает с нарастающей интенсивностью, охватывая все большую толщу почвообразующей породы. К концу этой стадии формируется зрелая почва с характерным для нее профилем и комплексом свойств. Процесс развития почв постепенно замедляется и приходит к некоторому равновесному состоянию, когда комплекс факторов почвообразования и свойства почв соответствуют друг другу и находятся в динамическом равновесии.

III - Стадия динамического равновесия называется климаксной и может длиться неопределенно долго. На каком-то этапе климаксная стадия сменяется эволюцией почвы.

IY - Стадия эволюции почвы наступает либо в результате саморазвития экосистемы, в которую она входит в качестве одного из компонентов, либо в результате изменения одного или нескольких факторов почвообразования - климата, растительности, характера грунтового увлажнения, под влиянием распашки территории, орошения или осушения и т.д. Стадия эволюции почвы может быть сопоставлена со стадиями развития и ведет к какому-то новому климаксному состоянию. При этом образуется новая почва с новым профилем и новым комплексом свойств. Примеры эволюции одних типов почв в другие многочисленны и хорошо изучены: формирование луговых почв из болотных при обсыхании территории; каштановых или черноземных почв при остепнении луговых почв и т.д. В данном случае почва образуется не непосредственно из почвообразующей породы, а из предшествовавшего какого-то вида почвы. Эволюция почв может идти в разных направлениях: по пути нарастания мощности почвы или по пути ее уменьшения, по пути засоления или рассоления, по пути деградации почвенного плодородия или его нарастания.

Процессы почвообразования можно рассматривать как совокупность циркуляционных явлений превращений и перемещения вещества и энергии при взаимодействии большого геологического и малого биологического круговоротов (БГК и МБК) в пределах педосферы Земли. Результатом биологического круговорота веществ является биологическая аккумуляция в почвах С, N и ряда других биогенных элементов. Результатом геологического круговорота может быть как обеднение почвы теми или иными элементами (элювиальный процесс), так и обогащение (засоление, корообразование). Биологический круговорот веществ вырывает часть элементов на какой-то период из их геологического круговорота, вовлекая их в биологические циклы, а почва служит при этом промежуточным резервуаром благодаря своим особым свойствам, предохраняя биофилы от выноса.

Почвообразование в определенном смысле можно рассматривать как соотношение процессов выноса и аккумуляции. Абсолютная аккумуляция веществ при почвообразовании - это поступление веществ в почвообразующую породу из атмосферы или гидросферы и накопление их в почве. К таким веществам относятся С и N гумуса, минеральные вещества (соли, гипс, карбонаты, Fe, Mn) из растворов. Относительная аккумуляция веществ - это остаточное накопление мало растворимых и подвижных веществ в результате выноса относительно хорошо растворимых и более подвижных веществ вследствие элювиального процесса. По степени подвижности выносимые вещества можно расположить в следующий ряд: соли щелочных и щелочноземельных металлов, соединения Fe, Al, Mn, P, S, Si, тонкодисперсные минералы. По мере выноса относительно более подвижных элементов относительно накапливаются менее подвижные в данных условия вещества.

Взаимодействие МБК и БГК проявляется через общие почвообразовательные процессы, которые носят циклический характер. К ним относятся:

1. разрушение и неосинтез первичных и вторичных минералов;

2. биологическая аккумуляция элементов и использование их организмами;

3. гидрогенная аккумуляция и геохимический вынос;

4. разложение органических соединений и синтез новых органических веществ;

5. поглощение ионов твердой фазой и переход их в раствор;

6. растворение веществ и их осаждение;

7. пептизация и коагуляция коллоидов;

8. нисходящее и восходящее движение растворов;

9. увлажнение - высыхание;

10. набухание - усадка;

11. нагревание - охлаждение;

12. окисление - восстановление;

13. азотфиксация - денитрификация.

Специфические проявления общих процессов А.А. Роде назвал частными почвообразовательными процессами, а И.П. Герасимов дал им название элементарных почвенных процессов (ЭПП), подчеркнув, что это процессы присущи только почвам. Согласно концепции Роде и Герасимова к ЭПП относятся те природные и антропогенные почвенные процессы, которые: 1)специфичны только для почв и не характерны для других природных явлений; 2) в своей совокупности составляют явление почвообразования; 3) определяют образование в профиле специфических почвенных горизонтов; 4) определяют строение профиля, соотношение системы генетических горизонтов; 5) имеют место в нескольких типах почв в различных сочетаниях. почва экологический геохимический

ЭПП, определенным образом сочетаясь друг с другом, определяют строение профиля и свойства почв на уровне генетических типов. Каждый генетический тип почвы характеризуется определенным, только ему одному свойственным сочетанием или комплексом ЭПП. Комплекс ЭПП - это их комплект с определенным соотношением интенсивностей их проявления.

В настоящее время выделяются следующие элементарные почвенные процессы.

1. Биогенно-аккумулятивные ЭПП. Группа ЭПП, протекающих в почве под непосредственным влиянием живых организмов, их остатков и их продуктов жизнедеятельности. К ним относятся: подстилкообразование, торфообразование, гумусообразование, гумусонакопление.

2. Гидрогенно-аккумулятивные ЭПП. Группа процессов, связанных с современным или прошлым влиянием грунтовых вод на почвообразование. К ним относятся: засоление, загипсовывание, окарбоначивание (обызвесткование), оруднение, окремнение, латеритизация, плинтификация, олуговение, тирсификация, кольматаж.

3. Метаморфические ЭПП Группа процессов трансформации породообразующих минералов in situ без элювиально-иллювиального перераспределения компонентов в почвенном профиле. К ним относятся: сиаллитизация (оглинивание), монтмориллонитизация, гумуссиаллитизация, ферраллитизация, ферсиаллитизация, рубефикация (ферритизация), ожелезнение, оглеение, оливизация, слитизация, оструктуривание, отвердевание, мраморизация.

4. Элювиальные ЭПП. Группа процессов, связанных с разрушением или преобразованием почвенного материала в специфическом элювиальном горизонте с выносом из него продуктов разрушения или трансформации нисходящими либо латеральными (боковыми) токами воды, в результате чего элювиальный горизонт становится обедненными теми или иными соединениями и относительно обогащенными оставшимися на месте соединениями или минералами. К ним относятся: выщелачивание, оподзоливание, лессовирование (лессиваж, обезиливание, иллимеризация), псевдооподзоливание, псевдооглеение, осолодение, сегрегация, отбеливание, ферролиз (элювиально-глеевый процесс), элювиально-гумусовый процесс, Al-Fe-гумусовый процесс, коркообразование.

5. Иллювиально-аккумулятивные ЭПП. Группа процессов аккумуляции веществ в средней или нижней части профиля элювиально-дифференцированных почв, включающих отложения, трансформацию и закрепление вынесенных из элювиального горизонта соединений. Вообще говоря, каждому элювиальному процессу может соответствовать свой иллювиальный процесс если элювиирование не идет за пределы почвенного профиля. К ним относятся: глинисто-иллювиальный процесс, гумусо-иллювиальный процесс, железисто-иллювиальный процесс, алюмогумусо-иллювиальный процесс, железистогумусо-иллювиальный процесс, Al-Fe-гумусоилювиальный процесс, подзолисто-иллювиальный процесс, карбонатно-иллювиальный процесс, солонцово-иллювиальный процесс.

6. Педотурбационные ЭПП (педотурбации). Смешанная группа процессов механического перемешивания почвенной массы под влиянием разнообразных факторов и сил, как природных, так и антропогенных. К ним относятся: самомульчирование, растрескивание, криотурбация, вспучивание, пучение, биотурбация, ветровальная педотурбация, гильгаиобразование (вертисолизация), агротурбация.

7. Деструктивные ЭПП. Эта группа процессов, ведущих к разрушению почвы как природного тела и в конечном итоге к уничтожению ее. К ним относятся: эрозия, дефляция, стаскивание, погребение.

3. Морфологические признаки почв и их применение в диагностике

Морфологические или внешние признаки почв формируются в процессе почвообразования, следовательно, они отражают важные процессы и явления, происходящие в почве.

Основными морфологическими признаками почвенного профиля являются: строение, мощность слоя почвы и ее отдельных горизонтов, окраска, структура, сложение, новообразования, включения.

Строение почвенного профиля

Профиль любой почвы подразделяется на генетические горизонты, которые обозначаются большими буквами латинского алфавита сверху вниз по профилю почвенного разреза. При достаточном различии каждый горизонт может быть подразделен на подгоризонты, для чего используют дополнительные буквенные и цифровые индексы.

Обычно выделяют следующие горизонты.

Горизонт аккумуляции органических веществ (А) формируется в верхней части профиля за счет отмирающей биомассы. В зависимости отчего характера выделяют: А 0 - лесную подстилку на поверхности лесных целинных почв (листья, хвоя, ветки и т. д.); Ад - дернину, также формирующуюся в самой верхней части профиля, состоящую из стеблей и листьев, сильно переплетенных корнями; А - гумусово-аккумулятивный горизонт, образующийся в верхней части минеральной толщи почвы, где накапливается гумус и вымываются только некоторые минеральные соли и органические соединения. Если наряду с накоплением перегноя происходит разрушение и вымывание минеральных веществ, данный горизонт называется гумусово-элювиальным и обозначается А 1 Элювиальный горизонт обозначается индексом А 2. Пахотный слой, образованный за счет верхних горизонтов почвы, обозначается АПах ИЛИ А 0.

Иллювиальный горизонт обозначается буквой В. Он является переходным между гумусовым горизонтом и материнской породой. В зависимости от характера, структуры и сложения почвы иллювиальный горизонт подразделяется на подгоризонты Bi и В 2.

Глеевой горизонт обозначается буквой G. Если глееватость обнаруживается в горизонтах А, В или других, то к обозначению генетического горизонта добавляют букву "g" (Ag и т. д.).

Горизонт материнской породы обозначают буквой С. Иногда почва развивается на двухслойной материнской породе, тогда второй слой обозначается буквой D.

При значительной мощности и неоднородности генетические горизонты подразделяются на подгоризонты. В гумусово - аккумулятивном горизонте их обозначают штрихами выше строки (А, к", к"), в иллювиальном - цифрами ниже строчки (В В 2, В 3).

Переход одного горизонта в другой может быть резким, плавным и постепенным или иметь вид языков и затеков. В случае плавного перехода, когда границу определить трудно, выделяют переходные горизонты, например, AiA2) А 2В, АВ, ВС.

Для обозначения солевых скоплений вводятся дополнительные буквенные индексы: к - карбонаты, г - гипс, с - растворимые в воде соли. Наличие солей в генетическом горизонте обозначают соответствующим индексом, например, Вк, Ск, Сг, Сс -

Мощность почвы

Это толщина почвы от ее поверхности вглубь до слабо затронутой почвообразовательными процессами материнской породы. Мощность различных почв неодинакова и колеблется от 40 до 150 см и более.

Окраска (цвет) почвы

Цвет почвы является важным внешним признаком, отличающим одни типы почв от других, а также горизонты и подгоризонты друг от друга. Достаточно сказать, что многие почвы получили название по их цвету: черноземы, красноземы, желтоземы, сероземы и др. Окраска почв зависит от ее химического состава, условий почвообразования, влажности. Верхние горизонты окрашены гумусом в темные цвета. Чем больше гумуса содержит почва, тем темнее окрашен горизонт. Наличие железа и марганца придает почве бурые, охристые, красные тона. Белесые, белые тона предполагают наличие процессов оподзоливания (вымывания продуктов разложения минеральной части почвы), осолодения, засоления, окарбоначивания, т. е. присутствие в почве кремнезема, коалина, углекислого кальция и магния, гипса и других солей.

Обычно окраска почв довольно сложная и состоит из нескольких цветов (например, серо - бурая, белесовато - сизая, красновато - коричневая и т. д.), название преобладающего цвета ставится на последнем месте, после обозначения оттенков.

Таким образом, для определения окраски почвенного горизонта необходимо: а) установить преобладающий цвет; б) установить насыщенность этого цвета (темно -, светлоокрашенный); в) отметить оттенки основного цвета (например, буровато - светло - серый, коричневато - бурый, светлый, серовато - палевый и т. д.). Почва во влажном состоянии и в крупных комках всегда имеет более темную или интенсивную окраску, чем в сухом и растертом состоянии.

Структура почвы

Это важный и характерный признак, имеющий большое значение при определении генетической и агропроизводственной характеристики почвы. Под структурностью почвы подразумевают ее способность естественно распадаться на структурные отдельности и агрегаты, состоящие из склеенных перегноем и иловатыми частицами механических элементов почвы. Форма структурных отдельностей зависит от свойств почвы.

Морфологические типы структур почвенной массы разработаны С.А. Захаровым.

Каждому типу почв и каждому генетическому горизонту свойственны определенные типы почвенных структур. Для гумусовых горизонтов характерна зернистая, комковато - зернистая, порошисто - комковатая структура; для элювиальных горизонтов - плитчатая, листовая, чешуйчатая, пластинчатая; для иллювиальных - столбчатая, призматическая, ореховатая, глыбистая и т. д.

В зависимости от наличия и степени выраженности структуры различают структурные и бесструктурные почвы. Бесструктурные - это большей частью песчаные и супесчаные почвы, нередко пахотные слои суглинистых и глинистых почв, распыляющиеся при обработке. Между структурными и бесструктурными почвами выделяют переходные почвы со слабо выраженной структурой.

В почвенных горизонтах структура чаще всего бывает неоднородной, или смешанной, так как структурные отдельности имеют разные формы и размеры (комковато - зернистая, комковато - порошистая и т. д.).

Сложение

Это внешнее проявление плотности и пористости почвы. По степени плотности (силе связывания почвенных частиц) различают следующие виды сложения: слитное (очень плотное) - почва не поддается копке лопатой; плотное - лопата входит в почву с большим трудом; рыхлое - лопата входит в почву легко; рассыпчатое - лопата входит в почву без усилий.

По пористости (размеру и характеру пор) различают следующие типы сложения почвы: тонкопористые - диаметр пор менее 1 мм, пористые - диаметр 5 - 10 мм, ячеистые - диаметр пор более 10 мм, трубчатые - полости соединяются в канальцы.

Сложение зависит от механического и химического состава, структуры и влажности почвы. Оно влияет на воздухо - и водопроницаемость почвы, а также на глубину проникновения корневой системы растений.

От сложения зависит степень сопротивления почвы обрабатывающим орудиям.

Новообразования

Это более или менее хорошо выраженные и четко ограниченные выделения и скопления различных веществ, которые возникли в процессе почвообразования. По составу, цвету и форме они резко отличаются от окружающей их почвенной массы. Различают новообразования химического и биологического происхождения.

Химические новообразования в почве - результат химических процессов, вследствие которых возникают новые соединения. Последние могут или осаждаться на месте образования, или, перемещаясь с почвенным раствором, выпадать на некотором расстоянии от места своего возникновения. Химические новообразования по форме делят на выцветы и налеты, корочки, примазки и потеки, прожилки и трубочки, конкреции.

Химические новообразования представлены легкорастворимыми солями: гипсом, углекислой известью, окислами железа, алюминия и марганца, закисными соединениями железа, кремнекислотой, гумусовыми и другими веществами.

Новообразования биологического происхождения (животного и растительного) встречаются в следующих формах: червоточины - ходы дождевых червей; копролиты - экскременты дождевых червей; кротовины - пустые или заполненные землей ходы крупных землероев (сусликов, сурков, кротов и Др.); корневины - сгнившие крупные корни растений; дендриты - узоры мелких корешков на поверхности структурных отдельностей.

Новообразования являются важным признаком, по которому судят о происхождении почв, их составе и свойствах. Так, выделения углекислой извести в виде плесени указывают на процессы перемещения ее в почвенном профиле. Сизоватые или ржаво - охристые пятна свидетельствуют, что почвы сформировались в условиях некоторого заболачивания.

Включения

Предметы, механически включенные в массу почвы и не связанные с ней генетически, называются включениями. В их число входят обломки горных пород, не связанных с материнской породой, раковины моллюсков, кости современных и вымерших животных, остатки золы, углей, древесины, остатки материальной культуры человека (обломки кирпича, посуды и археологические находки).

Такой признак, как включения, помогает судить о происхождении почвообразующей породы и возрасте почв.

4. Плодородие почв. оценка современного состояния почв на территории РФ, Красноярского края

Под плодородием почвы понимают способность почвы обеспечивать растения всеми необходимыми условиями роста и развития (а не только водой и элементами питания).

Различают факторы и условия плодородия почвы. К факторам плодородия относятся элементы азотного и зольного питания растений, вода воздух и теплота, а к условиям плодородия - совокупность свойств и режимов, комплексное взаимодействие которых определяет возможность обеспечения растений земными факторами жизни и роста. К важнейшим условиям, от которых зависит плодородие почвы, относятся: температурный, водно-воздушный, питательный, физико-химический, биохимический, окислительно-восстановительный и солевой режимы.

Плодородие почвы является таким свойством, которое способно к воспроизводству и в естественных условиях, и при с / х использования почвы.

О.М. Гринченко считал необходимым выделить и использовать в хозяйственной деятельности три категории почвенного плодородия: естественное, эффективную и экономичную.

По генезису факторов плодородия различают три ее типа: 1) натуральная (естественная) 2) искусственная (антропогенная), 3) естественно антропогенная (смешанная).

Почва как естественно-историческое тел обладает определенной плодородием, которая называется "естественным плодородием". Она является результатом развития почвообразующих процессов, которые привели к образованию данного почвы как природного тела, к которому не прикасалась рука человека. Свойственная только целинным землям. Вместе растительность и микроорганизмы также действуют на смену и направление почвенных процессов, а, следовательно, и на плодородие почву.

Эффективное плодородие почвы. Человек хозяйственной деятельностью влияет на развитие и изменение плодородия почвы, его плодородие проявляется в величине урожая культурных растений.

Экономическое плодородие. Экономическое плодородие - способность земледелия, обусловлена социально-экономическими факторами, использовать и повышать естественное плодородие почвы.

В современной литературе часто используют различные синонимы для обозначения категории плодородия почвы. В связи с этим рекомендуется выделять следующие категории плодородия почв:

Естественная - плодородие, которое имеет почву в естественном состоянии без вмешательства человека;

Искусственная - плодородие, которую приобретает грунт в результате воздействия целенаправленной деятельности человека (различные виды обработки, внесения удобрений, мелиорация и др.);

Потенциальная - суммарная плодородие, которое определяется теми его свойствами, которые приобретены в процессе почвообразования и в результате влияния деятельности и человека;

Эффективная - часть потенциального плодородия, которая реализуется в виде урожая растений при определенных климатических и агротехнических условий;

Относительная - плодородие почвы относительно определенной группы или отдельных видов растений;

Экономическая - экономическая оценка почвы в связи с его потенциальной плодородием и экономической характеристикой земельного участка;

Воспроизводства плодородия - совокупность природных почвенных процессов или системы целенаправленных мелиоративных и агротехнических мероприятий для поддержания эффективной, почвенного плодородия на уровне, щ приближается к потенциальной плодородия.

Для повышения эффективного и естественного плодородия нужно внедрять научно обоснованные системы земледелия, что может обеспечить окультуривание почв.

Окультуривание почв - систематическое использование мер по повышению их плодородия с учетом генетических свойств, требований сельскохозяйственных культур, то есть формирование почв с более высоким уровнем эффективной и экономического плодородия.

5. Минералогический, химический и гранулометрический состав почв

Минералогический состав почв и пород

В процессе почвообразования материнские горные породы претерпевают существенные изменения, выражающиеся в выветривании составляющих их минералов и в образовании новых. В настоящее время известно около 2000 минералов. Минералы - природные химические соединения, образующиеся в результате различных физико-химических процессов и жизнедеятельности организмов, более или менее однородные по физическим и химическим свойствам.

По агрегатному состоянию выделяют три группы минералов:

1 - твердые минералы (кварц, группа глинистых минералов);

2 - жидкие минералы (вода, нефть, некоторые другие);

3 - газообразные минералы (газы: азот, кислород, СО 2, метан, многие др.).

По происхождению минералы почв и горных пород разделяют на две группы - первичные и вторичные.

Первичные минералы входили в состав магматических пород и перешли в другие почвообразующие породы и почвы без каких-либо химических изменений своего состава, например, в виде целых зерен разного диаметра или обломков и кусочков.

Вторичные минералы образовались из первичных в процессе выветривания (физического, химического и биологического). При этом происходит их сильное измельчение, даже распыление до коллоидно-дисперсного состояния, а также, что особо важно, изменение химического состава под действием температуры, воды, СО 2 и других реагентов.

Первичные минералы по химическому составу объединяют следующие группы:

1. Оксиды - минералы, образованные в результате соединения кислорода с другими химическими элементами (кварц - SiO2; гематит - F2O3; корунд - Аl2О 3).

2. Силикаты - минералы, образованные мета- и ортокремниевыми кислотами (Н 2SiO3 и Н 3SiO4), это - роговые обманки, авгиты.

3. Алюмосиликаты - это соли алюмокремниевых кислот, например, полевые шпаты, анортит, нефелин, ортоклаз.

4. Сульфиды-- минералы, образованные серой (пирит - FeS2).

5. Фосфориты-- минералы, образованные фосфором (например, фторапатит Са 5(F)(РО 4)3, хлорапатит Са 5(С 1)(РО 4)3.

Вторичные минералы по химическому составу можно разделить на три группы:

1 - минералы простых солей;

2 - минералы оксидов и гидроксидов;

3 - глинистые минералы.

Минералы простых солейобразуются при выветривании первичных минералов, а также в результате почвообразовательного процесса. К таким солям относятся, например, кальцит СаСО 3, гипс СаSО 4•2Н 2О, галит NаС 1, фосфаты, нитраты.

Минералы оксидов и гидроксидов. Это в первую очередь кремнекислота SiO2•Н 2О, освобождающаяся при выветривании, т.е. кремнекислота вторичного происхождения. Кроме этого, гидроокиси железа, алюминия и марганца, например, лимонит Fе 2О 3•Н 2О, гетит FеО 3•Н 2О, гематит Fе 2О 3, гибсит А 12О 3•3Н 2О.

Глинистые минералы также образуются при выветривании из первичных минералов. По химическому составу это алюмоферросиликаты. Широко представлены в почвах и почвообразующих породах, называются глинистыми, так как являются важнейшей составной частью различных глин. Наиболее распространены в почвах глинистые минералы трех групп:

1 - монтмориллонита; Почвы, богатые минералами этой группы, отличаются большой поглотительной способностью, сильным набуханием и липкостью. Вместе с гуминовыми кислотами минералы этой группы образуют водопрочные агрегаты.

2 - каолина; Минералы, содержащие каолинит, имеют благоприятные водно-физические свойства, хорошую водопроницаемость и липкость.

3 - гидрослюд.

Таким образом, первичные и вторичные минералы являются одним из источников, из которого почвенный раствор пополняется биогенными элементами, необходимыми для питания растений.

Химический состав неорганической (минеральной) части почвы

В составе почв обнаружены почти все известные химические элементы, приведенные в периодической таблице Д.И. Менделеева, в разных количествах. В зависимости от содержания все элементы подразделяют на три группы:

1 - макроэлементы - содержание > 102 от массы почвы;

2 - микроэлементы - содержание 102-105;

3 - ультрамикроэлементы - содержание < 105

Основную массу горных пород и почвы образуют О, Si и А 1, которые в сумме составляют 84,6%. Если к ним прибавить Fе, Са, Nа, К, Мо, то восемь элементов составят около 99% массы почв и почвообразующих пород.

Состав почв, с одной стороны, обусловлен в основном составом почвообразующих пород (химические и минералогические особенности как бы наследуются почвой). Почвообразующая порода, являющаяся исходным материалом почв, в процессе почвообразования подвергается изменениям. При этом для всех почв характерны накопление (по сравнению с породами) органического вещества в верхних горизонтах и аккумуляция в них важнейших химических элементов питания для роста и развития растений (Р, N, Са и некоторых других микро- и макроэлементов).

Химический состав почв находится в состоянии постоянного изменения, что обусловлено непрерывностью процессов выветривания и почвообразования.

Гранулометрический состав почв и грунтов

Характеристика почвенной (грунтовой) твердой фазы по величинам диаметров слагающих ее зерен (частичек) носит название гранулометрического состава.

Из всего разнообразия по размеру частичек выделяют три группы гранул: механические элементы (первичные зерна), агрегаты (вторичные зерна), структурные отдельности (зерна как бы третьего порядка).

Таким образом, гранулометрический состав включает в себя механический состав, агрегатный анализ и структуру почв.

Механический состав почв - это относительное содержание механических элементов, выраженное в процентах. Механические элементы (табл. 6), элементарные почвенные частички (первичные зерна), которые образовались в процессе выветривания, отличаются между собой размером, минералогическим и химическим составом.

Классификация механических элементов (Н.А. Качинский)

Размер механических элементов	Название фракции механических элементов
> 3	Каменистая часть почв
3-1	Песок крупный
1-0,25	Песок средний
0,25-0,05	Песок мелкий
0,05-0,01	Пыль крупная
0,01-0,005	Пыль средняя
0,005-0,001	Пыль мелкая
1·103-1·10-4	Ил
1·10-4	Коллоиды

Цель механического анализа - установление механического состава почв. Для классификации почвообразующих пород и почв по механическому составу фракции механических элементов объединяют в более крупные группы. Сумма фракций, размеры частиц которых меньше 0,01 мм, называется физической глиной; все частички, размеры которых находятся в пределах от 0,01 до 1 мм, относятся к физическому песку, а фракции больше 1 мм называются скелетом почв. Одна из первых классификаций почв по механическому составу была сделана Н.М. Сибирцевым. Она основана на соотношении между фракциями физической глины и физического песка. В настоящее время наиболее часто в почвенных исследованиях используется классификация Н.А. Качинского. В этой классификации, кроме соотношений физической глины и физического песка, введено понятие "преобладающие фракции".

Таких фракций выделено пять: гравилистая (3-1 мм), песчаная (1-0,05 мм), крупнопылеватая (0,05-0,01 мм), пылеватая (0,01-0,01 мм) и илистая (0,001 мм). При определении почвы к основному ее названию по механическому составу добавляют две преобладающие фракции, причем на последнем месте указывается преобладающая фракция.

При характеристике механического состава почв и грунтов, кроме состава мелкозема, учитывается содержание скелетной, или каменистой части, т.е. фракции с диаметром более 3 мм

Механический состав можно определить лабораторными и полевыми методами. Среди полевых методов используют сухой и влажный способы. При сухом способе механический состав определяют по внешним (морфологическим) свойствам, таким, как твердость, выраженность ребер, граней, прочность агрегатов, содержание песка и пыли на ощупь и при растирании. При влажном способе для определения механического состава используют пластичность. Пластичность определяется механическим составом, т.е. содержанием тяжелых механических элементов. Наибольшей пластичностью обладают глины. Суть определения заключается в приготовлении почвы, ее увлажнении до состояния густого теста и лепки последовательно шара, шнура, кольца и восьмерки. Затем по пластичности, определенной простым способом, делают вывод относительно механического состава.

Для полного механического анализа вначале на ситах с диаметром отверстий 0,25; 1,6; 2,0; 5,0; 7,0; 10,0 мм выделяют крупные фракции почвы, крупный песок и скелетную часть. Механические реакции <0,25 м разделяют путем приготовления суспензии и взмучивания ее. При спокойном отстаивании взмученные частички будут оседать на дно сосуда. Скорость падения различных по размеру частиц определяют по формуле Стокса:

,

где V-- скорость падения почвенных частиц, см/с;

r - радиус почвенных частиц, см;

- плотность почвенной частицы;

- плотность жидкости, в которой происходит седиментация (чаще всего это вода);

- вязкость жидкости.

После установления скорости осаждения механических элементов разного диаметра отбирают пробы почвенной суспензии специальной пипеткой, выпаривают воду, определяют массу пробы на аналитических весах и рассчитывают содержание фракции механических элементов (в % от массы почвы).

Агрегатный состав почвы характеризует ее по размерам диаметров вторичных зерен (агрегатов), возникающих из механических частиц в процессе коагуляции, мицелл или цементации. В естественных условиях в почве механические элементы соединены в сложную систему микро- и макроагрегатов различными органическими минеральными и органо-минеральными соединениями. Между механической частицей любого диаметра и агрегатом того же внешнего диаметра существуют различия. Как правило, агрегаты состоят из отдельных механических элементов, соединенных между собой. Механические элементы представляют собой монолитные частички, суммарная внешняя поверхность которых определяется их формой. Агрегат отличается не только внешней, но и внутренней поверхностью микроспор. Агрегаты представляют собой более или менее рыхлую массу с внутренней микропористостью. Эта масса заполнена водой или воздухом. По размерам выделяют микроагрегаты, диаметр которых меньше 0,25 мм, и макроагрегаты с диаметром больше 0,25 мм. Совокупность отдельных механических элементов агрегатов более крупных частичек дает нам представление о структуре почвы.

6. Роль гранулометрического состава в оценке плодородия почв

Гранулометрический состав влияет на водный, воздушный, тепловой и питательный режимы почв. Специалисты сельского хозяйства учитывают гранулометрический состав почв при размещении культур на полях севооборота, применении удобрений и других агротехнических приемов.

По отношению к обработке почвы подразделяют на легкие и тяжелые.

К легким относят песчаные и супесчаные почвы. Их легко обрабатывать, на вспашку требуется меньше затрат горючего. Весной эти почвы быстрее прогреваются и достигают физической спелости, то есть оптимального срока начала полевых работ. Отрицательными свойствами этих почв являются низкая влагоемкость и низкое содержание элементов питания. Поэтому легкие почвы считают бедными и сухими. Однако в северных областях, где короткое лето и недостаток тепла, эти почвы ценятся за способность быстрее прогреваться. Здесь можно раньше проводить посев сельскохозяйственных культур и, таким образом, увеличивать продолжительность вегетационного периода.

Песчаные и супесчаные почвы имеют крупные воздушные поры, поэтому в них быстро минерализуются органические удобрения. Самой эффективной мерой по повышению плодородия легких почв является возделывание на них люпина или сераделлы для запахивания, в качестве зеленого удобрения. При этом в почвах повышается содержание гумуса, азота, улучшается структура, увеличивается влагоемкость и поглотительная способность почв. Для улучшения свойств песчаных почв применяют также глинование.

В южных районах легкие почвы (песчаные и супесчаные) подвергаются ветровой эрозии.

Глинистые и тяжелосуглинистые почвы относят к тяжелым. Они характеризуются рядом отрицательных водно-физических свойств. Во влажном состоянии эти почвы вязкие, липкие, при высыхании они становятся твердыми, их тяжело обрабатывать. Однако эти почвы наиболее богаты элементами питания и имеют высокую поглотительную способность. Для повышения плодородия почв тяжелого гранулометрического состава необходимо, прежде всего, улучшить их водно-физические свойства. Это достигается путем систематического внесения органических удобрений, которые создают структуру и рыхлость этих почв.

Среднесуглинистые и легкосуглинистые почвы обладают наиболее благоприятными свойствами для возделывания сельскохозяйственных культур.

Вместе с тем следует учитывать, что в различных климатических условиях почвы одного и того же гранулометрического состава могут быть как благоприятными, так и неблагоприятными для возделывания растений. Об этом говорилось выше в отношении легких и теплых почв. Что касается тяжелых почв, то при условии их оструктуривания в районах засушливого климата они более благоприятны.

Кроме того, различные сельскохозяйственные культуры неодинаково относятся к гранулометрическому составу почв. Так, люпин, сераделла, сорго, картофель, кукуруза, гречиха, просо предпочитают легкие почвы. Пшеница, ячмень, свекла, капуста дают устойчивые урожаи на среднесуглинистых почвах, а овес - даже на тяжелосуглинистых и глинистых.

Знание гранулометрического состава почв позволяет определять оптимальные сроки сельскохозяйственных работ, нормы и сроки внесения удобрений, и весь комплекс работ по наиболее рациональному использованию и охране почв. Землеустроители, агрономы и другие специалисты учитывают пестроту почвенного покрова по гранулометрическому составу, который указывают на почвенных картах в полном названии почв.

7. Состав и функции органического вещества почв

Органическое вещество почвы представляет собой комплекс органических соединений, входящих в состав почвы. Эти вещества разделены на две группы:

1) преобладающая группа гумусовых веществ;

2) группа растительных и животных остатков разной степени разложения и промежуточных продуктов разложения (негумифицированные органические вещества).

Органическое вещество почвы представлено на 85-90% гумусовыми веществами (фульвокислоты, гуминовые кислоты и гумин). По своей природе это устойчивые к разложению, консервированные органические вещества, на 50-60% состоящие из углерода, 30-45 % кислорода и только на 2.5-5% из азота. Так же в их состав входят сера, фосфор и др. Гуминовые кислоты и фульвокислоты, а также образующаяся в почве при разложении органических веществ углекислота, оказывают растворяющее действие на минеральные соединения фосфора, калия, кальция, магния, в результате чего, эти элементы переходят в доступную для растений форму. Подвижные питательные элементы гумуса в меньшей степени участвуют в питании растений, чем негумифицированные вещества, так как медленно минерализуются, но создают для разложения органических остатков благоприятную среду. Однако при длительном возделывании сельскохозяйственных культур без внесения удобрений, может происходить постепенное разложение и использование гумусовых веществ, что приводит к значительному уменьшение общего количества органического вещества почвы и снижению её плодородия. Систематическое применение органических и минеральных удобрений, обеспечивая повышение урожайности сельскохозяйственных культур, способствует сохранению и накоплению запасов гумуса и азота в почве, так как с ростом урожая увеличивается количество поступающих в почву корневых и пожнивных остатков и усиливаются процессы гумусообразования.

Вторая группа органических соединений входящих в состав почвы, хотя и является количественно меньшей, но по своему значению в чем-то даже и превосходит гумус. В эту группу входят растительные и животные остатки разной степени разложения, промежуточные продукты разложения (жиры, белки, смолы, клетчатка, органические кислоты и др.). Негумифицированные органические вещества составляют 10-20% от общего количества органики в почве, они являются непосредственным источником элементов питания для растений и животных, некоторые из них влияют на трансформацию питательных элементов почвы и удобрений из недоступной для растений формы в доступную и наоборот. В них содержатся все макро- и микроэлементы, необходимые растениям и животным.

Органических веществ в почвах содержится значительно меньше, чем минеральных. В верхних горизонтах минеральных почв может содержаться от 1 до 15% гумусовых соединений. Вместе с тем роль органического вещества почв в их развитии и, особенно, в создании плодородия огромна.

Источники органических веществ почвы. Органическое вещество почвы создается в результате жизнедеятельности высших, низших и микроскопических растений, а также животных. Масштабы поступлений органических веществ огромны. Так, в настоящее время общая биомасса Земли достигает 2,4•1012 т сухого вещества, что составляет 1•10-5% массы земной коры. В настоящее время ежегодно продуктивность живых организмов достигает 23•1011 т сухого вещества, т.е. 1/10 части уже имеющейся биомассы. Количество поступивших в почву органических веществ зависит от общих запасов биомассы и продуктивности организмов. При этом вклад групп и отдельных организмов также неодинаков. Наибольшее значение в поступлении углерода в почву имеет фитомасса, что обусловлено большим количеством растений и более высокой их продуктивностью в сравнении с животными.

Функции: Органическое вещество является основой плодородия почв, оно служит своеобразным резервом необходимых растениям питательных веществ, оказывает большое влияние на структуру почвы, является источником энергии для многих полезных микроорганизмов. В органическом веществе содержится 98% азота, от 30 до 40% фосфора, до 90% серы (от общего их содержания в почве). Вот почему нам так важно знать при анализе почв и расчете доз удобрений под культуру содержание общего органического вещества, так как это как раз те вещества, которые растения потребляют в большом количестве, и они могут быть получены ими из почвы.8. Показатели гумусного состояния почв Красноярского края

Гумусное состояние почв - это совокупность общих запасов и свойств органических веществ, создающаяся процессами их накопления, трансформации и миграции в почвенном профиле и отображающаяся в наборе внешних признаков.

Система показателей гумусного состояния включает содержание и запасы гумуса, его профильное распределение, обогащенность азотом, степень гумификации и типы гуминовых кислот.

Уровни накопления гумуса хорошо согласуются с продолжительностью периода биологической активности. В составе органического углерода прослеживается закономерное увеличение запасов гуминовых кислот с севера на юг.

Почвы арктической зоны характеризуются низким содержанием и небольшими запасами органического вещества. Процесс гумификации проходит в крайне неблагоприятных условиях при низкой биохимической активности почв. Для почв северной тайги характерен непродолжительный период (около 60 дней) и низкий уровень биологической активности, а также бедный видовой состав микрофлоры. Процессы гумификации идут замедленно.

В зональных почвах северной тайги формируется грубогумусный тип профиля. Гумусово-аккумулятивный горизонт в этих почвах практически отсутствует, содержание гумуса под подстилкой - до 1 --2%.

Одной из основных особенностей почв подзоны южной тайги является развитие дернового процесса. Мощность аккумулятивного горизонта небольшая и обусловлена глубиной проникновения основной массы корней травянистой растительности. Среднее содержание гумуса в горизонте AY в лесных дерново-подзолистых почвах колеблется от 2,9 до 4,8 %. Запасы гумуса в этих почвах небольшие и составляют в зависимости от подтипа почвы и гранулометрического состава от 17 до 80 т/га в слое 0--20 см.

В лесостепной зоне запасы гумуса в слое 0--20 см колеблются от 70 т/га в серых почвах до 129 т/га в темно-серых. Запасы гумуса в чернозёмах лесостепной зоны в слое 0--20 см составляют до 178 т/га, а в слое 0--100 см - до 488 т/га. Содержание гумуса в горизонте А чернозёмов достигает 7,2 %, постепенно уменьшаясь с глубиной.

9. Показатели катионной ёмкости различных почв

Общее количество катионов, которое почва способна удерживать в обменном состоянии называется емкостью поглощения или ЕКО, выражается в м-экв/100 г почвы. ЕКО - относительно стабильная величина для каждой конкретной почвы, зависящая от содержания в твердой фазе мелкодисперсных частиц.

ЕКО закономерно возрастает с увеличением содержания в почве гумуса и утяжелением ГС. Соотношение глинистых минералов каолинитовой и монтмориллонитовой группы, поглотительная способность которых резко отличается. Например, монтмориллонит обладает высокой емкостью поглощения 60-150 м-экв/100г, каолинит - небольшой 3-15 м-экв/100г. Относительно высокой емкостью поглощения характеризуются гумусовые вещества 300-350 м-экв/100г, поэтому не смотря на относительно невысокий вес органического вещества в твердой фазе 0,5-12% с увеличением содержания гумуса ЕКО резко возрастает.

ЕКО зависит и от реакции почвы. С увеличение рН повышается отрицательный заряд амфолитоидов и, следовательно, поглотительная способность по отношению к катионам.

ЕКО имеет большое значение для питания растений и применения удобрений. Чем выше значение ЕКО тем больше катионов, в т.ч. элементов питания, может удерживаться в почве. Емкость поглощения следуют учитывать и при выборе доз, сроков и способов внесения удобрений. Внесение высоких доз водно-растворимых удобрений на легких почвах приводит к их вымыванию. Тяжелые почвы характеризуются высокой ЕКО, поэтому удобрения из них практически не вымываются и хорошо сохраняются в течение длительного времени.

10. Кислотность и щёлочность, приемы их регулировки

Реакция почвы - физико-химическое свойство, обусловленное содержанием H+ и ОН - в жидкой и твердой частях почвы. Она является важным условием роста и развития растений, оказывает большое влияние на минеральное питание растений, определяет физические и биологические свойства почвы.

Реакция почвы обычно проявляется при взаимодействии ее с водой или растворами солей. Почвы могут иметь кислую, нейтральную или щелочную реакцию в зависимости от соотношения концентраций иона водорода (H+) и гидроксида (ОН-). Реакция кислая, если в почве преобладают ионы Н+, и щелочная - если в почве больше ионов ОН-. При равенстве концентраций H+ и ОН- реакция почвы нейтральная. Кислая реакция устанавливается в тех условиях, где осадки преобладают над испарением (леса, тундра), нейтральная - количество осадков и испарение уравновешены (степи луговые, саванны типичные); щелочная - когда испарение преобладает над осадками как в пустынях.

Реакцию раствора обычно определяют по условной величине рН (отрицательный логарифм концентрации H+). Шкала рН имеет значение от 1 до 14. При рН 7 - реакция почвенного раствора нейтральная, ниже 7 - кислая, больше 7 - щелочная.

Сельскохозяйственные растения предъявляют разные требования к реакции почвы - наиболее благоприятными для большинства культур являются слабокислые или слабощелочные почвы. Нейтрализуют кислую реакцию внесением в почву известняков (СаСО 3), а щелочную - внесением гипса (СаSО 4). Максимальное количество ионов водорода устанавливается при определении гидролитической кислотности (Н).

Кислотность почв - свойство почвы, обусловленное содержанием в почвенном растворе Н-ионов, а также обменных ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе.

Существуют разные источники кислотности почвы. Одной из наиболее распространенных минеральных кислот является угольная кислота, образующаяся при растворении углекислого газа. Значительное подкисление почвенного раствора могут вызвать ненасыщенные катионами гуминовые и фульвокислоты. Последние образуются при разложении остатков хвойной и моховой растительности.

Повышенная кислотность - явление вредное для растений и полезной микрофлоры. В кислых почвах усложняется поступление кальция в растения, сосуды корневых волосков закупориваются, угнетается деятельность нитрификаторов, азотофиксаторов. Избыточная кислотность увеличивает до токсичных количеств содержание в почве подвижных алюминия и марганца. Кислые почвы бесструктурные, с неудовлетворительными водно-воздушными свойствами. Около 50% почв таежно-лесной зоны имеют избыточную кислотность. Кислотность почв необходимо изучать и регулировать.