Визуальное механических элементов почв и пород

ГМС	Метод шнура (состояние почвы при раскатывании шнура толщиной 3мм)	Метод втирания сырой почвы в ладонь
Песчаный	Шнур не образуется	Песка много. Ладонь не загрязняется
Супесчаный	Зачатки шнура, скатывается шарик	Песка много. Ладонь загрязняется
Легкосуглинистый	При раскатывании шнур дробится	Почва мажется хорошо, ощущаются песчинки
Среднесуглинистый	Шнур сплошной, при свертывании в кольцо распадается	Почва мажется хорошо, ощущаются песчинки
Тяжелосуглинистый	Шнур сплошной, кольцо с трещинами	Почва мажется хорошо, ощущаются песчинки
Глинистый	Шнур сплошной, кольцо не растрескивается	Почва мажется хорошо, песок не ощущается

 

Гранулометрический состав оказывает влияние на ряд важных свойств почвы: пористость, водопроницаемость, высоту капиллярного поднятия, величину поглотительной способности, водный, воздушный и тепловой режим почвы, усадку и набухание.

 

10. Почвенные коллоиды - Способность почвы поглощать жидкости, газы, солевые растворы и удерживать твердые частицы называется поглотительной способностью почвы. Она обусловливает удерживание почвой различных растворимых соединений, в том числе биологически важных для жизни растений и микроорганизмов элементов питания.

По составу почвенные коллоиды делят на м инеральные, органические и органоминеральные. Минеральные коллоиды представлены преимущественно вторичными минералами (гидроокисями железа, алюминия, кремния, а также тонкодисперсной фракцией первичных минералов (кварц, слюда )). Органические коллоиды состоят из различных перегнойных веществ и имеют высокую степень дисперсности. Органоминеральные коллоиды возникают при взаимодействии перегнойных веществ со вторичными минералами.

Коагуляция (от лат. coagulatio — свертывание, сгущение), также старение — объединение мелких частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления с образованием коагуляционных структур.

Коагуляция — физико-химический процесс слипания коллоидных частиц.

Коагуляция ведёт к выпадению из коллоидного раствора хлопьевидного осадка или к застудневанию. Коагуляция — естественный, самопроизвольный процесс расслаивания коллоидного раствора на твёрдую фазу и дисперсионную среду. Таким образом дисперсная система стремится достигнуть состояния минимальной энергии.

 

Пептизация — расщепление агрегатов, возникших при коагуляции дисперсных систем, на первичные частицы под действием жидкой среды (например, воды) или специальных веществ — пептизаторов. Пептизация — один из способов получения коллоидных растворов, применяется в технике при получении высокодисперсных суспензий глин и других веществ.

11. Учение о поглотительной способности почв разработано русским учёным К. К. Гедройцем (1872-1932). Различают несколько видов поглощения: механическое, физическое (молекулярное), химическое, физико-химическое и биологическое.

Механическое поглощение - способность почвы задерживать при фильтрации частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, превышающее по диаметру почвенные поры. Механически задерживаются также частицы почвы, попадающие в трещины, образующиеся на поверхности почвы. Чем больше в почве тонких фракций механического состава, тем выше механическое поглощение.

Физическое поглощение (или молекулярная адсорбция) основано на способности коллоидов почвы притягивать к поверхности и удерживать на ней молекулы вещества (воды, растворов, газов, например аммиака), не изменяя их свойств.

Химическое поглощение. Вещества, входящие в почвенный раствор и твёрдую фазу почвы, вступают в химическое взаимодействие с находящимися в почве солями с образованием слаборастворимых или нерастворимых в воде соединений.

12. Физико-химическая, или обменная поглощающая способность — способность почвы поглощать и обменивать ионы, находящиеся на поверхности коллоидных частиц, на эквивалентное количество ионов раствора, взаимодействующего с твердой фазой почвы. Это свойство почвы обусловлена наличием в его составе так называемого почвенного поглощающего комплекса (ГПК), связанного с грунтовыми коллоидами.

Главным механизмом физико-химической, или обменной поглощали-ной способности почв являются процессы сорбции. Обменная сорбция катионов — это способность катионов диффузного слоя грунтовых коллоидов обмениваться на эквивалентное количество катионов окружающего раствора. Обменными катионами в почве обычно являются: Са2 +, Mg2 +, K +, Na +, Аl3 +, Mn2 +, Fe2 +, Fe3 +, H +.

Главные закономерности сорбции катионов:

1) эквивалентность обмена между поглощенными катионами и катионами взаимодействующего раствора.

2) энергия поглощения катионов в ряде разновалентных ионов увеличивается с повышением валентности иона.

Под энергией поглощения понимают относительное количество поглощения катионов почвами при одной и той же концентрации в растворе.

3) энергия поглощения определяется радиусом не гидратированного иона: чем меньше радиус, тем слабее связывается ион. Это объясняется большей плотностью заряда, а значит, и большей гидратованистю иона. Гидратной оболочки уменьшают их чувствительность к электростатического притяжения.

Внутри рядов ионов одной валентности энергия поглощения увеличивается с повышением атомной массы и атомному номера.

Почвы способны сорбировать также и анионы. Сорбция анионов зависит от заряда, строения и химических свойств почвенного поглощающего комплекса. Сорбция анионов вызывается положительным зарядом коллоидных частиц гидроксидов железа, алюминия. По способности сорбироваться на грунтовых частицах анионы располагаются так:

При увеличении в почвенном поглощающей комплексе алюминия, железа и в присутствии сколов почвенных минералов, при снижении рН среды сорбция анионов увеличивается.

Анионы Cl-и NО3-практически не поглощаются почвой. В поглощении анионов большую роль играют процессы солеобразования. При взаимодействии растворимых солей образуются новые нерастворимые в воде соли (сульфаты, карбонаты, фосфаты), которые переходят в твердую фазу. Так поглощаются почвой ионы Н2РО4, НРО42—, РО43—. И механизм поглощения почвой фосфат-ионов сложен и разнообразен.

13. Ёмкость катионного обмена (ЕКО) — общее количество катионов одного рода, удерживаемых почвой в обменном состоянии при стандартных условиях и способных к обмену на катионы взаимодействующего с почвой раствора.

Величину ёмкости выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы или её фракции.

Емкость катионного обмена почвы — максимальное количество катионов, которое может быть удержано почвой в обменном состоянии при заданных условиях.

Реакция почвенного раствора зависит не только от размеров обменной и гидролитической кислотности, но и от степени насыщенности почвы основаниями. Если величину гидролитической кислотности почвы обозначить буквой H, а суммарное количество поглощенных оснований (Са, Мg, К, Nа и др.) — буквой S, то сложение их дает общую емкость поглощения почвы (Т) в мг*экв. на 100 г:

S + Н = T

Сумма поглощенных оснований (S), выраженная в процентах от емкости поглощения (Т), называется степенью насыщенности почвы основаниями и обозначается V:

V = (S/T)*100, или V = S\(S+H)*100

Степень насыщенности показывает, какая часть общей емкости приходится на поглощенные основания и какая — на гидролитическую кислотность. Величина степени насыщенности основаниями — важный показатель для характеристики поглотительной способности и степени кислотности почвы. Если гидролитическая кислотность двух почв одинакова и равна 4 мг*экв. на 100 г, но емкость поглощения первой почвы 8, а второй почвы 20 мг*экв., то в первой почве на 4 мг*экв. гидролитической кислотности приходится только 4 мг*экв. поглощенных оснований и степень насыщенности ее равна 50 %, а во второй почве на те же 4 мг*экв. гидролитической кислотности приходится 16 мг*экв. поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями равна 80 %. Несмотря на равную величину гидролитической кислотности, первая почва с меньшей степенью насыщенности основаниями будет относительно более кислой. Она сильнее нуждается в устранении кислотности, например, известкованием, чем вторая почва, у которой кислотность составляет лишь небольшую часть всей емкости поглощения. Третья почва имеет такую же степень насыщенности основаниями (50 %), как и первая, но емкость поглощения и гидролитическая кислотность у них различные. Несмотря на одинаковую степень насыщенности, третья почва с более высокой гидролитической кислотностью требует больше извести, чтобы реакция этой почвы сравнялась с реакцией первой почвы.

14. состав поглощенных оснований в почвах: Ca, Mg, K, Na, NH4, H, Al. Чем выше валентность поглощенного катиона, тем прочнее эти ионы связываются с потенциалопределяющими ионами и тем сильнее они нейтрализуют заряд коллоидной частицы. Уменьшение заряда сопровождается менее энергичным отталкиванием частиц друг от друга, что приводит к слипанию и коагуляции. Следовательно, поглощение коллоидными частицами одновалентных катионов способствует образование золей, а поглощение двух – трехвалентных катионов приводит к образованию гелей. Физическое состояние почв в значительной степени зависит от состава поглощенных оснований. По возрастанию прочности сорбционных связкй и коагулирующей способности распространенные катионы были расположены К.К. Гедройцем в следующий вид:

Na+< NH4<K+<H+< Mg2+<Ca2+<Ba2+<Al3+<Fe3+

Почвы, насыщенные Na, при увлажнении набухают, заплывают, делаются воздухо – и водопроницаемыми: при высушивании и резком уменьшении объема они разбиваются аертикальными трещинами на отдельные блоки. Этого не наблюдается если почвы насыщены Ca, Mg и тем более, Fe, Al.

15. Величина показателя рН почвы определяет ее кислотность или щелочность — от 1 до 14. Уровень рН меньше 7 указывает на кислую почву, а больше 7 означает щелочную почву. Нейтральная почва имеет рН равный 7. Величина рН почвы обычно контролируется уровнем содержания в ней кальция. Кальций — щелочной элемент — вымывается из почвы водой. Меловые или известковые почвы, богатые кальцием, не подвержены воздействию утечки, тогда как другие виды почв, в особенности песчаные, постепенно делаются более кислыми. Щелочность почвы, если это необходимо, можно повысить за счет известкования или внесения богатого известью субстрата, такого, как грибной компост.

16.Буферной способностью или буферностью называют способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора. Различают буферную способность почв против изменения реакции в сторону подкисления и буферную способность почв против изменения реакции в сторону подщелачивания.

Почвы стойкие к подкислению:

Черноземы, луговые, солонцы (у них в ППК много обменных катионов: Са, Mg, Na,На них не опасно применять физиологически кислые удобрения).

Легко подкисляются: подзолистые, дерново – подзолистые, желтоземы, красноземы. Необходима осторожность при применении физиологически кислых удобрений.

Буферная способность зависит от:

1. Гранулометрического состава (чем тяжелее почва, тем больше буферность).

2. Количества гумуса (чем > гумуса, тем >)

3. Карбонатности (чем > тем >)

Значение буферности – учитывается при применении удобрений.

17. Почвенный раствор, жидкая фаза почвы, вода с растворёнными газами, минеральными и органическими веществами, попавшими в неё при прохождении через атмосферу и просачивании через почвенные горизонты. В зависимости от влажности почвы находится в плёночной, капиллярной и гравитационной формах. П. р. динамичен, участвует в почвообразовательном процессе, физико-химических, биохимических реакциях, круговороте веществ в почве и питании растений. Состав его определяется процессами почвообразования, растительностью, общими особенностями климата, а также временем года, погодой, деятельностью человека (внесение удобрений и др.). В почвенной влаге растворены: газы - кислород, углекислый газ, азот, аммиак; минеральные вещества - соли кальция, магния, натрия, калия и др., соединения алюминия, железа, марганца, кремнезём (в форме иона SiO4-4 и в коллоидной форме); органические вещества - органические кислоты жирного ряда и их соли, гумусовые кислоты, сахара, аминокислоты и др. В незаселенных почвах концентрация веществ в П. р. невелика (обычно не превышает 0,1%), в солончаках и солонцах (см. Засоленные почвы) - резко увеличена (до целых и даже десятков процентов). Высокое содержание веществ в П. р. вредно для растений, т.к. затрудняет поступление в них воды и питательных веществ, вызывая физиологическую сухость. Реакция П. р. в почвах разных типов неодинакова: кислую реакцию имеют подзолистые, серые лесные, торфяные почвы, краснозёмы, желтозёмы; щелочную - содовые солонцы; нейтральную или слабощелочную - обыкновенные чернозёмы, луговые и коричневые почвы. Слишком кислый и слишком щелочной П. р. отрицательно влияет на рост и развитие растений. См. также Буферность почвы, Реакция почвы.

Состав почвенных растворов изменчив во времени и пространстве. В засушливых районах минерализация почвенных растворов выше и наоборот.

Почвенные растворы характеризуются множеством свойств:

1. Уравновешенность

2. Буферность.

3. Осмотические давление.

4. Кислотность.

1. Уравновешенность – это способность почв раствора поддерживать определенную свойственную ему концентрацию или минерализацию. При ↓ содержания элемента его место занимает другой.

2. Буферность – способность почвенного раствора поддерживать определенную величину кислотности соответствующую ему.

3. Осмотическое давление – это давление, которое обусловлено каким-то веществом, находящимся в почвенном покрове. Оно может быть в почвенном растворе и в растительных клетках.

4. Кислотность - свойство почвы, обусловленное наличием водородных ионов в почвенном растворе и обменных ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе.

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

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

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

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

Агрономическое значение структурысостоит в том, что она положительно влияет на следующие свойства и режимы почв: пористость и плотность сложения (общие физические свойства); связность, удельное сопротивление при обработке и коркообразование (физико - механические свойства); противоэрозионную устойчивость почв; а также на водный, воздушный, тепловой, окислительно - восстановительный, микробиологический и питательный режимы. При наличии агрономически ценной структуры почвы в ней создается благоприятное сочетание капиллярной и некапиллярной пористости. Между агрегатами преобладают некапиллярные поры, а внутри агрегатов - капиллярные. Некапиллярные поры (поры аэрации) имеются также и внутри комка.

19. Среди физических свойств почвы различают ее общие физические, физико-механические, водные, воздушные и тепловые свойства. Физические свойства влияют на характер почвообразовательного процесса, плодородие почвы и развитие растений.

К общим физическим свойствам относятся плотность почвы, плотность твердой фазы и пористость.

Плотностью почвы называют массу единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении, выраженную в граммах на кубический сантиметр. Плотность почвы, г/см3, вычисляют по формуле

dv= m/V.

где m — масса абсолютно сухой почвы, г; V — объем, занимаемый образцом почвы, см3.

Плотность почвы зависит от гранулометрического и минералогического составов, структуры, содержания гумуса и обработки. После обработки почва вначале бывает рыхлой, а затем постепенно уплотняется, и через некоторое время ее плотность мало изменяется до следующей обработки. Самую низкую плотность имеют верхние гумусированные и оструктуренные горизонты. Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальная плотность почвы составляет 1,0... 1,2 г/см3.

Плотность твердой фазы почвы — это масса сухой почвы в единице объема твердой фазы почвы без пор. Ее вычисляют, г/см3, по формуле

d = m/Vs.

где m — масса сухой почвы, г; Vs — объем, см3.

В малогумусных почвах и в нижних минеральных горизонтах плотность твердой фазы составляет 2,6...2,8 г/см3. С увеличением содержания гумуса плотность твердой фазы уменьшается до 2,4...2,5 г/см3, а в торфяных почвах — до 1,4...1,8 г/см3. Плотность твердой фазы используют для расчета пористости почвы.

От плотности почвы зависят поглощение влаги, воздухообмен в почве, жизнедеятельность микроорганизмов и развитие корневых систем растений. Ниже приведена оценка плотности пахотного слоя почвы (по Н.А. Качинскому).

Пористость (скважность) почвы — это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Пористость (общую) вычисляют по показателям плотности почвы и плотности твердой фазы и выражают в процентах к общему объему почвы:

 

Pобщ.=(1-dv /d)100

где dv — плотность почвы, г/см3; d — плотность твердой фазы почвы, г/см3.

 

Пористость зависит от гранулометрического состава, структурности, содержания органического вещества. В пахотных почвах пористость обусловлена обработкой и приемами окультуривания. При любом рыхлении почвы пористость увеличивается, а при уплотнении уменьшается. Чем структурнее почва, тем больше общая пористость.

Размеры пор, в совокупности образующих общую пористость почвы, варьируют от тончайших капилляров до более крупных промежутков, которые не обладают капиллярными свойствами. Поэтому наряду с общей пористостью различают еще капиллярную и некапиллярную пористость почвы. Капиллярная пористость характерна для ненарушенных суглинистых почв, а некапиллярная — для структурных и рыхлых почв.

Поры могут быть заполнены водой или воздухом. Капиллярные поры обеспечивают водоудерживающую способность почвы, от них зависит запас доступной для растений влаги. Некапиллярные поры увеличивают водопроницаемость и воздухообмен. Устойчивый запас влаги в почве при одновременном хорошем воздухообмене создается в том случае, когда некапиллярная пористость составляет 55...65 % общей пористости. В зависимости от общей пористости в вегетационный период для суглинистых и глинистых почв дают качественную оценку пористости почв. Далее приведена качественная оценка пористости почв по Н. А. Качинскому.

Пористость почвы обеспечивает передвижение воды в почве, водопроницаемость и водоподъемную способность, влагоемкость и воздухоемкость. По общей пористости можно судить о степени уплотнения пахотного слоя почвы. От пористости в значительной степени зависит плодородие почв.

20. К физико-механическим свойствам относятся пластичность, липкость, набухание и связность почвы.

Пластичность — способность почвы изменять свою форму под влиянием внешних сил и сохранять эту форму впоследствии.

Пластичность проявляется только при увлажнении почвы и тесно связана с механическим составом (глинистые почвы пластичны, песчаные — непластичны). На пластичность влияют состав колло­идной фракции почвы, поглощенных катионов и содержание гумуса. Например, при содержании в почве натрия ее пластичность усиливается, а при насыщении кальцием — снижается. При высоком содержании гумуса пластичность почвы уменьшается.

Липкость — способность почвы прилипать к различным поверхностям. В результате прилипания почвы к рабочим частям машин и орудий увеличивается тяговое сопротивление и ухудшается качество обработки почвы. Липкость возрастает при увлажнении. Высокогумусированные почвы (например, черноземы) даже при высоком увлажнении не проявляют липкости. У глинистых почв липкость наибольшая, у песчаных — наименьшая. Увеличение степени насыщенности почвы кальцием способствует уменьшению, а насыщение натрием — увеличению липкости. С липкостью связано такое агрономическое и ценное свойство почвы, как физическая спелость. Состояние, когда почва при обработке не прилипает к орудиям и крошится на комки, отвечает ее физической спелости.

Набухание — увеличение объема почвы при увлажнении. Оно присуще почвам, содержащим много коллоидов, и объясняется связыванием коллоидами молекул воды. Почвы с большим содержанием поглощенного натрия (солонцы) набухают больше, чем содержащие много поглощенного кальция. Набухание может вызвать неблагоприятные в агрономическом отношении изменения в пахотном горизонте. Вследствие набухания частички почвы могут быть настолько разделены пленками воды, что это приведет к разрушению структурных отдельностей.

Связность почвы — способность сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить ее частицы. Обусловливается она силами сцепления между частичками почвы. Связность определяет твердость почвы, то есть сопротивление, которое оказывает почва проникновению в нее под давлением какого-либо предмета. Определяется это свойство специальными приборами — твердоме­рами. Высокая твердость является признаком плохих физико-хи­мических и агрофизических свойств почвы. Твердость почвы влияет на сопротивление при обработке.