Превращение горной породы в почву

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Контрольная работа по почвоведению.

Выполнил:

ФИО

Факультет: Природообустройство

Специальность: Городской кадастр

Шифр:

Проверила:

Барнаул, 2010 год



СОДЕРЖАНИЕ

1. Биологическое выветривание минералов и горных пород, значение в почвообразовании

2. Какие типы почвообразующих пород имеют наибольшее

распространение в РФ, Алтайском крае

3. Структура почвы. Формы и величины структурности, понятие «водопрочности» почвенных агрегатов, мелиоративная ценность

4. Почвы, насыщенные и насыщенные основаниями. Реакция почвы. Мероприятия по регулированию кислой и щелочной реакции почв

5. Свободные формы воды, методы их регулирования

6. Тепловые свойства почвы, теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность

7. Поименные почвы. Почвообразовательный процесс в долинах и поймах рек

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



1. Биологическое выветривание минералов и горных пород, значение в почвообразовании.

Рассмотрим процессы превращения горной породы в почву. Так как почвообразовательный процесс совершается при непременном участии живых организмов, можно сказать, что образование почв началось тогда, когда появились жизнь на Земле. Этому предшествовали процессы физического и химического выветривания плотных горных пород, находящихся на земной поверхности. В тонкой поверхностной корочке выветривающейся плотной горной породы поселились первые живые организмы (микроорганизмы) и начался почвообразовательный процесс, который получил название первичного почвообразовательного процесса.

С тех пор прошли миллионы лет. Плотные горные породы в результате выветривания превратились в рыхлые осадочные обломочные горные породы. На них также образовывались почвы, но в результате геологической деятельности ветра, моря, ледников, талых и дождевых вод и т. д. они уничтожались, перемешивались с рыхлыми массами пород и откладывались в виде новых осадочных обломочных пород. Эти процессы совершались многократно. Почвообразовательный процесс на них начинался снова, но постепенно в таких породах стали отчетливо проявляться «почвенные» признаки, которые получили развитие при современном почвообразовании.

Уделим особое внимание рассмотрению общей схемы современного почвообразовательного процесса на осадочных обломочных смешанных горных породах, отложенных на равнинных территориях России в последнее геологическое время. Известно, что бесплодные рыхлые горные породы, превращаясь в почвы, претерпели большие качественные изменения, но у всех у них, несмотря на различия в минералогическом составе, сформировался общий качественный признак -- плодородие, т.е. способность производить урожай растений. В каждой природной зоне в зависимости от конкретных природных условий, названных В. В. Докучаевым факторами почвообразования -- растительности и животных организмов, климата, материнских пород, рельефа и продолжительности течения процессов почвообразования, сформировались разные как по внешнему виду, так и по уровню плодородия почвы.

ЭТАПЫ ИЗМЕНЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, В РЕЗУЛЬТАТЕ КОТОРЫХ СФОРМИРОВАЛИСЬ СОВРЕМЕННЫЕ ПОЧВЫ

Начальный этап изменений, или первичный почвообразовательный процесс.

Второй этап изменений характеризовался дальнейшим выветриванием горных пород с образованием рыхлых осадочных пород и накоплением в них «почвенных» признаков в результате последующих (за первичным) почвообразовательных процессов и неоднократного переотложения преобразованных пород ветром, морем, реками, ледниками, ледниковыми, талыми и дождевыми водами с образованием новых рыхлых пород.

Завершающий этап -- образование современных почв и их качественного признака -- плодородия.

ВТОРОЙ ЭТАП ИЗМЕНЕНИЙ ГОРНЫХ ПОРОД

В горных породах продолжало накапливаться органическое вещество как результат древних почвообразовательных процессов, развивалась поглотительная способность. Благодаря рыхлости пород в них постоянно содержались воздух и вода, что создавало условия для активного химического выветривания составляющих пород минералов; возросли количество и доступность живым организмам минеральных элементов; формировались водные растворы различного ионного состава, которые передвигались в толще рыхлых пород, вступая в химические реакции; изменился температурный режим рыхлых пород по сравнению с плотными породами и т. д. Рыхлые осадочные обломочные породы с дочетвертич-ными почвами в последний четвертичный геологический период подверглись очередному переотложению ледниками, ледниковыми, талыми и дождевыми водами, ветром, морем, реками. Образовались новые почвообразующие породы

2. Какие типы почвообразующих пород имеют наибольшее распространение в РФ, Алтайском крае?

Земельные ресурсы России разного назначения по плодородию, увлажнению, тепловым характеристикам ограничены и требуют дополнительных затрат при использовании.

Примерно 50 % площади пахотных угодий характеризуются недостаточностью тепловых ресурсов для возделывания таких культур, как сахарная свекла, кукуруза на зерно, подсолнечник, и других теплолюбивых культур. Около 10 % пашни находится на территориях, крайне слабо обеспеченных влагой, с вероятностью сухих и засушливых лет более 80 %.

Сочетание достаточной теплообеспеченности с удовлетворительным увлажнением отмечается менее чем для 10 % пашни.

Примерно 75 % пашни находится на почвах черноземных, серых лесных, темно-каштановых, лугово-черноземных, пойменных -- потенциально плодородных. Однако фактически плодородие этих почв часто невысокое из-за неблагоприятного сочетания условий увлажнения, теплообеспеченности, проявления негативных явлений, связанных с деятельностью человека.

Так, на большей части пахотных угодий России за последние 20 лет отмечалось снижение содержания гумуса в пахотном слое почв (за счет эрозии, дефляции, дегумификации).

Водной эрозии подвержено (по неполным данным) до 30 млн га пашни (23 %). Ежегодно эти площади возрастают на 400--500 тыс. га.

Десятки тысяч гектаров пашни ежегодно разрушаются оврагами. Общая площадь под оврагами достигла 2,5 млн га. В ряде районов южной части Нечерноземья России, областей Центрально-Черноземной зоны, Поволжья, Алтайского края площади эродированных земель на пашне достигают 50 % и более.

Около 10% пашни России в значительной степени дефлировано.

Применение тяжелой сельскохозяйственной техники, низкая культура земледелия на большей части пахотных угодий вызывают переуплотнение почв, ухудшение структуры, водно-воздушного режима. На почвах сильноуплотненных снижение урожая достигает 50 %.

Из всей площади пахотных угодий 4,5 % приходится на орошаемые, на значительной части которых наблюдаются вторичное засоление, осолонцевание, уплотнение и др. По этим причинам ежегодно часть орошаемых пахотных земель списывают и переводят в другие земельные угодья.

Площади осушенных земель пахотных угодий составляют всего 2 % общей площади пашни.

Площади солонцовых комплексов занимают среди пахотных угодий 8--9 %; увеличиваются площади засоленных земель.

Значительное техногенное загрязнение наблюдается на площади 4 млн га пахотных земель. В Брянской, Челябинской и других областях отмечено на значительных площадях радиоактивное загрязнение.

Загрязнение и уплотнение почв отрицательно влияют на почвенную биоту. Численность многих полезных почвенных микроорганизмов, дождевых червей сократилось в несколько десятков раз. Их место заняли более стойкие микроскопические грибы, оказывающие токсичное действие на сельскохозяйственные растения.

Площади естественных кормовых угодий в России составляют около 88 млн га, из них 26 % сенокосов и 74 % пастбищ. Орошается около 0,5 % кормовых угодий; на осушенных землях расположено около 2,5 % этих угодий.

Примерно половина сенокосов находится в лесостепных и таежных регионах Сибири и Дальнего Востока. Почти 50 % пастбищ расположено в засушливых регионах юго-востока европейской части России и Юго-Западной и Восточной Сибири.

Плодородие почв кормовых угодий преимущественно низкое. 15 % их расположено на черноземах, неудобных по рельефу. Около 10 % сенокосов и около 20 % пастбищ находится на солонцовых комплексах, а более 11 % кормовых угодий расположено на засоленных землях. Каждый пятый гектар кормовых угодий подвержен эрозии и дефляции. К этому следует добавить, что около 36 % сенокосов и 30 % пастбищ расположено на кислых почвах, более 8 % почв кормовых угодий заболочено. Продуктивность естественных кормовых угодий крайне низкая, в среднем в 3--4 раза ниже продуктивности кормовых культур на пашне.

Лесопокрытые территории занимают 54 % площади России. В северных природных зонах лимитирующими факторами плодородия лесных почв являются недостаток тепла, заболоченность, вечная мерзлота, малая мощность почвенного профиля, кислотность, бедность питательными веществами. В более южных зонах почвы под лесами плодороднее, но леса здесь занимают небольшие площади.

Вырубка леса с применением тяжелой техники приводит к серьезным нарушениям почвенного покрова. В горных условиях она способствует интенсивному развитию эрозии почв. Значительный ущерб почвам наносят лесные пожары. Оленьи пастбища составляют около 20 % территории тундровой зоны. Почвы здесь в основном мерзлотные, малоплодородные, чрезвычайно ранимые.

3. Структура почвы. Формы и величины структурности, понятие «водопрочности» почвенных агрегатов, мелиоративная ценность.

Почвенная структура

Это агрегаты, на которые распадается твердая фаза почвы. Они морфологически различаются по форме, размеру и свойствам, состоят из склеенных природными «цементами» частиц песка, пыли и ила. Основными природными клеящими веществами являются гумус, наиболее дисперсная часть ила, гидроксиды железа и алюминия, бикарбонат кальция.

В таблице 7 приводится классификация почвенной структуры, основы которой заложены С. С. Захаровым. По размеру различают три группы агрегатов: макроструктура (>10мм), мезоструктура (0,25--10 мм) и микроструктура (< 0,25 мм).

Для каждого генетического горизонта суглинистых и глинистых почв, а следовательно, и для почвенного профиля характерна определенная структура. В супесчаных почвах структура выражена плохо, а песчаные почвы бесструктурные. Глыбистая структура характерна для пахотных, глеевых и переходных к материнской породе горизонтов, комковатая и зернистая структура -- для гумусовых горизонтов, ореховатая -- для иллювиальных и солонцеватых горизонтов, пылеватая -- для гумусовых горизонтов старопахотных или интенсивно обрабатываемых почв, призматическая -- для иллювиальных и солонцеватых горизонтов, столбчатая -- для солонцовых горизонтов, плитовидная -- для элювиальных горизонтов.

В генетических горизонтах большей частью встречается не один вид структуры, поэтому ее принято называть по преобладанию одного или двух видов агрегатов, например мелкоореховатая, комковато-глыбистая, пылевато-комковатая и т. п. (при двойном обозначении структуры на второе место ставят название структуры, которой больше всего в горизонте).

Образование того или иного вида структуры связано с процессами почвообразования. Так, плитовидная структура в элювиальных горизонтах сформировалась в результате процессов оподзоливания и осолодения, зернистая и комковатая --в результате дернового почвообразовательного процесса. В агрономическом отношении лучшими считаются комковатая и зернистая структуры, так как они обеспечивают наиболее благоприятные водные и воздушные свойства почв. Кроме того, ценится структура, обладающая водопрочностью, т. е. способностью не расплываться в воде, сохраняя свою форму. Структуру принято также характеризовать по связности (в сухом состоянии), т. е. способности противостоять механическому (физическому) разрушению. Связность структуры имеет прямую связь с гранулометрическим составом: чем он тяжелее, тем выше связность.

В полевых условиях важно охарактеризовать внешние признаки увлажненности почв. Это позволяет сделать предположение о наличии капиллярного подъема воды в почвенный слой от горизонта почвенно-грунтовых вод, выявить присутствие свободной воды в профиле почв, влияющей на развитие восстановительных процессов, определить глубину промачивания почв после дождя или глубину иссушения почв в засушливый период лета и т. д.

В полевых условиях выделяют пять групп внешних признаков влажности почвенных горизонтов (суглинистого и глинистого гранулометрических составов).

1. Почвенный горизонт сухой -- образец почвы из горизонта,

помещенный на ладонь, не холодит руку, после его сжатия в руке

он рассыпается.

Почвенный горизонт свежий -- образец почвы холодит руку, после его сжатия в руке комок почти не рассыпается.

Почвенный горизонт влажный -- образец почвы при сжатии в руке хорошо держит форму, но раскатать его в шнур не удается; лист фильтровальной бумаги, приложенный к почве, сыреет.

Почвенный горизонт сырой -- образец почвы легко формуется, из него можно легко скатать шарик и раскатать его в шнур.

Почвенный горизонт мокрый -- из него сочится вода.

Эти внешние признаки влажности почв с некоторой корректировкой можно также использовать для песчаных и супесчаных почв.



4. Почвы, насыщенные и насыщенные основаниями. Реакция почвы. Мероприятия по регулированию кислой и щелочной реакции почв.

Количество коллоидов в почвах различно и составляет от 1--2 до 30--40 % массы почвы. Образуются почвенные коллоиды при раздроблении более крупных частиц в процессе выветривания путем поликонденсации в процессах почвообразования и образования гумуса, а также при химических реакциях между продуктами выветривания и почвообразования.

Коллоиды как двухфазная система состоят из дисперсной фазы (коллоидные частицы) и дисперсионной среды (почвенный раствор). Свойства почвенных коллоидов обусловлены их размерами, составом и строением.

Небольшие размеры коллоидов определяют огромную суммарную и удельную поверхность, что можно представить на примере суммарной и удельной поверхности при дроблении длины сторон куба

От размеров удельной поверхности зависит величина поверхностной энергии, с которой связаны явления сорбции паров воды, газов и молекул других веществ. С поверхностной энергией дисперсных тел связан тепловой эффект -- выделение тепла при их смачивании, который называется теплотой смачивания.

Состав почвенных коллоидов представлен минеральными, органическими и органоминеральными соединениями.

К минеральным коллоидам относятся глинные минералы, коллоидные формы кремнезема, оксиды железа и алюминия. Органические коллоиды представлены в основном веществами гумусовой и белковой природы. В коллоидно-дисперсном состоянии могут находиться полисахариды и другие органические соединения. Органоминеральные коллоиды представлены преимущественно соединениями гумусовых веществ с глинными минералами и осажденными формами оксидов железа и алюминия.

Поглотительная способность этих трех групп соединений проявляется в разной степени и обусловлена не только удельной поверхностью, но и строением коллоидов, наличием двойного электрического слоя ионов на границе раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Общая схема строения коллоида приведена на рисунке 5.

Коллоидную частицу, по предложению Г. Вигнера, называют мицеллой. Ядро мицеллы представляет собой агрегат недиссоциированных молекул какого-либо вещества. Например, глинные минералы (каолинит, монтмориллонит и др.), гуминовые кислоты, коллоидные формы кремнезема и др. На границе с дисперсионной средой в результате диссоциации внешних молекул ядра или поглощения ионов из дисперсионной среды, на поверхности ядра формируется двойной электрический слой ионов (ионогенный слой). Он состоит из внутреннего потенциалопределяющего слоя прочно связанных с ядром неподвижных ионов и внешнего слоя компенсирующих противоположно заряженных ионов. Ядро с потен-циалопределяющим слоем ионов называется гранулой, гранула и слой компенсирующих ионов -- частицей. Часть ионов компенсирующего слоя прочно связана с потенциалопределяющим слоем, часть его диффундирует в почвенный раствор, образуя внешний, или диффузный, слой.

В результате диффузии внешнего слоя между потенциалопределяющим и диффузным слоями возникает разность потенциалов, которая обусловливает заряд коллоидной частицы и называется электрокинетическим или дзета-потенциалом. Величина дзетапотенциала колеблется от 0 до 40--60 мВ. Когда электрокинетический потенциал равен 0, коллоид находится в электронейтральном, или изоэлектрическом, состоянии, называемом изоэлектрической точкой коллоида.

В зависимости от состава ионов в потенциалопределяющем слое коллоиды могут иметь отрицательный, положительный или переменный заряды. Коллоиды, содержащие в потенциалопределяющем слое анионы, заряжены отрицательно и называются ацидоидами, содержащие в потенциалопределяющем слое катионы заряжены положительно и называются базоидами. Коллоиды, способные менять характер диссоциации молекул двойного электрического слоя ионов в зависимости от реакции среды, имеют переменный заряд и ведут себя как базоиды или как ацидоиды. Такие коллоиды получили название амфолитоидов.

Согласно правилу Маттсона, если два соединения при диссоциации дают один общий ион, то они взаимно подавляют диссоциацию друг друга.

В условиях кислой среды, когда в растворе много Н⁺-ионов и мало ОН~-ионов, амфолитоиды ведут себя как основания:

А1(ОН)₃=ггА1(ОН)2 +ОН". Базоид

При щелочной реакции, наоборот, высокая активность ОН~"-ионов в растворе будет подавлять диссоциацию по основному типу и тот же коллоид А1(ОН)₃ диссоциирует как кислота:

А1(ОН)₃^АЮ(ОН)₂" + Н⁺. Ацидоид

Так же ведут себя при изменении реакции и коллоиды гидроксидов железа.

При определенной реакции среды диссоциация амфолитоидов идет в равной степени как по основному, так и по кислотному типу. Коллоидная система в этом случае будет электронейтральной, а величина рН называется изоэлектрической.

Считается, что большинство почвенных коллоидов -- ацидоиды, в диффузном слое которых находятся катионы, способные к обменным реакциям; присутствуют амфолитоиды; типичных базоидов в почве нет.

К ацидоидам относят большинство минеральных, органических и органо-минеральных коллоидов. Это глинные минералы, коллоидные формы кремнезема, гумусовые кислоты, соединения гумусовых кислот и их производных с минеральной частью почвы.

К амфолитоидам относят группы минеральных высокодисперсных форм гидроксидов железа и алюминия, некоторых глинных минералов (монтмориллонит и др.), а также органических коллоидов, представленных белковыми веществами, в основном плазмой микроорганизмов, изоэлектрическая величина рН которых равна 4--4,5, для гидроксидов железа --7,1 и для гидроксидов алюминия -- 8,1.

Наличие заряда обусловливает электрокинетические свойства почвенных коллоидов. К ним относят коагуляцию и пептизацию коллоидной системы.

В зависимости от наличия или отсутствия заряда коллоиды могут находиться в состоянии золя или геля.

Золь -- коллоидный раствор. Обусловлен наличием заряда в коллоидной системе; представляет состояние коллоидно раздробленного вещества, рассеянного в дисперсионной среде.

Гель -- коллоидный осадок. При отсутствии заряда в коллоидной системе дисперсная фаза укрупняется и отделяется от дисперсионной среды.

Коагуляция -- переход коллоида из состояния золя в состояние геля. Коагуляция может происходить под действием электролитов, при взаимодействии двух противоположно заряженных коллоидных систем, при высушивании или замораживании почв, сопровождающихся дегидратацией. Коагуляция -- положительный процесс. В скоагулированном (осажденном) состоянии могут находиться, например, органические коллоиды в результате их взаимодействия с поливалентными катионами. Коагуляция способствует образованию почвенной структуры, уменьшению связности тяжелых по гранулометрическому составу почв, сохранению от вымывания коллоидов, обусловливающих важнейшие агрономические свойства почвы.

Пептизация -- переход от состояния геля в состояние золя. Она связана с восстановлением заряда коллоидной системы, повышением ее дзета-потенциала, обусловленным главным образом действием растворов щелочей и гидролитически щелочных солей. Например, за счет образования гумусовых солей щелочных металлов, чаще всего натрия. При пептизации разрушается структура, коллоиды распыляются и приобретают способность к передвижению по почвенному профилю; верхние горизонты почв обедняются коллоидами, что отрицательно сказывается на многих агрономически важных свойствах почвы.

Коллоиды почвы обладают способностью поглощать молекулы воды. Эта способность называется гидратацией коллоида. Гидрофобные коллоиды практически не гидратируются, почвы характеризуются плохой смачиваемостью, при насыщении почвы высокогидратированными катионами происходит пептизация почвенных коллоидов.

5. Свободные формы воды, методы их регулирования.

Вода в почвах неоднородна. Разные ее количества имеют неодинаковые физические свойства (термодинамический потенциал, теплоемкость, плотность, вязкость, химический состав, осмотическое давление и т. д.), обусловленные взаимодействием молекул ВОДЫ между собой и с другими фазами почвы (твердой, жидкой, газообразной). Количества почвенной воды, обладающие одинаковыми свойствами, получили название категорий или форм почвенной воды

Согласно классификации, разработанной А. А. Роде (1965), в почвах различают пять категорий (форм) почвенной воды: твердую, химически связанную, парообразную, сорбированную и свободную.

Твердая вода --лед. Эта категория воды является потенциальным источником жидкой и парообразной воды. Появление воды в форме льда может иметь сезонный (сезонное промерзание почвы) или многолетний («вечная» мерзлота) характер. Лед переходит в жидкое и парообразное состояние при температуре воды выше 0'С.

Химически связанная вода входит в состав химических соединений (минералов) в виде гидроксильной группы --так называемая конституционная вода [Fe(OH)₃, А1(ОН)₃] или целыми молекулами -- кристаллизационная вода (CaS0₄ * 2Н2О, Na₂S0₄ 10Н₂О). Конституционную воду удаляют из почвы прокаливанием при температуре 400--800 "С, кристаллизационную -- при нагревании почвы до 100--200 °С. Химически связанная вода -- важный показатель состава почвы; она входит в состав твердой фазы почвы и не является самостоятельным физическим телом, не передвигается, не обладает свойствами растворителя и недоступна растениям.

Парообразная вода содержится в почвенном воздухе, в порах, свободных от воды, в форме водяного пара. Парообразная влага может передвигаться вместе с током почвенного воздуха, а также диффузно из мест с большей упругостью водяного пара в места с меньшей упругостью.

Несмотря на то что общее количество парообразной воды не превышает 0,001 % массы почвы, она играет большую роль в перераспределении почвенной влаги и предохраняет корневые волоски растений от пересыхания.

Конденсируясь, пар переходит в жидкую воду. В почве парообразная влага передвигается от теплых слоев к более холодным. В связи с этим возникают восходящие и нисходящие сезонные и суточные потоки водяного пара. За счет восходящего передвижения водяного пара в зимнее время в метровом слое почвы засушливых районов аккумулируется до 10--14 мм влаги.

Физически связанная, или сорбированная, вода образуется путем сорбции парообразной и жидкой воды на поверхности твердых частиц почвы. Физически связанную воду в зависимости от прочности связи с твердой фазой почвы подразделяют на прочносвязанную и рыхлосвязанную (пленочную). Прочносвязанная (гигроскопическая) вода образуется в результате адсорбции молекул воды из парообразного состояния на поверхности твердых частиц почвы. Свойство почвы сорбировать парообразную воду называют гигроскопичностью воды, а сорбированную воду -- гигроскопической. Прочносвязанная ни роскопическая вода удерживается на поверхности почвенных частиц очень высоким давлением, образуя вокруг почвенных частиц тончайшие пленки.

По физическим свойствам гигроскопическая вода приближается к твердым телам. Она обладает высокой плотностью (1,5-- 1,8 г/см³), низкой электропроводностью, не растворяет вещества, отличается повышенной вязкостью, замерзает при температуре ОТ -4 до --78 °С, недоступна растениям.

Предельное количество воды, которое может быть поглощено почвой из парообразного состояния при относительной влажности воздуха, близкой к 100 %, называют максимальной гигроскопической (МГ) водой. При влажности почвы, равной МГ, толщина пленки из молекул воды достигает 3--4 слоев.

Величины гигроскопичности и МГ зависят от гранулометрического и минералогического составов, содержания гумуса. Чем больше в почве илистой, особенно коллоидной, фракции и гумуса, тем выше гигроскопичность и МГ.

В минеральных слабогумусированных песчаных и супесчаных почвах максимальная гигроскопичность колеблется от 0,5 до 1 %. В сильногумусированных суглинистых и глинистых почвах максимальная гигроскопичность может составлять 15--16%, а в торфах--до 30--50%.

Однако за счет поглощения парообразной воды сорбционные силы поверхности почвенных частиц не исчерпываются, даже если влажность почвы достигает максимальной гигроскопичности. При соприкосновении частиц почвы с водой происходит дополнительное ее поглощение и образуется рыхлосвязанн ая, или пленочная, вода. Она удерживается почвенными частицами менее прочно, очень медленно передвигается от почвенных частиц с большей пленкой к частицам с меньшей пленкой. Толщина пленки достигает нескольких десятков молекул воды и может превышать величину максимальной гигроскопичности в 2--4 раза. Пленочная влага имеет плотность несколько выше плотности свободной воды, обладает пониженной растворяющей способностью, замерзает при температуре --1,5...--4 °С, частично доступна для растений.

Свободная вода -- это вода, содержащаяся в почве сверх рыхлосвязанной. Она не связана силами притяжения с почвенными частицами. Различают две формы свободной воды в почве: капиллярную и гравитационную.

Капиллярная вода находится в тонких капиллярных порах почвы и передвигается в них под влиянием капиллярных сил, возникающих на поверхности раздела твердой, жидкой и газообразной фаз. Эта вода наиболее доступна растениям.

В зависимости от характера увлажнения различают капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую воду. При увлажнении почвы сверху атмосферными осадками или оросительными водами формируется капиллярно-подвешенная вода. При увлажнении почвы снизу за счет грунтовых вод в почве образуется капиллярно-подпертая вода. Зону капиллярного насыщения над грунтовой водой называют капиллярной каймой (КК).

Гравитационная вода размещается в крупных некапиллярных порах, свободно просачивается вниз по профилю под действием силы тяжести. Различают гравитационную воду просачивающуюся и влагу водоносных горизонтов. Последняя над водоупорным слоем образует почвенные и грунтовые воды, а также временный горизонт верховых вод.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА

Каждой почвенно-климатической зоне присущи те или иные типы водного режима почв, которые в зависимости от особенностей возделываемых культур требуют соответствующих мероприятий по его регулированию.

В таежно-лесной почвенно-климатической зоне и в других зонах, где наблюдается избыточное увлажнение почв, используют различные агротехнические приемы, направленные на отвод избыточной влаги из верхних горизонтов почвы: грядкование и гребневание, нивелировку микро- и мезопонижений. При необходимости проводят осушение открытыми канавами, закрытым дренажем, обвалованием, кольматажем и другие мелиоративные приемы.

Избыточное увлажнение можно устранить созданием мощного, хорошо окультуренного пахотного слоя и рыхлением подпахотного горизонта, что обеспечивает повышение влагоемкости почвы и просачивание влаги в нижние слои. Эта влага в засушливые критические периоды вегетации служит дополнительным резервом для выращиваемых растений.

В таежно-лесной зоне иногда бывают засушливые годы, когда сельскохозяйственные культуры из-за недостатка продуктивной влаги резко снижают урожаи. Например, в Московской области из 100 лет 29 бывают засушливыми, 23 -- избыточно влажными, 48 -- нормальными. Поэтому даже в этой зоне в отдельные годы целесообразно накопление и сбережение влаги атмосферных осадков.

В зонах лесостепи и степи с неустойчивым и недостаточным увлажнением почв основные задачи по регулированию водного режима сводятся к накоплению, сохранению и продуктивному использованию влаги выпадающих осадков для поддержания необходимой обеспеченности возделываемых культур. В этих зонах большое значение приобретают мероприятия, направленные на ослабление поверхностного стока воды, снегозадержание, уменьшение физического испарения воды из почвы.

Важная роль принадлежит системе обработки почвы, чистым парам, борьбе с сорняками, лесополосам. Так, зяблевая обработка почвы, обеспечивая рыхлое строение пахотного слоя, способствует лучшему поглощению дождевых и талых вод, уменьшает поверхностный сток и снижает потери влаги на физическое испарение. Это улучшает влагообеспеченность сельскохозяйственных культур и повышает их урожай.

В засушливых районах Заволжья, Западной Сибири эффективны кулисные пары, способствующие увеличению запасов продуктивной влаги в метровом слое до 50 мм и более (Шульгин). Непроизводительные потери влаги на физическое испарение существенно уменьшаются при проведении весеннего боронования полей, а также при рыхлении поверхностных горизонтов почвы после дождей, предупреждающих образование корки. Послепосевное прикатывание почвы изменяет плотность поверхностного слоя пахотного горизонта по сравнению с остальной его массой. Разность плотностей почвы обусловливает капиллярный подток влаги из нижележащего слоя и помогает возникновению конденсации водяных паров воздуха. Применение минеральных и органических удобрений способствует более экономичному использованию влаги; водопотребление в расчете на 100 кг зерна снижается в среднем на 26 % (Листопадов, Шапошникова).

В овощеводстве для сохранения влаги широко применяют мульчирование почвы различными материалами.

В пустынно-степной и пустынных зонах основной способ регулирования водного режима -- орошение. При орошении особенно важно стремиться к уменьшению непродуктивных потерь воды для предотвращения вторичного засоления. Оптимизация водно-физических свойств почв, их структурного состояния способствует улучшению влагообеспеченности растений в различных почвенно-климатических зонах.

6. Тепловые свойства почвы, теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность.

Тепло -- необходимый фактор жизни и роста растения. С ним связаны важнейшие биологические и абиотические процессы, протекающие в почве и определяющие развитие почвообразования и плодородия: интенсивность химических реакций, процессы физического выветривания, деятельность микроорганизмов и почвенной фауны, прорастание семян и рост растений, процессы обмена веществом и энергией.

Знание закономерностей формирования теплового режима почв необходимо для его направленного регулирования с целью создания наиболее благоприятных условий для продуктивности возделываемых растений

Приток лучистой солнечной энергии к поверхности почвы зависит от широты и рельефа местности, состояния поверхности почвы (покрытие растительностью), а также времени года и суток и состояния атмосферы (ясно, пасмурно и пр.). В Северном полушарии суммарный приток солнечной радиации увеличивается при движении с севера на юг. Наибольший приток солнечной радиации получают южные склоны, наименьший -- северные.

Наряду с условиями, определяющими приток солнечной энергии, важное значение в формировании теплового режима почвы (поглощение тепла, нагревание и охлаждение) имеют тепловые свойства почвы. К тепловым свойствам почвы относятся теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность -- способность почвы поглощать лучистую энергию Солнца. Она характеризуется величиной альбедо (А). Альбедо -- количество коротковолновой солнечной радиации, отраженной поверхностью почвы и выраженное в % общей величины солнечной радиации, достигающей поверхности почвы. Чем меньше альбедо, тем больше поглощает почва солнечной радиации. Оно зависит от цвета, влажности, структурного состояния, выравненное поверхности почвы и растительного покрова.

Приведем альбедо (%) различных почв, пород и растительных покровов (Чудновский, 1959): чернозем сухой -- 14, чернозем влажный -- 8, серозем сухой -- 25--30, серозем влажный -- 10--12, глина сухая -- 23, глина влажная -- 16, песок белый и желтый -- 30--40, пшеница яровая -- 10--25, пшеница озимая -- 16--23, травы зеленые --26, травы высохшие--19, хлопчатник -- 20--22, рис -- 12, картофель -- 19.

Темно-каштановая почва (черноземы и др.) поглощает больше солнечной радиации, чем светло-каштановые (подзолистые, сероземы и др.); влажная -- больше, чем сухая. Теплоемкость -- свойство почвы поглощать тепло. Характеризуется количеством тепла в джоулях (калориях), необходимого для нагревания единицы массы (1 г) на 1 "С -- весовая (или удельная) теплоемкость или объемная -- в 1 см³ на 1 °С; зависит от минералогического, гранулометрического составов, содержания органического вещества, влажности, пористости почвы воздуха. Теплоемкость воды равна 1,000 кал, торфа --0,477, глины -- 0,233 и песка -- 0,196 кал. Из этих данных видно, что вода -- наиболее теплоемкий компонент почвы по сравнению с минеральными и органическими ее частями. Поэтому для повышения температуры влажной почвы требуется больше тепла, чем для сухой. Влажные почвы медленнее нагреваются и медленнее охлаждаются, чем сухие. Глинистые почвы как более теплоемкие во влажном состоянии нагреваются весной медленнее по сравнению с песчаными. Осенью при большем увлажнении они медленнее охлаждаются и становятся теплее песчаных. В связи с этим, изменяя влажность и пористость почвы поливами и обработкой, можно в определенных пределах регулировать температуру почвы. Теплопроводность -- способность почвы проводить тепло. От нее зависит скорость передачи тепла от одного слоя к другому, а следовательно, и способность почвы быстрее или медленнее нагреваться или охлаждаться в определенной толще ее профиля. Она измеряется количеством тепла в джоулях (калориях), которое проходит за 1 с через 1 см² слоя почвы толщиной в 1 см. Отдельные составные части почвы имеют разную теплопроводность. Минимальной теплопроводностью обладает воздух (0,00006 кал), затем торф (0,00027 кал) и вода (0,00136 кал). Теплопроводность минеральной части почвы в среднем в 100 раз выше, чем воздуха, и в 28 раз, чем воды.

Поскольку в почве наряду с ее твердой (органической и минеральной) фазой в порах присутствуют воздух и вода, то теплопроводность сильно зависит от влажности почвы и содержания в ее порах воздуха. Поэтому чем влажнее почва, тем выше ее теплопроводность, а чем рыхлее, тем ниже.

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ

Совокупность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла называют тепловым режимом почвы. Основным показателем теплового режима почвы, который характеризует ее тепловое состояние, является температура генетических горизонтов почвенного профиля.

Поскольку приток лучистой солнечной энергии связан с его суточными и годовыми ритмами, то и для температуры почвы характерны суточные и годичные закономерности ее изменения (рис. 6 и 7).

Суточный ход температуры. Днем поверхность почвы нагревается и максимальная ее температура наблюдается около 13 ч. Затем происходит постепенное охлаждение почвенной поверхности, и минимум ее температуры отмечается перед восходом солнца. По мере нагревания поверхности почвы происходит передача тепла и в более глубокие слои. При этом наиболее быстро изменяется температура на поверхности почвы. С глубин скорость этих изменений заметно уменьшается в связи со слабой теплопроводностью почвы. Поэтому максимум и минимум суточных температур на разных глубинах профиля почвы наступают в разное время, в среднем отмечено запаздывание на 2--3 ч на каждые 10 см глубины профиля.

Наибольшие суточные колебания температуры происходят на поверхности почвы, а с глубины 3--5 см они уже резко уменьшаются. На глубине 30--100 см суточные колебания температуры затухают. На фоне общих закономерностей каждому типу почвы свойствен свой суточный ход температуры, поскольку ее профильная суточная динамика зависит от свойств почвы (гранулометрического состава, плотности, окраски, влажности и др.), состояния атмосферы, растительного и снежного покровов.

7. Поименные почвы. Почвообразовательный процесс в долинах и поймах рек.

В каждой почвенно-климатической зоне своеобразными природными ландшафтами являются территории речных долин. Здесь распространены аллювиальные (пойменные) почвы, выделяющиеся своим природным плодородием и являющиеся ценнейшими сельскохозяйственными угодьями.

Пойма -- часть речной долины, периодически заливаемая полыми водами рек. Наиболее значительные площади аллювиальных почв расположены в поймах крупных рек -- Оки, Волги, Москвы-реки, Дона, Днепра, Камы, Иртыша, Оби, Енисея, Лены, Амура и др

УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Поемные и аллювиальные процессы. Особенностью почвообразования на территории пойм, определяющего многие черты генезиса, состава и свойств аллювиальных почв, является развитие поемных и аллювиальных процессов.

Поемные процессы -- периодическое затопление территории поймы полыми водами. Разливы рек имеют сезонный характер и связаны с весенним снеготаянием, весенне-летним таянием ледников, выпадением ливневых муссонных дождей. Полые воды могут затоплять пойму от нескольких часов до нескольких недель (1,5--2 мес). Это своеобразное природное орошение пойменной территории. Оно оказывает большое разностороннее влияние на почвообразование: создает иной, чем на внепойменных почвах, водный режим, влияет на уровень и состав грунтовых вод, смягчает почвенный климат, способствует активизации микробиологических процессов. Все это сказывается на составе и продуктивности природной растительности, солевом, биохимическом и ОВ-режимах почв и почвенно-грунтовых вод.

Длительность поемных процессов оказывает большое влияние на особенности сельскохозяйственного использования почв. По продолжительности стояния полых вод в пойме различают следующие виды поемности (по Шрагу). Короткая поемность -- срок стояния полых вод до 7 дней; возможно возделывание большинства культур, характерных для данной зоны. Средняя поемность от 7 до 15 дней; исключаются озимые; благоприятна для ее ственных и сеяных трав и большинства плодовых культур. Продолжительная поемность -- 15--30 дней; исключает возделывание и полевых сельскохозяйственных культур; благоприятна не для трав. Очень продолжительная поемность -- больше 30 дней; cnoi <»I ствует заболачиванию и развитию болотной растительности.

Аллювиальные процессы -- это привнос в пойму с полыми водами взмученного материала и оседание его на поверхности почвы | виде аллювиальных отложений (аллювия). Состав и свойства. Аллювиальные отложения являются минеральной основой, из которой создаются пойменные почвы. Поэтому состав, свойства аллювия, его мощность, частота отложения имеют решающее значение для генезиса почв. На характер аллювиального процесса оказывает влияние, прежде всего положение отдельных частей поймы по отношению к руслу реки. Территория поймы в зависимости от удаленности от русла делится на три части (по В. Р. Вильямсу): прирусловую, центральную и притеррасную (рис. 19). Они различаются по составу аллювиальных отложений, рельефу, глубине грунтовых вод и, как следствие, по растительности и почвенному покрову.

Гранулометрический состав аллювия зависит от скорости движения полых вод по пойме: чем больше скорость, тем устойчивее в потоке мелкие (иловато-пылеватые) частицы, тем крупнее размер оседающих частиц. Поскольку скорость полых вод падает по мере удаления от русла в глубь пойменной территории, то постепенно изменяется состав аллювия: в прирусловой части отлагается преимущественно песчано-супесчаный аллювий, а в центральной и притеррасной частях -- суглинисто-глинистые наносы. Поэтому по мере удаления от русла изменяется и гранулометрический состав аллювиальных почв: в нем уменьшается доля песчаных частиц и возрастает содержание пылеватых и илистых. Последние всегда содержат больше органического вещества и элементов питания растений. Следовательно, в центральной и притеррасной поймах почвообразовательный процесс развивается на более богатых по химическому составу отложениях и разнообразных по минералогическому, чем в прирусловой части.

Состав аллювиальных отложений в значительной степени зависит от состава почв и пород водосборного бассейна реки: при господстве песчаных почв и пород в пойму привносится мало пылеватых и илистых частиц; при тяжелом гранулометрическом составе почв и пород водосборной территории их поступает в пойму значительно больше.

На состав аллювия оказывают влияние также степень распаханности территории, проявление эрозионных процессов на внепойменных почвах водосборного бассейна.

На территории самой поймы состав и мощность аллювия дифференцируются в зависимости от ее рельефа. Повышенные участки поймы («гривы») сложены более легким аллювием, а понижения («лога») -- более тяжелым.

Климат, рельеф и растительность. Пойменной территории свойственны общие черты атмосферного климата той зоны, в пределах которой расположена пойма.

На фоне относительно равнинного рельефа пойм отдельные ее части имеют свои особенности мезо- и микрорельефа. Прирусловая пойма обычно характеризуется более повышенным волнисто-гривистым рельефом с резко выраженными песчаными валами вблизи русла. По мере перехода к центральной пойме рельеф становится более спокойным. Характерными элементами равнинного рельефа центральной поймы являются приподнятые участки -- «гривы» и понижения -- «лога», вытянутые в виде спокойных лощин или представленные замкнутыми западинами. Ландшафтам центральной поймы свойственны вытянутые вдоль русла озера («старицы»).

Притеррасная пойма представляет собой несколько пониженную, часто заболоченную территорию по отношению к центральной пойме.

Растительность пойм разнообразна. Господствуют разнотравно-злаковые группировки. Наиболее богатый и ценный травостой в центральной пойме. В прирусловой части луга более бедные по составу и менее продуктивные.

В притеррасной части и заболоченных логах центральной поймы господствуют группировки болотной растительности (щучка, осоки, канареечник и др.). Отдельные участки поймы (в притеррасье, по гривам, вдоль стариц) заняты древесно-кустарниковой растительностью, состав которой определяется климатическими особенностями зоны. В зависимости от местных условий (общий характер рельефа внепойменной территории, размер рек, их долин и пойм) отдельные части пойм могут быть слабо выражены или отсутствовать. Так, в долинах горных рек с быстрым течением поймы обычно представлены прирусловой частью; в долинах небольших речек часто развита прирусловая или притеррасная пойма.

Рассмотренная схема деления пойменной территории на три части -- прирусловую, центральную и притеррасную -- наиболее типична для средних и крупных рек с хорошо развитыми поймами.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кауричев И. С., Романова Т.А., Сорокина Н.П. Структура почвенного покрова и типизация земель. - М.: ТСХА, 192.

2. Почвоведение/ Под ред. И. С. Кауричева. - М.: Агропромиздат, 1989.

3. Агрохимическая характеристика почв СССР. Кн. 1-14. -М.: Наука, 1962 - 1974.

4. Александрова Л.Н. Органическое вещество почв и процессы его трансформации. - Л.: НАУКА, 1980.

5. Вильямс В.Р. Почвоведение. Земледелие с основами почвоведения. - М.: Сельхозгиз,1939.

6. Почвоведение с основами геологии. В.П. Ковриго, И.С. Кауричев, Л.М. Бурлакова М., «КОЛОС» 000