Гранулометрический (механический) состав почв и его значение

Гранулометри́ческий соста́в (механический состав, почвенная текстура) — относительное содержание в почве, горной породе или искусственной смеси частиц различных размеров независимо от их химического или минералогического состава. Гранулометрический состав является важным физическим параметром, от которого зависят многие аспекты существования и функционирования почвы, в том числе плодородие.

Механические элементы – твёрдые частицы, склеенные между собой в почвенные агрегаты. Твёрдая фаза - это всегда смесь частиц разного размера, эти частицы характеризуются химической прочностью связи. Между составными компонентами гранулами или частицами не разрушаются при механическом и химическом воздействии. Все элементы в элементарной почвенной частице находятся в химическом взаимодействии в микро и макро агрегатах. Элементарные почвенные частицы склеиваются органическим веществом и самыми тонкими коллоидами.

Шкала Качинского

Граничные значения, мм Название фракции

до 0,000001 Истинные растворы

0,000001—0,0001 Коллоиды

0,0001—0,0005 Тонкий ил

0,0005—0,001 Грубый ил

0,001—0,005 Мелкая пыль

0,005—0,01 Средняя пыль

0,01—0,05 Крупная пыль

0,05—0,25 Тонкий песок

0,25—0,5 Средний песок

0,5—1 Крупный песок

1—3 Гравий

больше 3 Каменистая часть почвы

Гранулометрический состав определяет многие физические свойства и водно-воздушный режим почв, а также химические, физико-химические и биологические свойства.

Меньший диаметр частиц означает большую удельную поверхность, а это, в свою очередь — большие величины ёмкости катионного обмена, водоудерживающей способности, лучшую агрегированность, но меньшую прочность. Тяжёлые почвы могут иметь проблемы с воздухосодержанием, лёгкие — с водным режимом.

Разные фракции обычно представлены различными минералами. Так, в крупных преобладает кварц, в мелких — каолинит, монтмориллонит. По фракциям различается способность образовывать с гумусом органоминеральные соединения.

7.. Факторы почвообразования (климат, рельеф, почвообразующие породы, растительность и живые организмы, время, деятельность человека), их роль в формировании почв. Климат формируется под влиянием космических факторов и геосферных. Он оказывает многостороннее влияние на биосферу, процессы почвообразования, свойства почв и почвенного покрова. Влияние климата на почвообразование проявляется как непосредственно, обусловливая водно- воздушный, тепловой, биологический, геохимический режимы почв, так и косвенно через другие компоненты биосферы: атмосферу, гидросферу, почвообразующие породы, рельеф, растительный, животный мир и хозяйственную деятельность человека. С климатом связана широтная зональность биосферы и вертикальная поясность в горах. Для характеристики обеспеченности влагой наибольшее распространение получил коэффициент увлажнения Высоцкого-Иванова, он рассчитывается как отношение среднемноголетнего количества осадков к испаряемости. Рельеф – это совокупность форм земной поверхности разных масштабов. Рельеф играет большую роль в процессах функционирования биосферы и в почвообразовании. Мега- и макрорельефы участвуют в формировании воздушных масс и перераспределении тепла и влаги по земной поверхности, определяя климатические и погодные условия, а через них – макроэкосистемы с характерным почвенным покровом. Мезо- и микроформы рельефа перераспределяют тепло и влагу в пределах склонов, повышений и понижений. Они определяют особенности микроклимата и глубину залегания с характерными особенностями почвенного покрова. Определяют размер и форму ЭПА, образующих почвенные комбинации. Профиль любой почвы заканчивается почвообразующей породой. Почвы наследуют от почвообразующей породы гранулометрический состав, минералогический и химический составы, ряд физических свойств. На породах, обогащённых элементами питания и основаниями, как правило, образуются плодородные почвы и, наоборот, на бедных породах формируются почвы с низким плодородием. Почвы, унаследовавшие негативные, с агрономической точки зрения, свойства, такие, как каменистость, высокая плотность, наличие водорастворимых солей и др., требуют специальных затрат на их освоение и улучшение. Почвообразующие породы могут в корне изменять скорость и направление почвообразовательных процессов, что приводит к формированию азональных типов почв, например, дерново-карбонатные почвы в таёжно- лесной зоне среди подзолистых. Глубина залегания грунтовых вод определяется рельефом и степенью водопроницаемости почвообразующих пород. Под воздействием почвенно- грунтовых вод может происходить заболачивание, оглеение, вынос и привнос растворимых продуктов почвообразования, поднятие и опускание солей при колебании уровня грунтовых вод и капиллярной каймы и др. За время существования жизни на Земле живое вещество преобразовало огромное количество солнечной энергии в химическую и механическую работу выветривания. Часть энергии трансформировалась в потенциальную и длительное время в виде громадных запасов орг. и орг.-минер. веществ (нефть, уголь, торф, гумус и др.) сохраняется в земной коре. Живое вещество существенно изменило хим. состав атмосферы, литосферы и гидросферы. Благодаря живому веществу сформировалась почва и главное её свойство – плодородие. В основе почвообразования лежит биологический круговорот веществ, сущность которого заключается в том, что химические элементы литосферы, вода и элементы атмосферы поглощаются живыми организмами, перегруппировываются и возвращаются в почвы, но уже в новом качестве и других количествах. Абсолютный возраст – время, прошедшее с начала формирования почвы до настоящего момента. Относительный возраст характеризует зрелость – степень развития конкретной почвы, соответствие её профиля факторам почвообразования. В процессе почвообразования каждая почва проходит ряд последовательных стадий. На первой стадии начальное почвообразование, сменяется стадией развития (формируется зрелый почв. профиль), при этом достигается стадия квази-равновесия или «климаксное» состояние. В последней стадии долгое время, сменяясь стадией эволюции (сопоставима со стадией развития и ведёт к новому квази-равновесию). 66. В чём сущность почвообразовательного процесса? Почвообразовательный процесс – это совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще. Совокупность процессов можно разделить на три группы: 1. Процессы обмена веществами и энергией между почвой и другими природными телами (поступление в почву и вынос из неё). 2. Процессы превращения веществ и энергии, происходящие в почвенной толще. 3.Процессы передвижения и аккумуляции веществ и энергии в почвенной толще. Характерная черта – цикличность. Наиболее выражен годичный цикл. Тенденция обратимости и противоположной направленности. Определённая совокупность микропроцессов образует частные (или элементарные) почвообр. процессы. Более 60 естественных ЭПП, объединённых в 7 групп. 1. Биогенно- аккумулятивные ЭПП (подстилкообразование, гумусообразование, торфообразование, детритообразование); 2.Гидрогенно-аккумулятивные ЭПП (засоление, окарбоначивание, оруденение); 3. Метаморфические ЭПП (сиаллизация (оглинение), монтмориллонитизация, ферралитизация- каолинизация-ферсиаллитизация-бокситизация-ферратизация, оглеение, оструктуривание, слитизация); 4. Элювиальные ЭПП (выщелачивание, оподзоливание, лессирование, псевдооподзоливание-псевдооглеение- отбеливание-ферролиз-- элювиально-глеевый процесс-- Al-Fe-гумусовый процесс, осолодение, коркообразование); 5. Иллювиально-аккумулятивные ЭПП (глинисто-иллювиальный-- алюмогумусо-иллювиальный— железистогумусо-иллювиальный—иллювиально-гумусовый—иллювиально- карбонатный); 6. Педотурбационные ЭПП (самомульчирование, криотурбация, пучение, биотурбация, ветровальная педотурбация); 7. Деструктивные ЭПП (эрозия, дефляция (ветровая эрозия), погребение); 8. Агрогенные и техногенные ЭПП (освоение, агрогенное гумусонакопление, мульчирование, окультуривание, агротурбация); 9. Мелиоративные ЭПП (пескование, агрогенное оструктуривание, рекультивация); 10. Деструктивные агро- и техногенные ЭПП (ускоренная эрозия, ирригационная эрозия, дефляция, стаскивание, вторичное засоление, вторичное оглеение. Дегумификация, выпахивание, обесструктуривание, переуплотнение, техногенное загрязнение, агрогенное загрязнение, почвоутомление).

Большую роль в питании растений и в превращении внесенных в почву удобрений играет ее поглотительная способность. Под поглотительной способностью понимается способность почвы поглощать различные вещества из раствора, проходящего через нее, и удерживать их. Основы современных представлений о поглотительной способности почвы были заложены работами академика К. К. Гедройца. Он различал пять видов поглощения в почве.

механическую, физическую, физико-химическую, химическую и биологическую. 1. Механическая поглотительная способность – это свойство почвы поглощать твёрдые частицы, поступающие с водой или воздухом, размеры которых превышают размеры почвенных пор. 2. Физическая (молекулярная адсорбция) – это свойство почвы изменять концентрацию молекул различных веществ на поверхности твёрдых частиц за счёт физического взаимодействия молекул. При этом меняется величина поверхности и поверхностная энергия. Происходит положительная физическая адсорбция орг. соединений и отрицательная минер. и некоторых орг. соединений. 3. Химическая (хемосорбция) обусловлена образованием труднорастворимых соединений, выпадающих в осадок из почв. раствора. 4. Биологическая обусловлена поглощением элементов питания и кислорода почвенного воздуха корнями растений и микроорганизмами. Она характеризуется большой избирательностью поглощения. 5. Физико-химическая обусловлена наличием в составе почв ППК, представленного почвенными коллоидами. ППК обладает способностью поглощать и обменивать катионы и анионы, находящиеся на поверхности кол. частиц, на эквивалентное количество ионов почв. раствора. Эта способность обусловливает физико-хим. свойства почв, такие как кислотность, щелочность, буферная способность.

9.Накопление гумуса является результатом почвообразовательного процесса, одновременно сами гумусовые вещества оказывают большое влияние на дальнейшее направление процесса почвообразования и свойства почвы. Функции гумуса в почве очень разнообразны:

Формирование специфического почвенного профиля (с горизонтом А), образование структуры почв, улучшение водно-физических свойств почвы, увеличение поглотительной способности и буферности почв;

2) источник минеральных элементов питания для растений (N, P, K, Ca, Mg, S, микроэлементы), источник органического питания гетеротрофных почвенных организмов, источник СО₂ в приземном слое атмосферы и биологически активных соединений в почве, что непосредственно стимулирует рост и развитие растений, мобилизирует элементы питания, влияет на биологическую активность почвы;

3) выполняет санитарно-защитные функции – ускоряет разрушение пестицидов, закрепляет загрязняющие вещества, снижая поступление их в растения.

В связи с разнообразной ролью органического вещества в плодородии почв актуальное значение приобретает проблема гумусового баланса пахотных почв. Как и любой баланс, гумусовый баланс включает статьи прихода (поступление органических остатков и их гумификация) и расхода (минерализация и другие потери). В естественных условиях почва чем старше, тем плодороднее: баланс положительный или нулевой, в пахотных почвах чаще – отрицательный. В среднем пахотные почвы теряют около 1 т/га гумуса в год. Для регулирования количества гумуса применяют систематическое внесение достаточного количества органического вещества в виде навоза (из 1 т навоза образуется ≈ 50 кг гумуса), торфяных компостов, посев многолетних трав, применение зеленых удобрений (сидератов), известкование кислых почв и гипсование щелочных.

Гумусное состояние почв служит важным показателем плодородия и определяется системой показателей, включающих уровень содержания и запасы органического вещества, его профильное распределение, обогащенность азотом (С: N) и кальцием, степень гумификации, типы гумусовых кислот и их соотношение. Отдельные его параметры служат объектом мониторинга окружающей среды.

Что такое гумус? Гумус – это перегной, органическая часть почвы, которая образуется в результате биохимического превращения животных и растительных остатков. В гумусе находятся основные элементы питания, необходимые растениям, которые под воздействием живущих в почве микроорганизмов превращаются в доступную для растений форму.Важнейшая функция гумуса – это накопление минерального рациона для всех растений. На многофункциональных молекулах гумуса удерживаются минеральные компоненты. Благодаря такому строению почвы она не теряет своего плодородия, независимо от погоды. Талые воды и осадки не вымывают полезные вещества. Помимо этого, стоит сказать и о том, что гумус помогает создавать хорошую структуру почвы. Почва с достаточным содержанием гумуса – рыхлая, влагоемкая, воздухопроницаемая. Поэтому даже в жаркую погоду в такой земле растения не сгорают. Тут также большое значение имеет комкообразная структура гумусной почвы, в то время как на обрабатываемых участках почва чаще всего пылеобразная

Гумусовые вещества, образующиеся в почве, активно участвуют в процессах почвообразования. Гумус играет главную роль в формировании профиля почвы. В благоприятных для роста растений условиях формируется хорошо выраженный темноокрашенный гумусовый горизонт. Гумус склеивает почвенные частицы в агрегаты (комочки), способствуя созданию агрономически ценной структуры и благоприятных для жизни растений физических свойств почвы. В гумусе содержатся основные элементы питания растений (N, Р, К, S, Са, Mg) и различные микроэлементы. Эти элементы в процессе постепенной минерализации гумусовых веществ становятся доступными для растений.

Гумусовые вещества почвы служат пищей для гетеротрофных почвенных микроорганизмов. Отсодержания гумуса в почве зависит интенсивность биологических и биохимических процессов, обусловливающих накопление питательных веществ, необходимых растениям.

Почвенный гумус придает почве темную окраску и способствует поглощению солнечной энергии. Богатые гумусом почвы более теплые, в них создаются благоприятные условия для роста и развития культурных растений, а также для почвенных микроорганизмов.

Почвы с низким содержанием гумуса отличаются бесструктурностью, плохими водными, воздушными и тепловыми свойствами.

Почвы, богатые гумусом, характеризуются большей поглотительной способностью, лучшими водными и физическими свойствами. В этом отношении особая роль принадлежит гуминовым кислотам, которые образуют с катионами кальция и магния устойчивые соединения, предохраняют эти элементы от

Источники гумуса – свежие вещества раст. и животного происхождения, ежегодно поступающие в почву в виде наземного и корневого опада растений, остатков животного происхождения, в т.ч. микроорганизмов, состоят из веществ неспецифической природы (белки, углеводы, лигнин и др.) Гумусообразование: гумификация, минерализация, минерализация гумусовых веществ, взаимодействие орг. веществ с минеральной частью почвы, миграция и аккумуляция орг. и орг.-мин. соединений (процесс формирования динамичной системы орг-мин соединений в профиле почв). Разложение (распад) свежих остатков осуществляется микро- флорой и фауной при участии хим. реакций. В результате промежуточные продукты разложения (аминокислоты, моносахариды, олигосахариды и др.). Частично минерализация (распад до конечных продуктов) до простых солей, частично гумификация. Гумификация – образование высокомолекулярных гумусовых веществ специфической природы из промежуточных.

10.Гумусовые вещества представляют собой гетерогенную, полидисперсную систему высокомолекулярных, азотсодержащих, ароматических органических соединений кислотной природы. В их составе выделяют три группы: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумин, или негидролизуемый остаток. Качественное соотношение этих групп характеризует групповой состав гумуса. В составе групп выделяются фракции, отличающиеся друг от друга некоторыми свойствами (растворимость, молекулярная масса, элементный состав и др.). Количественное соотношение фракций характеризует фракционный состав гумуса.

Гуминовые кислоты — группа темно-окрашенных (от бурой до черной) гумусовых кислот (бурые, серые, гиматомелановые), которые хорошо растворяются в щелочных растворах, но не растворяются в минеральных кислотах и в воде. Из щелочных растворов гуминовые кислоты осаждаются водородом минеральных кислот, а также двух-, трехвалентными катионами. Основными компонентами молекулы являются ядро, периферические боковые цепи и функциональные группы.

Ядро молекулы представлено ароматическими или гетероциклическими кольцами типа бензола, фурана, пиридина, нафталина и др. Ядерные фрагменты соединены между собой углеродными, аминокислотными и другими цепочками и мостиками (-О-, -N-, -СН2-, -С-С-) и образуют рыхлое сетчатое строение.

Боковые цепи содержат функциональные группы, преимущественно карбоксильные (-СООН) и фенолгидроксильные (-ОН) с участием метоксильных, карбонильных, амидных, которые предопределяют кислотную природу этих соединений.