Гранулометрический состав почв. Классификация почв по гранулометрическому составу.

Почва и почвообразующие породы состоят из частиц различных размеров, образовавшихся при выветривании горных пород. В почве, кроме преобладающей минеральной части, содержится некоторое количество органических и органоминеральных частиц, которые образовались в результате биологических процессов.

Отдельные частицы (гранулы) называются механическими элементами. Механические элементы способны соединятся в структурные отдельности - агрегаты различной формы и величины, которые при механическом воздействии способны распадаться на более мелкие агрегаты.

Частицы твердой фазы почвы крупнее 1 мм (камни и гравий) называют скелетной частью, а менее 1 мм - мелкозёмом.

Близкие по размерам механические элементы объединяются в группы фракций. Классификация механических элементов проведена,Н.А. Качинским. Отдельные фракции по разному влияют на свойства почв и пород. Это объясняется различным минералогическим и химическим составом фракций.

1. Камни (>3 мм). Эта фракция состоит в основном из обломков горных пород. Камни мешают проводить обработку почвы, посев и уборку растений.

2. Гравий (3-1 мм) - фракция представлена обломками первичных минералов. На обработку почвы гравий не оказывает отрицательного влияния, но высокое его содержание придает почве малоблагоприятные свойства:, водопроницаемость, водоудерживающую способность.

3. Песок (1-0,05 мм) - обломки первичных минералов, прежде всего кварца и полевого шпата. Эта фракция характеризуется высокой водопроницаемостью, но в отличии от гравия она обладает уже некоторой влагоемкомтью. Для полевых культур пригодны пески с влагоемкостью не менее 10%.

4. Пыль (0,05-0,001 мм)

а) пыль крупная (0,05-0,01) имеет такой же минералогический состав, как и песок и
соответственно характеризуется такими же свойствами.

б) пыль средняя (0,01-0,005) - кроме кварца и полевого шпата много слюды, которая
придает фракции пластичность и связность. Эта фракция лучше удерживает влагу, но обладает слабой водоудерживающей способностью, не способна образовывать структурные агрегаты. Поэтому почвы, обогащенные фракцией крупной и мелкой пыли легко расплываются, склонны к заплыванию и уплотнению.

в) пыль мелкая (0,005-0,001) - состоит, из первичных историчных минералов.
Появляются новые свойства: способность к коагуляции и образованию структурь:^ обладают поглотительной способностью, содержит гумусовые вещества. Имеет высокую способность к набуханию и усадке, липкость, плотное сложение.

5. Ил (< 0,001 мм) - в составе этой фракции преобладают вторичные минералы из первичных в небольших количествах встречаются кварц, ортоклаз, мусковит.

Илиста фракция играет главную роль в формировании почвенного плодородия, в физико-химических процессах, протекающих в почве, обладает высокой поглотительной способностью, содержит много гумуса и элементов питания растений, обладает высокой коагулирующей и склеивающей способностью," ^что приводит к формированию хорошо оструктуренной почвы. Но при низком содержании в почве гумусовых веществ и при определенном химическом составе может приводить к образованию почв с неблагоприятными водно-воздушными свойствами.

В почве одновременно могут быть крупные каменистые обломки, песок разного размера, пылеватые, илистые и коллоидные частицы. В разных почвах соотношение мелких и крупных фракций сильно различаются. Это соотношение выраженное в процентах, называется гранулометрическим (механическим) составом почвы.

Влияние гранулометрического состава на свойства почв проявляется в том, что песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые почвы имеют различный водный, воздушный, тепловой и питательный режимы. Чем тяжелее гранул, состав, тем богаче минерал, состав почв, больше валовых и подвижных элементов питания, активнее совершаются гумсово-аккумулятивные процессы и процессы структурообразования. Гранулометрический состав влияет на размещение культур в полях севооборотов, на сроки обработки почв, на нормы удобрений и т.д.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ. (

Литосфера состоит почти наполовину из кислорода (47,2%), более чем на четверть из кремния (27,6%), алюминия (8,8%), железа (5,1%)), кальций (3,6), натрий (2,6), калий (2,6), магний (2,1). Эти 8 названных элементов составляют более 99%> общей массы литосферы. Такие важнейшие для питания растений элементы, как углерод, азот, сера, фосфор, занимают десятки и сотни процента. Еще меньше в земной коре микроэлементов.

Поскольку мин. часть почвы в значительной степени обусловлена химическим составом горных пород литосферы, имеется сходство почвы с литосферой по относительному содержанию отдельных химических элементов.,Как в литосфере, так и в почве на первом. месте стоит кислород, на втором кремний, затем алюминий и т.д. однако в почве по сравнению с литосферой в 20 раз больше углерода, и 10 раз |болыне азота, накопление этих элементов в почве связано с жизнедеятельностью организмов.

Увеличение в почве кислорода и водорода (как элементов воды), кремния, и снижение содержания других элементов является следствием процессов выветривания и почвообразования.

В процессе выветривания приводящей к образованию рыхлых пород химический состав обуславливается теми изменениями, которые Претерпели продукты выветривания при отложении. При этом процентное содержание процентное содержание отдельных химических элементов или их оксидов может быть вызвано как абсолютным изменением, так и относительным за счет изменения других элементов.

Содержание кремнезёма в рыхлых породах почти всегда выше, чем в магматических и сильно колеблется в зависимости от генетического типа почвообразующей породы, её гранулометрического состава. Увеличение количества силициум О2 связано с обогащением рыхлых пород кварцем в процессе выветривания и в результате новообразования вторичного кварца.

Наиболее подвижны среди продуктов выветривания простые соли: растворимость их тем больше, чем ниже валентность их ионов.

По содержанию щелочноземельных и щелЪчных оснований почвообразующие породы делятся на засоленные, карбонатные, выщелоченные. По Антипову'- Каратаеву (1958), в выщелоченных породах содержится не более 1-3% каждого из оксидов кальция, магния, натрия. Карбонатные содержат до 15-20% карбонатов кальция. В засоленных породах наряду с карбонатами кальция много сульфатов и хлоридов кальция, магния и натрия.

Химический состав почвообразующей породы отражает в известной мере её механический и минералогический состав. Песчаные породы, богатые кварцем, состоят преимущественно из кремнезёма. Чем тяжелее мех. состав породы, тем больше в ней высокодисперсных вторичных минералов, а следовательно меньше кремнезёма, больше
полуторных оксидов алюминия. •

В зависимости от типа почвообразования происходят изменения в содержании и распределению по профилю почвы хим. элементов. Каждый тип почвы приобретает характерную дифференциацию на горизонты с определенным хим. составом. Формы соединений химических элементов в почвах и их доступность растениям. Химические элементы находятся в почвах в различных соединениях.

Кислород входит в большинство первичных и вторичных минералов почв, является одним из основных элементов органических веществ и воды. По среднему содержанию в почвах (55%) занимает первое место.

Кремний. Наиболее распространенное соединение кремния - кварц. Кремний входит в состав силикатов. При их разрушении, в результате выветривания и почвообразования кремнезём переходит в раствор в форме анионов орто- и метакремниевых кислот [(8Ю4)⁴" и (8Юз) "], силикатов натрия и калия, частично в фирме золя.

Алюминий находится в почвах в составе первичных и вторичных минералов в форме органо-минеральных комплексов и в поглощенном состоянии (в кислых почвах). При разрушении первичных и вторичных минералов, содержащих алюминий, освобождается его гидроокись, значительная часть которой при выветривании остается на месте (как малоподвижная) и лишь частично переходит в раствор в виде золя. В кислой среде (рН < 5) гидроокись алюминия становится более подвижной и алюминий появляется в почвенном растворе в виде ионов А1(ОН)⁺₂, А1(ОН)²⁺, что отрицательно сказывается на росте и развитии растений.

Железо - элемент, необходимый для жизни растений, без железа не образуется хлорофилла. В почве он встречается в составе первичных и вторичных минералов - силикатов, в виде гидроокисей и окисей простых солей, в поглощенном состоянии. В результате выветривания минералов освобождается его гидроокись - малоподвижные соединения, выпадающие в форме аморфного геля Ре₂0з*пЦ2^,'Е) и переходит при кристаллизации в гетит Ре20з*НгО и гидрогетит РегС^ЗНгО. Только в сильнокислой среде (рН< 3) подвижность гидроокиси железа увеличивается, и в почвенном растворе появляются ионы железа Ре ⁺.

Углерод - основа всех органических соединений. Среднее его содержание в почве 2%: входит в состав почвенного гумуса и животных остатков и углекислых солей.

Азот входит в состав всех белковых веществ, содержатся в хлорофилле, нуклеиновых
кислотах. Количество азота находится в прямой зависимости от содержания в почве всего
гумуса. В большинстве почв этот элемент составляет 1/12-1/20 гумуса. Накопление в почве
обусловлено биологической аккумуляцией его из атмосферы. Азот доступен растениям
главным образом в форме аммония, нитратов, нитритов, которые образуется при разрушении
азотистых органических веществ. '

Фосфор входит в состав многих органических соединений, без которых невозможна жизнедеятельность организмов. Поглощаясь в больших количествах растениями, фосфор аккумулируется в верхних горизонтах почвы, Фосфор содержится в органических и минеральных соединениях. Фосфор в почвах входит в состав апатита, фосфорита, вивианита, а также находится в поглощенном состоянии в виде фосфат-аниона. В минеральных соединениях почв фосфор представлен в большей части малоподвижными формами.

Сера - входит в состав белковых веществ иафирных масел. Потребность растений в ней обычно меньше, чем у фосфора. Биологическая* аккумуляция серы в верхних горизонтах зависит от условий почвообразования. Валовое содержание 803'в верхних горизонтах колеблется в широких пределах от 0,1 до 2%. Сера находится в почве в виде сульфатов, сульфидов и в составе органического вещества. Сульфаты К, Ыа, М§, хорошо растворимы в воде, слабо поглощаются почвами в Фоме 80²~4 и могут накапливаться в условиях сухого климата.

Калий в больших количествах потребляется картофелем, корнеплодами, травами. Валовое его содержание в почве относительно высокое, а в почвах тяжелого мех. Состава составляет 2% и более. Основная часть калия в почве входит в состав кристаллической решетки первичных и вторичных минералов в малодоступной для растений форме. Некоторые из из них (биотит и мусковит) отдают калий довольно легко и могут служить источником мобилизации доступного калия. Калий содержится в почве также в поглощенном состоянии (обменный и необменный) в форме простых солей.

Кальций и магний - необходимые элементы' питания растений. Им принадлежит также как и калию, важная физиологическая роль. Магний входит в состав хлорофилла. Кальций имеет большое значение в создании благоприятных для растений физических и физико-химических и биологических свойств почвы. ^ почвы кальций и магний находятся в кристаллической решетке минералов, в обменно-прглощенном, в форме простых солей. Ионы кальция и магния преобладают в почвенном растворе.

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВ. Источниками органического вещества почв являются:

1. Отмершие остатки растений (надземная и корневая масса);

2. Остатки почвенной фауны (почвенные животные насекомые);

3. Остатки микроорганизмов.

Масса поступающих в почву органических остатков растений, которые являются основными источниками органического вещества почв, их состав, соотношение надземной и корневой масс зависит от состава зональной растительности и местных условий, от которых зависит продуктивность растений.

В почвы тундры поступает около 1 т/га органических остатков, к югу их масса нарастает и в южной тайге под лесами составляет 10 т/га сухого вещества ежегодно, агроценоз с удобрением - 3,6 т/га. В лесостепи под лугово^степной растительностью около 24,5 т/га, агроценоз с удобрением - 5,8 т/га. При переходе к,степным зонам величина опада снижается из-за сухости климата. В пустынях опад снижается до 1-2 т/га и затем увеличивается в лесах. влажных субтропиков до 20 и более т/га.

В агроценозах растительных остатков в' почву поступает значительно меньше, что сзязано:

1. с заменой многолетней растительности в основном на однолетнюю;

2. с ежегодным отчуждением с урожаем значительной части органического вещества (зерновые культуры, отчуждается около 50% орг. массы).

Поэтому после распашки целинных степей в агроценозах в 3-4 раза уменьшается поступление растительных остатков. Количество поступивших в почву органических остатков составляет под разными культурами: 2-3 т/га пропашные, 7-9 т/га под многолетними травами.

На втором месте после остатков растений - микроорганизмы, их масса составляет около 1 т/га сухого вещества.

В состав сухого вещества органических остатков входят углеводы, белки, жиры, смолы, дубильные вещества, липиды, лигнин и многие высокомолекулярные соединения.

Подавляющая часть растительных остатков состоит главным образом из целлюлозы, гельмицеллюлозы, лигнина при этом наиболее богаты ими древесные породы. Наибольшее количество белка содержится в бактериях и бобовых растениях.

Органические остатки содержат также и зольные элементы. Основную часть составляют: кальций, магний, кремний, калий, натрий, фосфор, серу, железо, алюминий.

Наиболее высокой зольностью обладают водоросли, злаковые и-бобовые растения.

Процессы превращения органических остатков. Поступившие в почву органические остатки подвергаются механическому измельчению почвенной фауной, физико-химическим и биохимическим изменениям под влиянием микроорганизмов. Под их влиянием органическое вещество подвергается следующим процессам:

 

1) Минерализация органического вещества до конечных продуктов (С02, Н20 и простых солей);

2) Гумификация ~ процессы превращения органических остатков в гумусовые вещества;

3) Консервация в виде торфа, при определенных условиях.

Единой теории образования гумуса до настоящего времени не существует, но зато есть три группы концепций процесса гумификации.

- конденсационная или полимеризационная (Трусов, Кононова, Фляйг).

1) образуются исходные структурные единицы для формирования гумусовых веществ - это продукты распада растительных тканей, остатков микроорганизмов.

2) конденсация структурных единиц, осуществляемая путем окисления фенолов ферментами типа фенолоксидаз до хинонов, и взаимодействие с аминокислотами и пептидами.

3) поликонденсация - химический процесс образования сложных молекул гумусовых кислот.

- концепция биологического окисления (Тюрин, Александрова) сложный процесс
биохимического окисления высокомолекулярных промежуточных продуктов распада
органических остатков, в результате которого образуется гумусовые вещества.

По Л.Н. Александровой в последующем гумусовые кислоты взаимодействует с минеральными соединениями почвы и зольными продуктами минерализации органических остатков. Наиболее высокомолекулярная часть формирует гумусовые кислоты и её соли, и более дисперсная и менее сложная - фульвокислоты.

- биологическая концепция (Вильяме) - гумусовые вещества являются продуктом
синтеза различных групп микроорганизмов, что было экспериментально доказано
микробиологами. Были получены темно-окрашеные гумусоподобные соединения.

Предполагают, что процесс гумификации' в разных почвах включает и реакции конденсации и биохимического окисления.

Состав гумусовых веществ динамичен и постоянно изменяется за счет включения в молекулы органических соединений в виде фрагментов.

Для характеристики процесса гумификации используют коэффициент гумификации (Кг), который показывает, какая доля (в %) углерода органических остатков трансформировалась в гумусовые вещества после полного разложения остатков.