Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОЧВОВЕДЕНИЕ

Краткий курс лекций

Составитель: Клебанович Н.В.

Введение

Курс географии почв занимает особое место в географическом образовании, что обусловлено исторически. Генетическое почвоведение - наука, положившая начало изучению взаимосвязей между составными частями природы и таким наукам как ландшафтоведение. Формирование тех или иных почв - яркий пример взаимодействия компонентов природной среды.

Почва образуется на поверхности Земли в той части биосферы, где смыкаются и проникают друг в друга литосфера, атмосфера и гидросфера, и где плотность живого вещества планеты особенно велика. Поэтому почва представляет собой биокосную систему, в которой роль живого вещества особенно велика. В.И. Вернадский показал, что в этой оболочке все процессы носят в той или иной степени биогеохимический характер. Захватывая энергию Солнца, живые вещества создают химические соединения, при распадении которых энергия высвобождается в форме, могущей производить химическую работу. Вследствие биокосной природы в почве непрерывно идут процессы обновления и трансформации энергии. В биокосной природе и высокой энергетической активности почв лежит причина плодородия, т.е. способности производить урожай культурных растений.

Почва образуется в ходе почвообразовательного процесса - совокупности явлений превращения и перемещения веществ и энергии под влиянием Солнца в поверхностном слое горных пород при взаимодействии живых организмов и продуктов их распада с минеральными соединениями горных пород, воды и воздуха.

Почва - сложная открытая динамическая система, представляющая собой одновременно и результат взаимодействия факторов почвообразования, и ту среду, в которой этот процесс осуществляется в настоящее время. Циклы возобновления главных почвообразователей различны: от нескольких часов (газообмен и влагообмен) до десятков тысяч лет (образование почвообразующих пород). Поток материальных частиц связывает компоненты ландшафта в единое целое, и ключевую роль здесь играет почва: через нее проходит миграционный поток элементов, она отражает материальный состав других компонентов и является вещественным выражением их геохимической связи. Почва является подсистемой в более сложной системе - биогеоценозе (по В.Н. Сукачеву) или элементарном ландшафте (по Б.Б. Полынову - основателю геохимии ландшафтов).

Почва образует особую геосферу на земле - педосферу, или почвенный покров Земли, являясь одновременно важным компонентом биосферы. Главные глобальные функции почвы: 1. Обеспечение жизни на Земле. Почва - следствие жизни и условие ее существования. 2. Почва - важный фактор обеспечения взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности. 3. Регулирование химического состава атмосферы и гидросферы. 4. Регулирование биосферных процессов. 5. Аккумуляция активного органического вещества и связанной с ним энергии.

Почва - естественно-историческое органо-минеральное биокосное тело, сформировавшееся в особых условиях климата и рельефа под влиянием живых и мертвых организмов в гравитационном поле Земли, обладающее плодородием. Или: почва - обладающая плодородием сложная полифункциональная многофазная поликомпонентная открытая структурная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени.

Почвоведение - наука о почвах, их строении, составе, свойствах и географическом распространении, закономерностях ее происхождения, развития, функционирования и роли в природе, путях и методах ее мелиорации, охраны и рационального использования в хозяйственной деятельности человека. Почвоведение существует немногим более 100 лет, но за это время превратилось в мощную отрасль естествознания. Теоретической основой науки является последовательный историзм, генетический подход к анализу почвенных явлений и рассмотрение их в тесной взаимосвязи с другими компонентами природной среды.

В системе естественных наук почвоведение тесно связано с физикой, химией, геологией, географией и опирается на разработанные ими фундаментальные законы и методы исследования. В самостоятельные отрасли выросли химия почв, география почв, физика почв, гидрология почв, биология почв. Научной основой для нормального функционирования целого ряда прикладных наук о земле (землеустройства, земельного кадастра, мелиорации, планирования инженерных сооружений и транспортной сети, других) стала почвенная карта.

Первое научное определение почвы дал В.В. Докучаев: «Почвой следует называть «дневные», или наружные, горизонты горных пород (все равно каких), естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мертвых».

В отличие от горных пород почвы обладают весьма существенным качественным свойством - плодородием.

Под плодородием следует понимать способность почвы обеспечивать потребность растений в элементах питания, воде.

Различают естественное плодородие почвы, которое создавалось под влиянием естественных факторов почвообразования, и эффективное плодородие, которое создаётся трудом человека, зависит от его воздействия на почву, от уровня науки и техники.

К. Маркс указывал, что хотя плодородие и является объективным свойством почвы, экономически оно постоянно предполагает известное отношение к данному уровню развития земледельческой химии и механике. Плодородие - это не статическое (неподвижное) свойство, а динамическое, и при правильном разумном использовании почвы оно непрерывно возрастает.

Почвообразовательный процесс

Многие миллионы лет потребовалось для того, чтобы массивные горные породы, покрывающие землю, превратились в почву.

Прежде чем начался почвообразовательный процесс, прошёл длительный период создания рыхлого (рухлякового) слоя на поверхности земной коры под воздействием атмосферных факторов - воды, воздуха, солнечного тепла. Происходило так называемое - физическое выветривание, состоящее в измельчении горных пород под воздействием физических факторов: температуры, воды, переносящей и перетирающей обломки горных пород, ветра и др. Этот процесс разрушения горной породы под влиянием физического выветривания можно наблюдать и в настоящее время.

Одновременно с физическим выветриванием происходило химическое выветривание горных пород и минералов под воздействием воды, углекислоты, кислорода в ходе процессов гидролиза, гидратации и окисления. При этом растворимые соли выщелачивались и породы приобретали новые физические свойства: связность, влагоёмкость, поглотительную способность.

Огромную роль в изменении поверхности земли сыграли ледники.

Под воздействием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности на фоне физических и химических превращений протекало биологическое выветривание горных пород и минералов. Многочисленные виды бактерий (нитрификаторы, серобактерии), грибов, водорослей, мхов, лишайников, высших растений и животных способствовало механическому разрыхлению пород, а также извлечению минеральных веществ, превращению их в органические соединения и аккумуляции в поверхностных слоях.

В результате длительного геологического процесса под влиянием физического, химического и биологического выветривания и перемещений горные породы измельчались и превращались в продукты другого химического состава с другими физическими свойствами: поверхность их, представляющая более или менее однородную массу, являлась материнской породой для образования почвы.

Совокупность явлений, под влиянием которых формируется почва, называется почвообразовательным процессом.

В процессе почвообразования почва проходит ряд последовательных стадий, направление, длительность и интенсивность которых определяется конкретным комплексом факторов почвообразования и их эволюцией в каждой точке земной поверхности.

Стадия начального (первичного) почвообразования обычно весьма длительна, свойства почв еще не сформировались, мала мощность охватываемого почвообразованием субстрата, медленно идет аккумуляция элементов почвенного плодородия, профиль слабо дифференцируется на почвенные горизонты. Начальное почвообразование сменяется стадией развития почвы, которая протекает с нарастающей интенсивностью, охватывая все большую толщу почвы вплоть до формирования зрелой почвы с характерным для нее профилем и комплексом свойств. К концу этой стадии процесс постепенно замедляется, приходя к некоему равновесию между факторами почвообразования и свойствами почвы. Это - стадия равновесия, или климакса, которая может длиться неопределенно долго.

На каком-то этапе климаксная стадия сменяется новой эволюцией в результате саморазвития системы или изменения почвообразующих факторов. Стадия эволюции почвы снова приводит к некоему климаксному состоянию. Например, возможно оподзоливание буроземов, заболачивание автоморфных почв, формирование луговых почв из болотных при обсыхании территории и т.п.

Эволюция почвы может идти в различных направлениях: засоления или рассоления, нарастания мощности почвы либо ее уменьшения, деградации почвенного плодородия или его увеличения. Эволюция почв на земной поверхности происходит не случайно, а в соответствии с общей историей ландшафтов, определяемой глобальными климатическими, тектоническими или морфоструктурными процессами.

Почвообразование в определенном смысле можно рассматривать как соотношение процессов выноса и аккумуляции, причем выносу из них подвергаются одни вещества, а аккумуляции (относительной или абсолютной) - другие.

Абсолютная аккумуляция веществ - поступление их из атмосферы или гидросферы и накопление в формирующейся почве. Например, углерод (фотосинтез - создание биомассы - отмирание биомассы - разложение -гумификация - гумусонакопление). Относительная аккумуляция - остаточное накопление в результате выноса других веществ. Например, в результате выноса щелочных и щелочно-земельных элементов может относительно увеличиться доля кремнезема и полуторных окислов. Относительная аккумуляция веществ - всегда следствие элювиального процесса, т.е. нисходящего передвижения веществ в почве при промывном водном режиме и частичный или полный вынос веществ в нижележащую толщу ряда соединений: солей щелочных и щелочно-земельных металлов, соединений железа, алюминия, марганца, фосфора, серы, иногда кремния, илистых частиц.

Вынос и аккумуляция веществ при почвообразовании являются следствием большого геологического (элювиирование, засоление, корообразование) и малого биологического круговоротов (биогенная аккумуляция биофилов) веществ на земной поверхности, которое развивается противоречиво в разных природных условиях. Биологический круговорот временно вырывает часть элементов из геологического круговорота, а почва служит своеобразным промежуточным резервуаром, предохраняя биофилы от выноса.

Из-за высокой важности названных процессов почвообразование часто определяют как сложный процесс взаимодействия малого биологического и большого геологического круговоротов веществ и потоков энергии в пределах коры выветривания горных пород, ведущий к образованию почвы, ее развитию и эволюции. Почвообразовательный процесс - совокупность явлений превращений и перемещений веществ и энергии в пределах педосферы Земли.

Взаимодействие круговоротов проявляется через серию противоположно направленных процессов и противоречивых явлений, из которых складывается почвообразование: разрушение - новосинтез минералов; биологическая аккуиуляция - потребление элементов из почвы организмами; гидрогенная аккумуляция - геохимический вынос; разложение - синтез органических соединений; поглощение - выделение ионов из твердой фазы в раствор; растворение - осаждение веществ; пептизация - коагуляция коллоидов; нисходящее - восходящее движение растворов; увлажнение - высыхание; набухание - усадка; нагревание - охлаждение; окисление - восстановление; азотфиксация - денитрификация.

Многие из этих процессов носят циклический характер, можно выделить суточную, сезонную, годовую, многолетнюю цикличность, специфическую для каждого типа почв. Данные противоположные процессы А.А. Роде назвал общими почвообразовательными процессами, так как они встречаются во всех почвах в той или иной степени и количественном проявлении. Специфические проявления общих процессов в зависимости от специфики факторов и условий почвообразования он назвал частными почвообразовательными процесссами. Это такие процессы как гумусообразование, торфообразование, засоление, неосинтез каолинита и т.п.

Помимо этого А.А. Роде делил все процессы на макропроцессы, охватывающие весь появенный профиль, и микропроцессы, то есть органические или минеральные преобразования в пределах изолированных участков почвенного профиля.

Факторы почвообразования

В.В. Докучаев говорил, что почва есть результат совокупного, весьма тесного, векового взаимодействия между водой, воздухом, землёй, растительными и животными организмами и возрастом страны. Он выделил следующие факторы почвообразования: материнские породы, растительный и животный мир, климат, рельеф, возраст страны.

Почвообразующие породы. Материнской, или почвообразующей, породой называется верхний слой земли, на котором и из которого образуется почва. Механический, минералогический и химический состав материнской породы, её физические и физико-химические свойства обязательно влияют на состав и свойства почвы. Например, карбонатные почвы формируются на глинах, богатых известью, а подзолистые - преимущественно на кислых отложениях. При одних и тех же климатических условиях на разных материнских породах образуются и разные почвы.

Основными почвообразующими породами являются континентальные осадочные породы, возникшие в четвертичный период.

Растительный и животный мир. Важнейшим фактором почвообразования является растительность. От её характера зависят количество и свойства перегноя, (гумуса), аккумуляция минеральных веществ в верхних горизонтах почвы, а также физические свойства почвы.

Многолетняя древесная растительность корнями глубоко проникает в почву, добывая там воду и минеральные вещества, способствует накоплению снега, даёт ежегодный опад в виде хвои или листьев, образующий лесную подстилку. В процессе разложения опада выделяются органические кислоты, оказывающие сильное влияние на минеральную часть почвы, на формирование почвенного профиля.

Травянистая растительность образует густую сеть корней в верхних слоях почвы. Часть корней ежегодно отмирает и вместе с остатками надземной массы обогащает почву органическим веществом, создаёт её структуру.

Мхи, обладающие высокой влагоёмкостью, способствуют заболачиванию почв и образованию торфяников.

В почвообразовании исключительно велика роль микроорганизмов. В почве их огромное количество (до нескольких миллиардов на 1 г). они разлагают остатки растений и животных, превращают их в гумус, сложные органические и минеральные соединения переводят в простые минеральные соли, доступные для использования их растениями.

В почве обитает большое количество животных организмов (черви, грызуны, насекомые, простейшие), которые также оказывают большое влияние на свойства почвы.

Климат. Количество осадков, температура воздуха, ветер, испарения воды из почвы и другие метеорологические условия, из которых складывается климат местности, оказывает очень сильное влияние на формирование почвы. Прежде всего, они определяют характер растительности, а также накопления перегноя и минерализации органического вещества в почве.

От количества осадков и степени испарения воды из почвы зависит направление передвижения солей: промываются они в грунтовые воды или, наоборот, преобладает процесс засоления почвы вследствие подъёма грунтовых вод.

Рельеф. Влияние рельефа сказывается на водном и тепловом режимах почвы. На повышенных элементах рельефа наблюдается меньшая влажность почвы, большая глубина залегания грунтовых вод. В пониженных частях рельефа, наоборот, отмечается большая влажность, близость грунтовых вод, даже заболачивание.

Возраст страны. Это понятие определяется периодом, в течение которого идёт почвообразовательный процесс. На территории России он раньше наступил там, где не было оледенения, или там, где поверхность почвы скорее освободилась ото льда, поэтому почвы на севере более молодые, чем на юге.

Деятельность человека. В современных условиях, когда на огромном пространстве земли под действием природных факторов почвы сформировались, решающее влияние на изменение почвенного покрова оказывает производственная деятельность человека. Осушаются болота, орошаются пустыни, вырубаются леса или создаются новые лесонасаждения - все это оказывает влияние на почву. Интенсивное сельскохозяйственное использование земли, в частности применение удобрений, известкование, гипсование, обработка почв, возделывание тех или иных культур, изменяет агрономически важные свойства почвы.

почва плодородие мелиорация агротехнический

Строение и состав почвы

Почвенный профиль. Морфологические признаки почв.

В результате длительного почвообразовательного процесса изменяются внешний вид и свойства материнской породы. Уже по внешним признакам можно говорить о происхождении почвы, о её химическом составе и плодородии. Внешние признаки почвы обычно изучают по почвенному профилю. Почвенный профиль - это разрез от поверхности почвы до её измененной почвообразовательным процессом породы, обычно на глубину 1-1,5 м. На вертикальной стенке разреза видны размеры почвенного профиля, окраска и сложение отдельных генетических (связанных между собой по происхождению) горизонтов почвы, различные включения и новообразования. Для большинства почв характерно следующее расположение горизонтов.

Горизонт А₁ - перегнойный горизонт (перегнойно-аккумулятивный), отличающийся от нижних слоев почвы более высоким содержанием органического веществ, более тёмной окраской. В этом горизонте происходят накопление перегноя и зольных элементов, их аккумуляция. У чернозёмов перегнойный горизонт имеет почти чёрную окраску, у серых лесных почв - от светло-серой до темно-серой, у каштановых - серо-коричневую. У дерново-подзолистых почв горизонт А₁ сероватый с белёсым оттенком.

Горизонт А₂ светлоокрашенный (подзолистый). Этот горизонт образуется в результате разрушения силикатов, алюмосиликатов, органических веществ, выноса их в нижележащие горизонты. При сильной выраженности подзолообразовательного процесса горизонт А₂ становится белёсым.

Неразложившаяся лесная подстилка или плотная дернина, покрывающие поверхность почвы, обозначаются А₀. В подзолистых почвах горизонт А₂ может следовать непосредственно за лесной подстилкой (А₀). Если верхний горизонт состоит из торфа, он обозначается буквой Т.

На распаханных полях горизонты А₀, А₁ и частично А₂ вовлекаются в обработку, смешиваются и вместо них появляется горизонт Аn (пахотный слой), мощность которого зависит от глубины вспашки.

Горизонт В - горизонт вмывания (иллювиальный), переходный к материнской породе. От отличается от верхнего горизонта меньшим количеством перегноя, а также тем, что в нём накапливаются полуторные окислы и минеральные соли, вымываемые из верхних горизонтов; в нём идет также новообразование минеральных соединений путём изменения самой материнской породы. Обычно горизонт В красно-бурой окраски и имеет различную структуру: ореховатую (в подзолистых и серых лесных почвах), комковатую (в чернозёмах), столбчатую (в солонцах) и т.д. В зависимости от внешних признаков (цвета, структуры) может быть выделено несколько подгоризонтов (В₁, В₂ и т.д.).

На заболоченных почвах на разной глубине, иногда почти с поверхности выделяют глеевый горизонт G, где под влиянием переувлажнения и недостатка воздуха образуются закисные соединения железа и алюминия голубоватого цвета.

Горизонт С - материнская порода, которая участвовала в образовании почвы. Мощность его различна. В нём часто встречаются включения в виде галек, валунов, известковых отложений и т.д.

Выделяют ещё горизонт D, означающий в отличие от материнской подстилающую породу, не затрагиваемую почвообразовательным процессом.

При отсутствии резкого перехода от одного горизонта к другому выделяют переходные горизонты, например А₂В, ВС.

В процессе развития почва приобретает ряд свойств и внешних признаков, которые отличают ее от материнской породы. В ней выделяются генетические горизонты, образуются новые вещества и соединения, которых не было в материнской породе. Под морфологическими признаками понимают внешние признаки почвы, по которым ее можно отличить от горной породы или одну почву отличить от другой, а также приблизительно судить о направлении и степени выраженности почвообразовательного процесса. К главным морфологическим признакам почвы относятся: 1) строение почвы, 2) мощность почвы и ее горизонтов, 3) окраска, 4) гранулометрический состав, 5) структура, 6) сложение, 7) новообразования и включения, 8) характер перехода в нижележащий горизонт и форма границы.

Образование и эволюция почвы приводит к появлению в ней слоев, которые накладываются друг на друга и отличаются по ряду признаков. Эти слои, различающиеся по структуре, цвету, механическому и химическому составу, направленности биологических процессов и связанные между собой общностью происхождения, называются почвенными горизонтами. Совокупность почвенных горизонтов образует почвенный профиль, то есть определенную вертикальную последовательность генетических горизонтов, специфических для каждых почв.

Мощность почвы - это ее вертикальная протяженность, которая измеряется от дневной поверхности до слабо затронутой почвообразовательными процессами материнской породы. Мощность почв колеблется в среднем от 50 до 150 см.

По существующим в почве горизонтам и их вертикальной мощности можно судить о характере почвообразующих процессов и наличии в почве тех или иных веществ. Богатая питательными веществами почва имеет мощный перегнойный горизонт, который свидетельствует о значительном развитии в ней процесса аккумуляции и слабом процессе вымывания. Наличие в профиле почвы резко выраженного элювиального горизонта связано с интенсивным процессом выщелачивания.

Структурой называются соединенные между собой механические элементы (агрегаты), на которые может распадаться почва. Форма, размер и качественный состав структурных элементов неодинаков. Он изменяется в различных почвах, а также в разных горизонтах одной и той же почвы.

В зависимости от формы структурных элементов различают три основных типа структуры:

кубовидная, когда структурные элементы равномерно развиты по трем взаимно перпендикулярным осям. Основными видами данного типа структуры являются глыбистая, комковатая, ореховатая и зернистая.

призмовидная, когда структурные элементы развиты преимущественно по вертикальной оси. Основные виды - столбовидная, столбчатая и призматическая.

плитовидная, когда структурные элементы развиты преимущественно по двум горизонтальным осям и укорочены в вертикальном направлении. Основные виды - плитчатая и чешуйчатая.

В почве или почвенном горизонте структурные элементы не бывают одного размера и формы. Чаще всего встречается смешанный тип структуры, включающий в названии род и вид: комковато-пылеватая, комковато-пластинчатая, пластинчато-пылеватая.

Почва может быть структурной и бесструктурной. При структурном состоянии почвы или породы она делится на структурные элементы определенной формы и величины. При бесструктурном состоянии отдельные механические элементы, слагающие почву, не соединены между собой в более крупные структуры. Они существуют раздельно или залегают сплошной сцементированной массой. Между структурными и бесструктурными почвами имеются переходные почвы, где структура выражена слабо.

Одной из важнейших характеристик почвы является ее гранулометрический состав, или содержание элементарных частиц различного размера. Эти частицы называются механическими элементами. Определить размер каждой частицы, входящей в состав почвы, не представляется возможным. В лабораторных условиях ограничиваются нахождением количества частиц определенного размера в установленных пределах, которые называются фракциями гранулометрического состава.

Существует много методов гранулометрического анализа почв. Наиболее часто в почвенных исследованиях используются методы, основанные на том, что после взбалтывания с водой частицы почвы или породы разного размера оседают на дно с различной скоростью.

Частицы размером < 1 мм называются мелкоземом, в его пределах выделяют частицы крупнее 0,01 мм - физический песок и частицы мельче 0,01 мм - физическая глина. В составе ила выделяют фракцию коллоидных частиц диаметром < 0,0002 мм.

Для характеристики почв в зависимости от крупности входящих в них фракций используются различные классификации. Наиболее часто применяется классификация Н.А. Качинского. (табл.1).

Таблица 1. Классификация гранулометрических элементов (по Н.А. Качинскому).

Диаметр частиц	Название гранулометрических элементов (гранулометрические фракции)	Группа
>3 3-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01	камни гравий песок крупный песок средний песок мелкий пыль крупная	физический песок
0,01-0,005 0,005-0,001 < 0,001	пыль средняя пыль мелкая ил	физическая глина

Фракции гранулометрических элементов слагают почвы или породы в различных количественных соотношениях. Относительное содержание в почве или породе фракций гранулометрических элементов называется гранулометрическим составом.

Гранулометрический состав почв определяют по соотношению количества фракций физического песка и физической глины (табл. 2). Различные группы гранулометрических элементов по разному влияют на свойства почв, что объясняется различиями их минералогического, физического и химического состава и свойств. Например, песок обладает значительной проницаемостью, влагоемкостью и капиллярными свойствами, а механические элементы крупнее 2,0 мм почти не обладают капиллярной способностью.

Таблица 3.3.2. Гранулометрический состав почв (по Н.А. Качинскому).

Содержание физической глины (%)	Содержание физического песка (%)	Почвы по гранулометрическому составу
подзолистые	степные	подзолистые	степные
0-5	0-5	100-95	100-95	песок рыхлый
5-10	5-10	95-90	95-90	песок связный
10-15	10-15	90-85	90-85	супесь рыхлая
15-20	15-20	85-80	85-80	супесь связная
20-30	20-30	80-70	80-70	суглинок редкий
30-40	30-45	70-60	70-55	суглинок средний
40-50	45-60	60-50	55-40	суглинок тяжелый
50-70	60-75	50-30	40-30	глина легкая
70-80	75-85	30-20	30-20	глина средняя
>80	>85	<20	<20	глина тяжелая

Различают три типа гранулометрических элементов почв: минеральные, органические и органо-минеральные. Основная масса почв состоит из минеральных элементов. По гранулометрическому составу все многообразие почв и пород можно объединить в несколько основных групп с характерными для каждой группы физическими, физико-химическими и химическими свойствами, которые определяют интенсивность почвообразовательных процессов, содержание зольных элементов, плодородие.

Сложение почвы - это внешнее выражение ее пористости и плотности, которое зависит от свойств материнской породы и структурных свойств почвы.

По плотности различают следующие типы сложения: рассыпчатое (в сухом состоянии распадаются на отдельные составляющие), рыхлое (характерно для пахотных горизонтов спелых почв), уплотненное (характерно для некоторых тяжелых почв и уплотненных иллювиальных горизонтов легких почв), плотное (свойственно большинству суглинистых и глинистых почв, особенно их иллювиальным горизонтам) слитное (очень плотное) сложение (характерно для связных глинистых бесструктурных почв).

По сложению почв можно судить об аэрации, водопроницаемости, легкости обработки той или иной почвы.

Окраска почвы - это морфологический признак, который является существенным показателем генезиса почвы, характера протекающих в ней почвообразовательных процессов и ее принадлежности к тому или иному типу. Многие почвы имеют название в соответствии со своей окраской: подзол, чернозем, краснозем. Все разнообразие окраски почвы можно свести к комбинациям и сочетаниям основных цветов: черного, красного, синего и белого.

Гумусовые вещества обуславливают черную, темно-серую и серую окраску. При 10-20 % перегноя почва имеет ярко выраженный черный цвет, 4-6 % гумуса дают серую, каштановую или темно-бурую окраску. Красный цвет почвы обуславливается содержанием в ней соединений водной окиси железа (Fe₂O₃ · nH₂O). При значительном содержании окиси железа почва имеет красную, ржавую или красно-бурую окраску, при небольшом - желтую или оранжевую. Соединения закисного железа (FeO · nH₂O) окрашивают почву или ее отдельные горизонты в голубоватые или сизые тона. Они образуются в почвах с избыточным увлажнением и недостаточной аэрацией. Белая окраска обусловлена значительным содержанием кремнезема (SiO₂), углекислой извести (CaCO₃), каолинита (H₂Аl₂Si₂O₈ · H₂O) или гидратом глинозема (Аl₂O₃ · nH₂O). В ряде случаев белесоватый оттенок могут придавать гипс и легкорастворимые соли.

На окраску почвы также оказывает влияние гранулометрический состав, структурное состояние и влажность почвы. Суглинки и глины характеризуются красными оттенками, пески и супеси - желтоватыми, лессы - палевыми оттенками. Бесструктурные почвы выглядят светлее, чем комковатые или зернистые. Влажные оказываются более темные, чем сухие.

При характеристике почвы, как правило, указывается не только цвет, но и степень окраски (темно-серая, светло-бурая), оттенки (белесая с желтоватым оттенком), промежуточные тона (серо-бурая, коричнево-серая).

Новообразования - это специфические вторичные минералы и их скопления, которые образуются и откладываются в горизонтах почвы и имеют различный химический состав и форму. В зависимости от преобладающего действия и направленности физических, химических и биологических процессов, происходящих в почвах, в ней могут формироваться новообразования химического и биологического происхождения.

Химические новообразования представлены легкорастворимыми соединениями, гипсом, известью, окислами железа, алюминия, марганца, кремнекислотой, гумусовыми веществами и др. - присыпки, налеты, корочки, выцветы, пятна, прожилки, трубки, ортзанды, конкреции, стяжения -пласты, плиты и горизонты цементации.

Новообразования биологического происхождения являются продуктами механической и физиологической деятельности животных и растений. Они представляют собой извилистые ходы (червоточены), экскременты дождевых червей (капролиты), пустые или заполненные ходы роющих животных (кротовины), сгнившие крупные корни растений (корневины), узоры мелких корешков на поверхности структурных отдельностей (дендриты).

Включениями называются тела, органического и минерального происхождения, образование которых не связано с почвообразовательными процессами, а унаследованы от материнской породы. Основными включениями являются:

обломки горных пород различного размера, окатанности и минералогического состава, которые свидетельствуют о ледниковом, аллювиальном или местном элювиальном происхождении почвообразующих пород.

раковины моллюсков свидетельствуют о недавнем перемещении береговой линии на значительном пространстве суши, о существовании пресных озер и болот.

остатки корней и стволов ранее не произраставших в данной местности растений говорят о коренной смене условий почвообразования, что особенно важно при изучении торфяников.

антропогенные включения, которые представлены остатками кирпича, стекла, костей, обломков посуды, монетами, подтверждают антропогенный характер трансформации почвенного профиля и составляющих его горизонтов. Археологические находки позволяют датировать возраст почвообразующей породы и самой почвы.

Определенное значение для диагностики и характеристики почв имеет характер перехода данного горизонта в нижележащий и форма границы. Эти параметры характеризуют выраженность почвенного профиля и дают основания для суждений о почвообразовательных процессах. Различают переход постепенный (граница выделяется с неопределенностью более 5 см), заметный (3-5 см), ясный (1-3 см) и резкий (менее 1 см). Форма границ выделяется по нарастанию глубины языков по сравнению с шириной - ровная, волнистая, карманная, языковатая и изъеденная.

Органическое вещество почв

Органические вещества твердой части почвы подразделяются на две большие группы: негумифицированные и гумифицированные вещества. Негумифицированные (подвижные) органические вещества - это отмершие, но еще не разложившиеся или полуразложившиеся остатки растений (корни) и микробов (животных). На площади 1 га в почву ежегодно поступает 5-10 т растительных остатков и 0,7-2,4 т продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Негумифицированные органические вещества сравнительно легко разлагаются в почве. Содержащиеся в них элементы питания (азот, фосфор, сера и др.) переходят в доступную для растений минеральную форму. Органические вещества не полностью минерализуются. Одновременно в почве идет синтез новых очень сложных органических веществ, которые служат источником для образования гумусовых, или перегнойных, веществ.

Гумифицированные (перегнойные) органические вещества - это высокомолекулярные азотсодержащие соединения специфической природы. Они составляют основную часть (90 %) органического вещества почвы. Гумус представляет собой аккумулятор энергии Cолнца на планете.

Гумус состоит из гуминовых кислот, фульвокислот, гиматомелановых кислот и гуминов. Гуминовые кислоты представляют собой гетерогенную и полидисперсную группу высокомолекулярных азотсодержащих органических кислот, включающих ароматические циклы и алифатические цепи. Они извлекаются из почвы щелочами и некоторыми другими растворителями с образованием темно-окрашенных растворов гуматов натрия, калия и аммония. Молекулярная масса гуминовых кислот измеряется десятками тысяч атомных единиц массы. Гуминовые кислоты в зависимости от типа почвы включают от 30 до 43% углерода, от 32 до 42 - водорода, от 17,5 до 22 - кислорода, от 2,4 до 3 % азота. Гуминовые кислоты содержат также фосфор, серу и другие элементы.

Химическими и физико-химическими методами (рентгендефрактометрия, электронная микроскопия, спектрофотометрия и др.) установлено, что основными структурными единицами гуминовых кислот являются ароматические «ядра», в том числе азотсодержащие гетероциклы, боковые цепи и периферические функциональные группы: карбоксильные - СООН, гидроксильные и фенольные ОН, метоксильные - О-СН₃, карбоксильные =С=0, хинонные С=0. Боковые цепи гуминовых кислот представлены углеводными, аминокислотными и другими остатками.

Фульвокислоты - гумусовые вещества желтой или красноватой окраски, которые остаются в растворе после подкисления щелочной вытяжки из почвы и выпадения в осадок гуминовых кислот. Как и гуминовые кислоты, они входят в гетерогенную и полидисперсную группу высокомолекулярных азотсодержащих органических кислот. Фульвокислоты содержат: от 27 до 30 % углерода, от 34 до 42 - водорода, от 25 до 30 - кислорода и от 1,4 до 2,5 % азота.

В структуре фульво-, как и гуминовых кислот, установлены ароматические и алифатические группы. Однако ароматическая часть в их молекулах выражена менее ярко и в основном преобладают боковые цепи, т. е. алифатические, углеводные и аминокислотные компоненты. По составу фульвокислоты различных типов почв менее разнообразны и они лучше растворяются в воде, чем гуминовые кислоты.

Часть гумусовых веществ настолько прочно связана с минеральной частью почвы, что, не извлекается при обработке почвы щелочами и кислотами. Эти «нерастворимые» составляющие гумуса называются гуминами. В тяжелых глинистых почвах нерастворимые образования составляют более 50 % гумуса.

Гумифицированные вещества почвы более устойчивы к микробиологическому разложению, чем негумифицированные соединения. Однако разложение гумуса в почве, хотя немедленно, но происходит. На полях, занятых зерновыми культурами, за вегетационный период разлагается 0,7-0,8 т/га гумуса, пропашными - 1,0-1,2 т/га с образованием доступного растениям минерального азота, фосфора, серы. В гумусе содержится около 5 % азота, от 1,5 до 2,4 % фосфора. В дерново-подзолистых почвах на органические соединения приходится 40 % фосфора и 90 % серы от общего содержания этих элементов в почве. На степень разложения гумуса влияет гранулометрический состав почвы, содержание гумуса в ней и т. д. Систематическое внесение органических и минеральных удобрений обеспечивает сохранение и накопление запасов гумуса в почве.

Главная особенность химического состава почв - присутствие органических веществ, особенно гумусовых, разнообразие форм различных элементов и их непостоянство во времени. Минеральная часть обычно 80-90% массы почв (в органогенных - 10% и менее). По сравнению с литосферой в почве в 20 раз больше углерода и в 10 раз - азота, что связано с деятельностью микроорганизмов. В почве меньше металлических элементов вследствие процессов выветривания и почвообразования, хотя в целом почвы наследуют геохимические черты исходного почвообразующего материала.

В органическом веществе находится большая часть почвенных запасов серы, фосфора и азота.

Органическое вещество почв первичным источником имеет автотрофы, преимущественно зеленые растения. Они дают от 1-2 в тундре до 30-35 т/га сухого органического вещества во влажных тропических лесах в год, в агросистемах - 3-9 т/га. Почти все органическое вещество перерабатывают микроорганизмы, и конечный продукт - минеральные соединения.

Минералогический состав минеральной части почвы

Известно, что рыхлые горные породы образуются в результате выветривания изверженных горных пород и представляют собой смесь продуктов химического и физического выветривания, т.е. смесь первичных и вторичных минералов. Первичные минералы обладают различной устойчивостью против разрушения, поэтому в составе рыхлых пород они могут встречаться в различных соотношениях.

Минерал - это однородное в химическом отношении тело, обладающее постоянством химического состава и определенными физическими свойствами. По физическому состоянию минералы бывают твердые, жидкие и газообразные. Многие минералы имеют определенную форму и являются кристаллическими. Большинство минералов аморфны. Количество первичных минералов, встречающихся в изверженных породах, достигает более 3000.

Примерно 92% общей массы изверженных пород состоит из четырех групп минералов: полевых шпатов, роговых обманок и пироксенов, кварца и слюды. Из них наибольшей механической прочностью обладает кварц, затем следуют полевые шпаты, роговые обманки и пироксены, слюды. В связи с этим при физическом выветривании они дробятся с различной скоростью. Более прочные будут разрушаться медленнее и сохраняться в виде более крупных частиц. Менее прочные минералы будут дробиться сильнее и быстрее переходить в более мелкие гранулометрические фракции.

Первичные минералы различаются между собой химическим составом и строением кристаллической решетки, что и предопределяет их неодинаковую устойчивость против выветривания.

Отношение радиуса катиона к радиусу аниона определяет форму кристаллической решетки и характер элементарной ячейки.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Элементарной ячейкой кремнекислородного соединения является тетраэдр, четыре вершины которого заняты крупными анионами О²⁺ (r = 1,32 А⁰), а в центре находится катион с небольшим радиусом Si⁴⁺ (r = 0,39 А⁰). Данный тетраэдр является основной структурной ячейкой всех существующих соединений кремния с кислородом. Ячейка SiO₄ заряжена отрицательно (на 4 положительных заряда Si приходится 8 отрицательных зарядов кислорода). Отрицательный заряд ячейки может быть компенсирован путем присоединения катионов или соединением с другими кремнекислородными тетраэдрами.

Соединение тетраэдров между собой происходит через вершины, при этом определенные ионы кислорода одновременно связаны с двумя ионами кремния. Оставшиеся свободные валентности кислородных анионов нейтрализуются катионами. Кремнекислородные тетраэдры могут образовывать непрерывные структуры в виде одинарных цепочек, что характерно для пироксенов. В случае, когда кремнекислородные тетраэдры соединяются между собой таким образом, что каждый из четырех кислородных ионов принадлежит двум тетраэдрам, получается структура, не имеющая свободных ионов кислорода. Подобную структуру имеет кварц (SiO₂)_n , который отличается большой прочностью.

Такая же форма трехмерных каркасов характерна и для полевых шпатов, однако в некоторых из тетраэдров Si заменен Al³⁺. В результате такого замещения образуется алюмокислородный комплекс (AlO₄)⁵?. Он несет на единицу больший отрицательный заряд, чем SiO₄, который компенсируется тем или иным катионом. Этим можно объяснить химический состав алюмосиликатов, к которым принадлежат полевые шпаты: альбит Na[Al,Si₃O₈], анортит Ca[Al₂Si₂O₈] и др. В альбите из четырех ионов Si один замещен на Al³⁺, возникший отрицательный заряд компенсирован Na. В анортите из четырех ионов Si⁴⁺ два иона замещены на Al³⁺, два отрицательных заряда компенсируются Ca²⁺.

Минералы, в которых ион Si⁴⁺ замещается ионом Fe³⁺ , называются феррисиликатами. Изоморфные замещения происходят в кристаллической решетке в период ее образования, качество и количество замещающих ионов зависит от состава и концентрации окружающего раствора.

В результате химического выветривания первичные минералы изменяют свой состав и внутреннюю структуру. Выветривание в первую очередь затрагивает поверхность минералов, поэтому с их измельчением возрастает суммарная поверхность, и процессы разрушения ускоряются.

Важнейшим фактором химического выветривания является вода, а также присутствующие в почве кислород и углекислота. Основными типами реакций, происходящими в почве, являются: гидратация, гидролиз, растворение, окисление-восстановление.

Гидратация - это притяжение молекул воды к поверхности минералов. Реакции гидролиза приводят к замене катионов кристаллической решетки на Н⁺ - ионы воды. Присутствие в минералах Fe²⁺ также способствует выветриванию, так как окисление Fe²⁺ до Fe³⁺ приводит к изменению объемов, занимаемых ионами в кристаллической решетке, что вызывает в конечном итоге ее разрушение.

При полном разрушении силикатов образуются простые продукты выветривания: гидрата окислов Fe, Al, одно- и двухвалентных оснований, гидрат окиси кремния (кремниевая кислота) и некоторые другие кислоты. В коллоидном и растворенном состоянии кремниевая кислота может вступать в реакцию с полуторными окислами, образуя при этом сложные соединения. Освобождающиеся при выветривании основания, реагируя с кислотами, образуют простые соли, являющиеся вторичными минералами: карбонаты, сульфаты, нитраты, хлориды, фосфаты, силикаты. В разной степени растворяясь в воде, они могут накапливаться в условиях засушливого климата.

Помимо простых вторичных минералов, при выветривании могут образовываться вторичные алюмосиликаты и феррисиликаты. Эти минералы входят в состав различных глин и поэтому носят название глинистых (глинных). Являясь частью почв, они определяют очень важные для развития растений почвенные свойства (поглотительная и обменная способность, кислотность, буферность, водоудерживающая способность и др.). Из большого числа глинных минералов, для почв наибольшее значение имеют группы: каолинита, мантмориллонита и гидрослюд.

Минералы группы каолинита имеют двухслойную кристаллическую решетку, которая состоит из двух слоев: слоя кремнекислородных тетраэдров и слоя алюмо-кислородно-гидроксильных октаэдров.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В кремнекислородном слое вершины тетраэдров повернуты в одну сторону и являются «кислородными мостиками», связывающими тетраэдрический и октаэдрический слои: О^2Ї одновременно связан с атомами Si⁴⁺ и Al³⁺. В целом элементарная ячейка каолинита электронейтральна и соответствует формуле Al₄Si₄O₁₀(OH)₈ или Al₂Si₂O₅(OH)₄. При разламывании пакетов боковые поверхности кристаллов имеют ненасыщенные валентности, что может вызывать адсорбцию ионов из окружающего раствора. Расстояние между пакетами каолинита равна 7,2 А⁰ и не изменяется. Он не впитывает воду в межпакетные пространства и поэтому не набухает.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Монтмориллонит состоит из трехслойных пакетов: октаэдрический слой заключен между двумя тетраэдрическими. Межпакетные расстояния монтмориллонита изменяются от 9,4 до 21,4 А⁰ и варьируют в зависимости от количества поглощенной воды. Способность монтмориллонита к набуханию значительна. Структура монтмориллонита отвечает химической формуле Al₄Si₈O₂₀(OH)₄ · nН₂О. В этой формуле nН₂О - вода, разделяющая пакеты. Кристаллическая решетка электрически нейтральна и содержит по 44 положительных и отрицательных заряда. Минералам группы монтмориллонита характерны разнообразные изоморфные замещения: Si в тетраэдрических слоях может быть частично замещен на Al³⁺, а алюминий в октаэдрическом слое замещается Fe²⁺ и Fe³⁺, Mg²⁺ и другими металлами.

Из глинистых минералов в почвах большое место принадлежит группе гидрослюд, в которую входят гидромусковит (иллит), гидробиотит и другие гидратированные слюды. Кристаллическая решетка иллита построена так же, как и у монтмориллонита. Разница состоит в том, что в тетраэдрах часть Si⁴⁺ (до 1/4) замещена Al³⁺. При этом образовавшийся отрицательный электрический заряд компенсируется ионом К⁺, который прочно связывает пакеты между собой. Поэтому межпакетная вода в иллите отсутствует.

Кроме распространенных индивидуальных глинистых минералов, в природе существуют так называемые смешанно-слоистые минералы, пластинки которых состоят из чередующихся пакетов различных минералов, например, иллита, монтмориллонита и т.д.

Глинистые минералы в природе образуются двумя путями. Первый путь представляет собой постепенное изменение первичных минералов, что приводит к образованию новых форм кристаллических решеток. Вторичные минералы могут возникать также путем синтеза из простых продуктов распада первичных минералов: полевых шпатов, амфиболов, вулканических стекол и т.д. Образующиеся при распаде вещества вступают между собой в реакции взаимодействия, продукты которых выпадают в осадок.

Скорость разрушения первичных и механизм образования вторичных минералов зависят от ряда факторов: 1) особенности первичного минерала (кристаллическая структура, степень дисперсности, химический состав и т.д.), 2) сочетание первичных минералов, 3) температуры, 4) влажности, 5) реакции среды, 6) условий выноса продуктов выветривания, 7) жизнедеятельности организмов.

Основные породы разрушаются быстрее кислых и поэтому продукты их выветривания в большей мере обогащены каолинитом. Сухой и холодный климат замедляет разрушение минералов, а теплый и влажный - ускоряет. В условиях промывного режима происходит вымывание щелочей, щелочноземельных оснований, кремнезема, и, как следствие, из гидрослюд и монтмориллонита образовывается каолинит и галлузит.

Так как в различных гранулометрических фракциях преобладают различные минералы, поэтому рыхлые породы, подвергаясь сортировке по фракциям, сортируются также по минералогическому составу. Например, в песках содержатся в основном, первичные минералы (кварц, полевые шпаты), в глинах - вторичные, в суглинках - смесь первичных и вторичных. Минералогический состав илистой фракций (< 0,001мм) резко отличается от состава более крупных фракций. Из первичных минералов в этой фракции встречается главным образом кварц, который из-за химической устойчивости может сохраниться в виде очень мелких частиц, другие минералы этой группы присутствуют в очень малых количествах. В данной фракции сосредотачивается основная масса вторичных алюмосиликатов.

Химический состав почв тесно зависит от состава почвообразующих пород. Химические элементы, входящие в состав литосферы, содержатся в ней в неодинаковых количествах. При этом состав литосферы значительно отличается от состава почвы (табл.4)

Литосфера почти на половину состоит из кислорода - 47,2%, второе место занимает Si - 27,6%, потом Al - 8,8% и Fe - 5,1%. Калий, кальций, магний составляют по 2-3%, остальные химические элементы составляют менее 1%.

Почвы, по химическому составу, значительно отличаются от литосферы. В них более высокое среднее содержание О и Н, в 20 раз больше С, в 10 - N, меньше, чем в литосфере -Al, Fe, Ca, Na, K и Mg. Состав почв относительно почвообразующих пород более динамичен.

Таблица 4. Среднее содержание химических элементов в литосфере и почвах, в весовых % (по Виноградову, 1950)

Элементы	Литосфера	Почва	Элементы	Литосфера	Почва
O	47,2	49,0	C	(0,1)	2,0
Si	27,6	33,0

Подобные документы

• Природные условия формирования, особенности морфологического строения и свойства почвы (участок 71, разрез №71-10)

  Факторы почвообразования; исследование физической структуры, механического и химического состава разреза. Местоположение и природные условия участка. Строение и морфологические свойства почвы; комплексная оценка: содержание гумуса, СО2, реакция раствора.
  
  курсовая работа [408,5 K], добавлен 15.05.2015
  

• Почвы луговых и лугово-разнотравных степей

  История изучения черноземов в России и его значение для развития почвоведения. Положения монографии "Русский чернозем" В.В. Докучаева, методы исследования почв и управления их плодородием. Биоклиматические особенности зональных и региональных областей.
  
  презентация [1,8 M], добавлен 05.02.2012
  

• Почвы пустынь

  Общие условия почвообразования в пустыне. Морфологические особенности автоморфных почв пустынь. Генетические особенности серо-бурых почв, их минеральный состав и химический анализ. Солончаки — характерное гидроморфное почвенное образование пустынь.
  
  презентация [4,7 M], добавлен 05.02.2012
  

• Черноземные почвы

  Характеристика чернозема, его структура, типы, свойства. Описание областей распространения плодородных равнин в мире, содержащих в составе почвы чернозем. Причины и условия образования чернозема согласно В.В. Докучаеву, ценность для сельского хозяйства.
  
  реферат [13,0 K], добавлен 17.11.2010
  

• Значение почвы для человеческого общества

  Почва как один из основных источников продуктов питания. Понятие плодородия почвы: обеспечение нормального роста и развития естественных и культурных растений. Условия, необходимые для нормального развития растений, основные элементы питания.
  
  презентация [4,4 M], добавлен 17.04.2012
  

• Физико-механические свойства почвы

  Физические и механические свойства почвы, представляющей собой совершенно особое природное образование, обладающей только ей присущим строением, составом, свойствами. Расчет содержания физического песка и физической глины. Диапазон активной влаги в почве.
  
  курсовая работа [82,1 K], добавлен 07.01.2017
  

• Почвы сухих и полупустынных степей

  Разнообразие материнских пород сухих и полупустынных степей. Отличительные особенности: незначительная густота стояния растений и ярко выраженная комплексность. Агрономическая оценка каштановых и бурых почв, мероприятия, повышающие их плодородие.
  
  презентация [2,7 M], добавлен 08.11.2011
  

• Защите склонов и оврагов от эрозии

  Анализ эрозии, которая ведет к смыву и размыву почвы и служит причиной развития оврагов. Определение класса капитальности сооружения и объёма поверхностного стока. Фильтрационный расчёт водозадерживающего вала. Особенности крепления ковша за рисбермой.
  
  реферат [333,5 K], добавлен 13.01.2012
  

• Сравнительный анализ земледелия в Новгородской и Саратовской областях

  Особенности факторов формирования сельского хозяйства в Новгородской и Саратовской областях, почвы и климат, состав населения, структура сельскохозяйственных угодий. Сравнительный анализ урожайности культур и поголовья крупного рогатого скота регионов.
  
  курсовая работа [148,9 K], добавлен 10.12.2012
  

• Физико-географическое описание Башкирии

  Физико-географическое положение и границы Республики Башкортостан. Многообразие природных факторов, включающих геологическое строение, геоморфологические, климатические и гидрологические условия, почвы и типы растительности. Реки и животный мир Башкирии.
  
  реферат [73,6 K], добавлен 26.11.2010
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам