Теплоемкость

Помимо естественной тепловой энергии, исходящей от солнца, почва получает тепло, источником которого являются вещества, вступающие в физико-химическую, экзотермическую или биохимическую реакцию. Однако это не вызывают изменения температурного уровня грунта. Как известно, в летний зной происходит значительное повышение температуры предварительно увлажненной почвы. При этом образуется тепловая энергия, получившая наименование «теплота смачивания». Особенно ярко подобное явление выражено на участках с почвой, содержащей большое количество минеральных и органических компонентов. Незначительному повышению температуры может способствовать так называемая внутренняя теплота планеты. Кроме того, существует такое явление, как скрытая теплота. Она образуется вследствие процессов конденсации, замерзания и кристаллизации воды. Все почвы условно можно разделить на две группы – теплые и холодные. Величина температурного параметра зависит от ряда факторов, наиболее значимыми среди которых являются состав грунта, количество содержащегося в нем перегноя и уровень влажности. Причем чем выше последний параметр, тем ниже показатели теплоемкости песчаных почв и тем выше – глинистых и торфяных, которые считаются холодными. Создание оптимальной температуры почвы является одним из главных условий успешного выращивания растительных культур. Температурный режим в толще грунта может быть как положительным (при этом в почве сохраняется больше тепловой энергии, чем выходит), так и отрицательным (отдается больше тепловой энергии, чем удерживается). В настоящее время разработаны способы суточного, сезонного, годичного и даже многолетнего регулирования температуры почвы. Среди таких методик известны не только гидромелиоративные, но и агротехнические, лесо– и агромелиоративные. Выращивание растений на том или ином участке способствует эффективной регуляции температурного режима почвенного покрова. При этом наблюдается уменьшение годового теплооборота. Создание благоприятной для культур воздушно-тепловой среды возможно, например, при размещении посевных участков у водоемов либо на грядах и гребнях, где обычно отмечается более высокая температура, чем в низинах.

Теплопроводность

Еще одной важной характеристикой почв является их теплопроводность. Данный термин означает способность грунта проводить тепловую энергию. Было замечено, что сухая почва отличается меньшей теплопроводностью по сравнению с увлажненной. Такое явление можно объяснить значительным тепловым контактом, происходящим между частичками почвенного комка, разделенными водной пленкой.

Плодородие

Плодородие – это способность грунта снабжать растения необходимыми для их нормального роста и развития питательными веществами, а также водой, теплом и воздухом. Такое его качество напрямую связано с характером процесса почвообразования. Показатели плодородия почвы обусловлены рядом природных и социально-экономических факторов. Действительно, урожайность зависит не только от условий естественной среды, но также от проводимых мелиоративных и агротехнических мероприятий. Известно, например, что разницу в показателях урожайности на плодородных и неплодородных почвах можно сделать минимальной, если регулярно вносить в бедные грунты органические и минеральные удобрения. Однако следует заметить, что результат возрастает не только вследствие повышения уровня плодородия почвы за счет подкормки. Дело в том, что плодородие можно соотнести со сложной системой, состоящей из нескольких компонентов. В данном случае таковыми являются структура и состав грунта, его физические, химические и биологические качества. Степень плодородия обусловлена также мероприятиями, которые регулируют содержание в почве микроэлементов, азотистых и зольных веществ, а также позволяют оптимизировать воздушный, температурный и водный режимы. Ученые утверждают, что все почвы являются потенциально плодородными. К факторам, оказывающим влияние на уровень скрытого плодородия, относятся наличие в грунте тех или иных питательных веществ, их количество и сформировавшиеся в данный период времени водные, воздушные, химические, физические и биологические условия. Для повышения урожайности культур и уровня плодородия необходимо учитывать и улучшать параметры всех указанных выше характеристик почвы. Величина потенциального плодородия грунта формируется в процессе почвообразования и является выражением его состояния в конкретный момент времени. Однако нужно отметить, что не во всех случаях качество плодородия повышается одновременно с процессами природного и искусственного окультуривания. Для достижения ожидаемого результата при проведении агротехнических мероприятий следует обязательно учитывать, анализировать и прогнозировать динамику роста показателей потенциального плодородия. Это позволит активизировать скрытые возможности почвы при освоении. Плодородие грунта относится к числу непостоянных величин, которые изменяются вместе с трансформацией условий. Его показатели зависят от методов использования почвенного горизонта, воздушного, водного и температурного режимов, характеристик культивируемых растений, состава используемых для обогащения удобрений и т. д. Более того, плодородие – это характеристика почвы, которая не относится к категории неисчерпаемых ресурсов. При неправильном использовании грунт быстро истощается. Чтобы предотвратить это, важно своевременно проводить специальные мероприятия по его обогащению.

27. Характеристика почвообразовательных процессов в таежно-лесной зоне.

1. Подзолообразовательный процесс (оподзоливание). Относится к группе элювиальных элементарных почвообразовательных процессов (ЭПП). Особенность: разрушение верхней части профиля почвы первичных и вторичных минералов и вынос продуктов разрушения в нижележащие горизонты и грунтовые воды.

Механиз: -действие водородного иона, появляющегося при диссоциации угольной кислоты (коллоидная теория Гедройца, 1926)

-влиянием аммонийного иона (ремезов, 1941)

-действием гумусовых кислот, особенно ФК (пономарева, 1964) и др.

2. Лессивирование(лессиваж,обезиливание, иллимиризация). Процесс относится к группе элювиальных ЭПП. Сущность процесса состоит в пептизировании, отмывке илистых и тонкопылеватых частиц с поверхности зерен грубозернистого (песчаного и крупнопылеватого) материала или из микроагрегатов и выноса их в неразрушенном состоянии из элювиального горизонта.

Пептизация – распад почвенных агрегатов на элементарные частицы без разрушения последних,т.е. деспергирование.

Основными признаками для разделения подзолистых и лессивированных почв ряд исследователей считают состав ила по профилю (отношение SiO2, R2O3) и наличие «ориентированной» глины. В лессивированных почвах состав ила по профилю постоянен, а в иллювиальном горизонте присутствует заметное количество «ориентированной глины», что свидетельствует о перемещении ила без рзрушения.

3. оглеение. Относится к группе метаморфических ЭПП. Оглеение – процесс метаморфического преобразования минералов почвенной массы в результате постоянного или длительного периодического переувлажнения почвы, приводящего к интенсивному развитию восстановительных процессов, иногда сменяемых окислительными. Оно характеризуется восстановлением элементов с переменной валентностью, разрушением первичных минералов, синтезом специфических вторичных минералов, имеющих в своей кристаллической решетке ионы с низкой валентностью, незначительным выносом оснований и иногда аккумуляцией соединений Fe, S, P, Si.

Метаморфизм – процесс существенного изменения текстуры, структуры и состава горных пород под воздействием температуры и давления, трансформация минералогического состава на месте.

4. дерновый процесс (биогенно-аккумулятивное ЭПП). Дерновый процесс –интенсивное гумусообразоваие, гумусонакопление и аккумуляция биофильных элементов под воздействием травянистой растительности и особенно корневой массы с образованием изогумусового профиля с поверхностным темным комковатым или зернистым гумусовым (или перегнойным) горизонтом, состоящим по крайней мере, наполовину по объему из корней растений.

Гумусообразование (гумификация) – процесс преобразования органических остатков в почвенный гумус и его перемешивание с минеральной частью почвы с формированием гумусовых сгустков (гумонов), обволакивающих пленок , органо-минеральных соединений и глинисто-гумусвых компонентов.

Гумусообразование разделяют: -по механизму гумусонакопления на инситное (на месте образования), пропиточное, потечное.

-по типу гумификации на гуматное >2; фульватно-гуматное -1-2; гуматно-фульватное -0,5-1; фульватное <0.5

-по реакции среды на кислое, нейтральное, щелочное

-по характеру связи с минеральной частью и степени гумификации на мюллеобразование, модерообразование, морообразование.

5. Оглинивание (метаморфическое ЭПП). Оглинивание - процесс внутрипочвенного выветривания первичных минералов с образованием и относительным накоплением вторичной глины сиаллитного состава.

Постоянная влажность и длительные положительные температуры способствуют этому процессу. Оглинивание происходит так же в результате вторичного синтеза из продуктов минерализации органических остатков. Оно охватывает среднюю часть профиля и ведет к образованию метаморфического иллювиального горизонта (Вm).

6. Торфообразование (биогенно-аккумулятивный ЭПП). Это процесс преобразования и консервирования органических остатков при их незначительной гумификации. Он ведет к образованию поверхностных горизонтов торфа различной степени разложенности: олиготрофное (дистрофное) торфообразование; эутрофное торфообразование.

28. Черноземы лесостепной зоны. Строение, состав и свойства.

троение профиля:

чернозем обыкновенный

А – АВ – В (В₁ В_к ) – ВС_к – Ск.

А – гумусовый, однородно темноокрашенный с зернистой структурой;

АВ -гумусовый, однородно темноокрашенный с общим осветлением книзу и более светлый, чем горизонт А, с зернистой или комковато-зернистой структурой;

В –бурый, преимущественно с неравномерно затечной, языковатой, ослабевающей книзу гумусированностью. Может подразделятся на горизонты В_1, В_2, а в ряде подтипов выделяют оглиненные (В_t ) или иллювиально- карбонатные (В_к ) подгаризонты;

ВС_к – переходный к почвообразующей породе, карбонатный;

С_к -почвообразующая порода, содержит карбонаты.

Мощность гумусовых горизонтов составляет 60-100 (180) см.

К ним относятся темноокрашенные высокогумусированные почвы, не имеющие признаков современного переувлажнения.

Состав и свойства черноземов

Не смотря на значительное варьирование свойств различных подтипов черноземов, можно отметить определенные закономерности зональных и подзональных изменений состава и свойств.

Таблица 4 Виды черноземов лесостепи и их основные свойства

29.Черноземы степной зоны. Строение, состав и свойства

Строение: Профиль черноземов имеет следующее строение: А – АВ – В(В1 Вк) – ВСк – Ск.

А – гумусовый, однородно темноокрашенный с зернистой структурой;

АВ – гумусовый, темноокрашенный с общим осветлением (побурением) книзу и более светлый, чем горизонт А, с зернистой или комковато-зернистой структурой;

В – бурый, преимущественно с неравномерно затечной, языковатой, ослабевающей книзу гумусированностью. Может подразделяться на горизонты В1В2, а в ряде подтипов выделяют оглиненные (Вt) или иллювиально-карбонатные (Вк ) подгоризонты;

ВСк – переходный к почвообразующей породе, карбонатный;

Ск – почвообразующая порода, содержит карбонаты.

Мощность гумусовых горизонтов составляет 60-100 (180) см.

Чернозёмы в степной зоне представлены обыкновенными южными черноземами. Вместе с солонцовыми комплексами они занимают площадь около 100 млн. га.

Черноземы обыкновенные.  Обыкновенные черноземы развиты в районах с умеренно засушливым климатом, непромывным водным режимом, под разнотравно-злаковой (ковыльной) растительностью. Мощность горизонтов А + В составляет 60— 80 см. Горизонт А содержит 6—8% гумуса, характеризуется темно-серым цветом, комковато-зернистой или порошистой структурой. Горизонт В — комковато-призматический, переход в горизонт С ровный или языковатый. Вскипание почв наблюдается с нижней части А или с верхней части горизонта В. Изменения в содержании илистых частиц по профилю почв крайне незначительные. Новообразования присутствуют в виде псевдомицелия и плохо выраженных карбонатных пятен. Изредка встречаются выделения гипса. Почвенный поглощающий комплекс насыщен Са2+ и Mg2+, а реакция среды нейтральная

Черноземы южные. Эти почвы формируются в условиях более ксеро-морфного климата под разреженной типчаково-ковыльной растительностью засушливой степи. Они занимают южную часть степной зоны и непосредственно граничат с темно-каштановыми почвами. В отличие от обыкновенных черноземов характеризующихся меньшим гумусонакоплением, повышением горизонта карбонатных выделений (на границе гумусового слоя или в нижней части горизонта В₁). В ППК этих почв содержится до 5 % натрия.

В нижних горизонтах на глубине 1,5-2,5 м или глубже южные черноземы часто содержат гипс, а иногда повышенное содержание легкорастворимых солей. Карбонатностъ, солонцеватость и солончаковатость в южных черноземах проявляются чаще, чем в обыкновенных черноземах. Недостаточное увлажнение ослабляет процессы гумусо-накоплепия. Небольшая глубина промачнвания почвы ограничивает мощность корнеобитаемого слоя, что обусловливает формирование укороченного почвенного профиля. Одновременно уменьшается подвижность карбонатов, появляется гипс. В почвенном поглощающем комплексе нередко присутствует Na+. Мощность гумусового горизонта южных черноземов А + В 40— 60 см, содержание гумуса уменьшается до 4—6 %. Гор изонт А — мощностью 10—15 см серый, комковатый или ком- ковато-пылеватый, вскипает от соляной кислоты с поверхности или с верхней части горизонта А. В горизонтах В и Вк на глубине 1,5—2 м образуются белоглазка, гипс в виде мучнисто-кристаллических жилок. Содержание водорастворимых солей достигает 1,5%. Нередко нижняя часть профиля солонцеватая, обнаруживает сходство с каштановыми почвами. Реакция почв слабощелочная.

В пониженных элементах рельефа при близком залегании УГВ (6-3 м и выше) формируются почвы лугово-черноземного типа, близкие по свойствам к черноземам, но с заметным проявлением процессов оглеения.

По содержанию перегноя (гумуса) выделяют черноземы: малогумус-ные (< 6 %), среднегумусные (6-9 %), тучные (> 9 %).

По мощности горизонтов А + АВ: -маломощные (< 40 см), среднемощные (40-80 см), мощные (80-120 см), сверхмощные (> 120 см).

В направлении от оподзоленных к типичным черноземам увеличивается мощность гумусового слоя, содержание гумуса, емкость катионного объема, степень насыщенности ППК основаниями; снижается кислотность, глубина вскипания. В направлении - от типичных к южным – снижается мощность гумусового слоя, содержание и запасы гумуса, емкость катионного объема, в ППК появляется обменный натрий и реакция становится слабощелочной, продолжает снижаться глубина залегания карбонатов.

Таким образом, наиболее яркие главные свойства черноземов проявляются в черноземах типичных.

В составе гумуса всех подтипов черноземов преобладают гуминовые кислоты. В минералогическом составе черноземов преобладают первичные минералы. В составе вторичных минералов содержатся минералы группы монтмориллонита, гидрослюды, вермикулит, хлорит и др. Черноземы характеризуются высокой степенью обеспеченности элементами питания, в том числе микроэлементами, что обусловлено биогенной аккумуляцией азота, фосфора, серы и др. элементов. Они обладают рыхлым сложением, высокой влагоемкостью, хорошей водопроницаемостью и структурностью. Плотность гумусовых горизонтов -1,0-1,3 г/см³, общая порозность 50-60%, некапиллярная порозность составляет, примерно, 18-20%, что обеспечивает хорошую воздухо- и водопроницаемость.

Черноземы лесостепи подразделяют на подтипы: черноземы оподзоленные, черноземы выщелоченные, черноземы типичные.

Черноземы оподзоленные: А-А" -А"В-В-(ВС_к)С_к

Наиболее близки к темно-серым почвам, так как характеризуются слабой дифференциацией профиля по элювиально-иллювиальному типу. Для них характерно наличие кремнеземистой присыпки в нижней части гумусово-аккумулятивного горизонта, отмечаются затеки глины, ила, гидроксидов железа.

Профиль чернозема оподзоленного имеет следы интенсивной жизнедеятельности почвенной зоофауны.

В черноземах оподзоленных возможно выделение горизонта иллювиированной материнской породы.

Черноземы выщелоченные: А- АВ- В- ВС_К -С_к

Характеризуются отсутствием карбонатов в почвенном профиле. Дифференциация профиля на зоны вымывания и вмывания не имеет строгого морфологического подтверждения, отмечается некоторое осветление нижней части гумусово-аккумулятивного горизонта (слабое элювиирование), а для переходных горизонтов характерна ореховатая и призмовидно-комковатая структура (слабое иллювиирование). Главный диагностический признак - глубина вскипания карбонатов от HCl (в материнской породе).

Черноземы типичные: А – АВ – В (В₁ В_к ) – ВС_к – Ск.

Отличаются наиболее четко выраженными морфологическими признаками черноземообразования. Это накопление гумуса, биофильных элементов в верхней полуметровой толще, неглубокое залегание карбонатов, отсутствие перераспределения коллоидов по профиль.