Фазы почвы

Рубрики: Земледелие

Твёрдая фаза почвы

Почва как природное тело состоит из четырёх фаз: твёрдой, жидкой. Отдельно выделяют живую фазу (совокупность организмов, которые населяют почву). Твёрдая фаза почвы – это её основа, каркас, в котором находятся другие фазы. Формируется она из материнской породы, продуктов выветривания, растительных остатков, новообразований. Характеризуется первичными почвенными частичками гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, структурой и строением почвы. В этой главе рассмотрим только первые четыре показателя. Структуру и строение почвы вынесем в отдельные главы.

1. Элементарные почвенные частицы (ЭПЧ)

Первичной составляющей твердой фазы являются элементарные почвенные частицы, которые представляют собой обломки пород и минералов, а также аморфные соединения, все элементы которых находятся в Химическом взаимодействии и не поддаются методом пептизации, применяемым при подготовке почв к гранулометрическому анализу.

В минеральных почвах более 90% ЭПЧ представлено компонентами неорганической природы. Остальная часть ЭПЧ приходится на органическое вещество и органо-минеральные соединения.

ЭПЧ образуется в результате выветривания исходных горных пород (физического, химического, биологического), а также как следствие взаимодействия продуктов выветривания – наследованных от материнских пород гранулометрических элементов с продуктами почвообразования.

При образовании элементарных почвенных частиц минеральной природы на первых стадиях дробления породы, обладающей сравнительно малой поверхностью взаимодействия с внешней средой, преобладает физическое и биологическое выветривание под влиянием смены температур, воздействия воды, ветра, корневых систем растений, мхов, лишайников. На этой стадии порода распадается на куски (камни), а в дальнейшем на составляющие её минералы и продукты выветривания.

По мере дробления, увеличения поверхности и свободной поверхности энергии возрастает роль биологического и химического выветривания – растворение наиболее податливых элементов, их окисления или восстановление, вынос растворённых простых и сложных солей, взаимодействие высвободившихся частей с образованием новых соединений и минералов.

Элементарные почвенные частицы органической природы образуются при разложении остатков отмерших растений, животных и микронаселения почвы. В начальных стадиях разложения ведущую роль играют биологические и микробиологические процессы.

Взаимодействие органических веществ с минеральными приводит к образованию органоминеральных ЭПЧ, представленных преимущественно ультрамикроагрегатами и ЭПЧ крупных размеров с частично изменённой органическим веществом поверхностью.

Классификация элементарных почвенных частиц

В почвах встречаются ЭПЧ различных размеров, условно от 3 мм до 10– 10Мм. Для удобства последующего их использования для классификации почв по гранулометрическому составу ЭПЧ объединяют в определённые группы, называемые фракциями элементарных почвенных частиц.

При экспериментальном подходе во фракции объединяются элементарные частицы, сходные по составу и свойствам, но вместе с тем отличающиеся от механических элементов, выделенных в другие фракции.

Однако единого мнения относительно того к каким фракциям относятся частички тех или иных размеров ещё нет, что, конечно, затрудняет как сравнения экспериментальных данных, так и их использование для прогнозирования свойств почв. Так в странах СНГ большинство исследователей границу илистой фракции связывают с диаметром частиц мельче 0,001мм, в то время как за рубежом отдают предпочтение диаметру частиц мельче 0,002 мм.

Наиболее часто применяется классификация механических элементов, разработанная Качинским.

Классификация механических элементов почв и их размеры

Фракция Диаметр частиц, мм Фракция Диаметр частиц, мм
Камни > 3 Пыль:
Гравий 3 – 1 Крупная 0,05 – 0,01
Песок: Средняя 0,01 – 0,005
Крупный 1 – 0,5 Мелкая 0,005 – 0,001
средний 0,5 – 0,25 Ил:
мелкий 0,25 – 0,05 Глинистый (грубый) 0,001 – 0,0005
Коллоидный (тонкий) 0,0005 – 0,0001
Коллоиды < 0,0001

На практике частички почвы, диаметр которых превышает > 1 мм, относят к фракции Почвенного скелета, а частички, < 1 мм – до Фракции мелкозёма.

 Гранулометрический состав почв

Почва – это смесь элементарных почвенных частиц различного размера. Близкие за размерами элементарные почвенные частички (механические элементы), объединённые в отдельные группы, называются гранулометрическими фракциями, что было показано в предыдущем параграфе (табл. ).

Соотношение частиц различного размера, выраженное в процентах, называется гранулометрическим (механическим) составом почвы.

Для характеристики гранулометрического состава почв пользуются шкалой, разработанной Сибирцевым и уточнённой Н. А. Качинским (табл. ).

Краткое название почв по гранулометрическому составу Содержание физической глины (частицы < 0,01 мм), % Содержание физического песка (частицы > 0,01 мм), %
Почва
Подзолистый тип почвообразования Степной тип почвообразования, а так же красно – и желтозёмы Солонцы и сильно-солонцеватые Подзолистый тип почвообразования Степной тип почвообразования, а так же красно – и желтозёмы Солонцы и сильно-солонцеватые
Песок:Рыхлый 0-5 0-5 0-5 100-95 100-95 100-95
Связный 5-10 5-10 5-10 95-90 95-90 95-90
Супесок 10-20 10-20 10-15 90-80 90-80 90-85
Суглинок:лёгкий 20-30 20-30 15-20 80-70 80-70 85-80
средний 30-40 30-45 20-30 70-60 70-55 80-70
Тяжелый 40-50 45-60 30-40 60-50 55-40 70-60
Глина:лёгкая 50-65 60-75 40-50 50-35 40-25 60-50
средняя 65-80 75-85 50-65 35-20 25-15 50-35
тяжёлая >80 >80 >65 <20 <15 <35

Каждая фракция механического состава существенно влияет на физические и физико-механические свойства почвы, потому, что от их размера зависит и их общая поверхность. Чем меньше размеры почвенных частиц, тем выше их дисперсность и тем больше суммарная поверхность твёрдой фазы почвы, а значит и её поверхностная энергия. Степень диспергирования твёрдой фазы определяет многие свойства почвы.

Суммарная поверхность частиц в 1 см вещества называется его Удельной поверхностью.

Однако значительно чаще под удельной поверхностью понимают суммарную поверхность всех частиц в 1г. вещества. Тогда удельная поверхность имеет размерность см/г.

Понятие об удельной поверхности дисперсной системы можно получить из примера (И. Б. Ревут, 1972).

Если взять кубик какого нибудь вещества, грани которого равны 1 см и измельчить его, то при этом общий объём и суммарный вес частиц не изменится. Однако по мере дробления материала и увеличения числа частиц быстро будет нарастать суммарная поверхность материала:

— общая поверхность материала объёмом в 1 см= 6 см

— если из этого кубика путём дробления получить 1000 равных кубиков со стороной в 1 мм, то суммарная их поверхность составит 60 см

— уменьшение размеров кубиков до 0,1 ммДаст 1000000 кубиков из суммарной поверхностью в 600 см

— когда диспергированием размер граней кубиков довести до 1 ммк, общая поверхность частиц в 1 см вещества достигнет уже 600 м

Таким образом, диспергирование материала ведёт к значительному увеличению его поверхности.

Каждая фракция механических частиц существенно влияет на физические и физико-химические свойства почв, так как от их размеров зависит общая поверхность. Так удельная поверхность 1 г кубических частичек размером 0,2 – 2 мм составляет 20 см, а частичек 0,002 – 0,0002 -20000 см

На свойства почвы наибольше влияет фракция < 0,001 мм, так как она имеет чётко выраженную поглотительную способность, обуславливает коагуляцию коллоидов, чем способствует созданию прочной структуры почвы.

От гранулометрического состава зависят агрономические свойства почв.

Камни (> 3мм), которые представлены преимущественно осколками горных пород, утрудняют использование сельскохозяйственных машин и орудий, ускоряют износ их рабочих органов, препятствуют появлению всходов и росту растений.

Гравий (1 – 3 мм). Высокое его содержание в почвах не препятствует их обработке, однако придаёт им неблагоприятные свойства – провальную водопроницаемость, низкую водоподъёмную способность и влагоёмкость.

Песчаные и супесчаные почвы имеют хорошую водопроницаемость, благоприятный воздушный режим, быстро прогреваются, однако имеют низкую влагоёмкость и незначительную поглотительную способность, бедные на гумус и питательные элементы, наибольше подвергаются ветровой эрозии. Они легко поддаются обработке, поэтому их называют Лёгкими.

Тяжелосуглинистые и глинистые почвы отличаются более высокой плотностью, связностью, влагоёмкостью, лучше обеспечены питательными веществами, богаче гумусом. Обработка таких почв требует больших энергетических затрат, поэтому их называют Тяжёлыми.

* * *

При оценке гранулометрического состава почв надо учитывать то обстоятельство, что свойства тонкодисперсных фракций элементарных почвенных частиц зависит не только от их размера, но и от минералогического состава и особенностей почвообразования, а также агрегирования ЭПЧ и роли структуры почвы в целом.

При одном и том же гранулометрическом составе, но при различном структурном состоянии почва будет обладать резко различными свойствами. Например, илистая фракция ЭПЧ характеризуется наихудшей водопроницаемостью, предельно медленным движением воды по капиллярам, но ил при надлежащем качестве (обогащённость гумусом, насыщенность Ca и Fe) способствует агрегированию ЭПЧ, улучшению структуры и физических свойств почв.

Поэтому Качинский предложил шкалы классификации по гранулометрическому составу для 3 объединений почв: а) подзолистого типа почвообразования; б) степного типа, краснозёмов и желтозёмов; в) солонцов и сильносолонцеватых почв.

Чем выше потенциальная способность почв к агрегированию и чем рыхлее их сложение, тем больше они могут содержать физической глины при отнесении их к тому или иному классу.

4. Минералогический состав элементарных почвенных частиц

Минералогический состав – одна из важнейших структурных составляющих ЭПЧ, обуславливающих характер их поверхности, размер и форму и оказывающих существенное влияние как на свойства ЭПЧ, так и на структуру и физические свойства почв в целом.

В состав минеральной части почв входит две группы минералов, резко отличающихся как по условиям образования, так и по свойствам: остаточно-первичные и вторичные минералы.

Первичные минералы приурочены главным образом к фракциям крупнее 0,002 мм. Это кварц, полевой шпат, амфиболы, пироксены и слюда. Они образуются при высоких температурах и давлениях в глубинных слоях почвы и поэтому неустойчивы в зоне гипергенеза. В термофизических условиях земной поверхности, характеризующихся низкими температурами и давлением, изобилием воды, углекислого газа и особенно кислорода сохраняются только наиболее устойчивые первичные минералы. Так как первичные минералы имеют разную устойчивость к выветриванию к выветриванию, то их относительное содержание в материнской породе и почве неодинаковое. Так, кварц и полевой шпат, как более устойчивые к выветриванию, в почве находятся в крупнозернистых песчаных частичках, пироксены и амфиболы менее устойчивые, поэтому встречаются в виде мелких кристаллов. Соотношение между отдельными минералами есть диагностическим показателем при изучении почв. От количества первичных минералов особенно крупнозернистых фракций, зависит гранулометричный состав почв и связанные с ним агрофизические свойства.

Вторичные минералы Образовались из первичных путём выветривания. сосредоточены в основном во фракциях мельче 0,002 мм. Среди них преобладают глинистые минералы, минералы оксида железа и алюминия, алофаны и растворимые соли. Они достаточно устойчивы в условиях земной поверхности.

Фракции крупнее 0,002 мм в большинстве почв составляют каркас, основу той или иной культуры. Кроме того первичные минералы в значительной степени являются естественными поставщиками микроэлементов и питательных веществ для растений.

Глинистые минералы Имеют наибольшее агрономическое значение. Образовались в результате синтеза продуктов выветривания первичных минералов, а также биогенным путём с продуктов минерализации растительных остатков.

Наиболее важное агрономическое значение имеют глинистые минералы, которые образовались в результате синтеза продуктов выветривания первичных минералов, а также биогенным путём из продуктов минерализации растительных остатков. Среди них наиболее распространены минералы групп монтморелланита, каолинита, гидрослюд, хлоридов.

Монтмориллониты имеют имеют наиболее высокую дисперсность. Из-за высокой гидрофильности набухают, вследствие чего их поглощения увеличивается и достигает 80 – 120 мг-экв на 100г. В сочетании с гуминовыми кислотами монтмориллониты обуславливают водопрочные структурные отдельности. Наибольше наблюдается в чернозёмных и каштановых почвах с нейтральной и слабощелочной реакцией.

Минералы каолинитовой группы встречаются в материнской породе и в почвах в меньшем количестве. Они не высокой дисперсности, не гидрофильны, не набухают, ёмкость поглощения не привышает 25 мг-экв на 100 г. Почвы со значительным количеством каолинита, как правило, бедны основаниями, имеют незначительную липкость и высокую водопроницаемость.

Гидрослюды Широко распространены в материнских породах и почвах. Строение их подобное до монтмориллонита, однако они не поглощают воду и не набухают. Ёмкость поглощения в пределах 45 – 50 мг-экв на 100 г. По краям разрушенной кристаллической решётки гидрослюды содержат 6 – 8% обменного калия, поглощают подвижные формы фосфатов. Минералы этой группы распространены в осадочных породах и в различном количестве присутствуют во всех почвах. Наибольше их в почвах подзолистого типа и серозёмах. Минералогический состав влияет на физические и физико-химические свойства, биологические процессы, гумусообразование и в целом на плодородие почвы.

Метки: