Материал: Семинар 3 Почва_Биота

3.7. Состав, свойства и режимы почв.

Гранулометрический состав почв и почвообразующих пород характеризуется содержанием механических элементов (частиц) разного размера, выраженном в % к массе сухой почвы. Близкие по размерам механические элементы характеризуются примерно одинаковыми свойствами и поэтому их группируют во фракции. Частицы размером менее 0,01 мм называются физической глиной, крупнее 0,01 мм – физическим песком. На их относительном содержании строится классификация почв и почвообразующих пород (главным образом четвертичных отложений) по гранулометрическому составу (таблица1.).

Содержание физической глины и физического песка (мелкозема) в сумме составляет 100%. Если почва имеет содержание гравия (1-3 мм), превышающее содержание преобладающих фракций мелкозема, то это указывается в названии почвы, например: супесь крупнопылевато-гравийная.

Отдельно вводится в название степень каменистости в зависимости от содержания частиц более 3 мм в % к массе почвы: не каменистая (менее 0,5), слабокаменистая (0,5-5), среднекаменистая (5-10), сильнокаменистая (>10).

1. Классификация почв и почвообразующих пород по

В полевых условиях гранулометрический состав мелкозема можно определить на ощупь, органолептически. Этот способ основан на том, что разновидности почв по гранулометрическому составу обладают различной пластичностью, под которой понимается способность почвенной массы при механических воздействиях необратимо менять форму без образования микротрещин. 2-3 см3 почвы увлажняют с перемешиванием до тестообразного состояния и пытаются скатать шарик или шнур. При определении гранулометрического состава карбонатных почв вместо воды применяют 10% соляную кислоту с целью разрушения агрегатов. Из

подготовленной почвы на ладони скатывают шарик и пробуют раскатать его

вшнур. В зависимости от гранулометрического состава почвы эффективность скатывания будет различной.

Песок – непластичный, скатать шарик или шнур не удается.

Супесь – очень слабопластичная, скатывается в непрочный шарик, в шнур не скатывается.

Легкий суглинок – слабопластичный, скатывается в отдельные короткие отрезки шнура.

Средний суглинок – среднепластичный, скатывается в шнур толщиной 2-3 мм, который ломается при дальнейшем раскатывании или лопается при сгибании в кольцо.

Тяжелый суглинок - очень пластичный, скатывается в тонкий (менее 2 мм) шнур, который образует кольцо с трещинами.

Глина – высокопластичная, скатывается в тонкий шнур, образует кольцо без трещин.

Песчаные и супесчаные почвы относятся к легким, легко- и среднесуглинистые – к средним, тяжелосуглинистые и глинистые - к тяжелым. Чем тяжелее почва, тем большей механической прочностью характеризуются ее агрегаты.

Химический и минералогический (минеральный) состав почв и

пород характеризуют соответственно общее содержание химических элементов и минералов. Основная масса почв состоит из минералов, в составе которых преобладают кремний, алюминий, железо, а также кальций магний калий и натрий. Отличительной особенностью почв является наличие

вих составе органического вещества. Содержание органического вещества в гумусовом горизонте целинных автоморфных почв различных природных зон колеблется от 0,5-1,0% в пустынных и полупустынных почвах до 13-15%

вчерноземах лесостепной зоны. На преобладающих площадях пахотных угодий России в пахотном слое его содержание составляет всего лишь 2-5%. С глубиной содержание органического вещества в профиле почв резко или постепенно снижается до десятых долей процентов. Однако практически все генетические, агрономические свойства и режимы почв в той или иной степени связаны с содержанием и составом органического вещества.

Физико-химические свойства почв являются предметом изучения физической и коллоидной химии. Они обусловлены составом и свойствами почвенных коллоидов и их взаимодействием с почвенными растворами. К важнейшим физико-химическим свойствам относятся:

-реакция среды, варьирует в почвах от кислой (величина рНвод 2,5-6,9) до щелочной (рН 7,1-10);

-ёмкость катионного обмена, колеблется от нескольких мг-экв/100 г почвы в экстрагумидных и экстрааридных областях до 50-70 мг-экв/100 г почвы в чернозёмах семигумидных (полувлажных) областей;

-степень насыщенности основаниями, характеризует соотношение катионов кальция и магния с одной стороны, обусловливающих основные

свойства почв и водорода и алюминия – с другой, обусловливающих кислотные свойства почв (колеблется от 30 до 100%).

Агрохимические свойства почв учитываются при определении вида, доз и норм минеральных, органических удобрений и химических мелиорантов. Главными из них являются: содержание гумуса, легкоразлагаемого органического вещества, емкость катионного обмена, состав поглощенных катионов, реакция среды, содержание усвояемых форм элементов питания (азота, фосфора, калия и микроэлементов).

Общие физические свойства почв. К ним относятся плотность, (плотность твёрдой фазы), плотность сложения и порозность.

Плотность сложения (по устаревшей номенклатуре – объёмный вес, объемная масса) – масса сухого вещества почвы в единице её объема ненарушенного естественного сложения, выражается в г/см3, обычно обозначается символом dv. Плотность почвы зависит от механического и минералогического состава, структурного состояния, порозности, содержания органического вещества. Она варьирует от 0,04-0,4 г/см3 в торфах до 1,8 г/см3 в глеевых минеральных горизонтах (таблица 2).

2. Плотность и плотность твердой фазы различных горизонтов почв (г/см3)

Плотность пахотного слоя не постоянная во времени. При измерении сразу после вспашки она ниже, затем постепенно повышается и приходит в равновесное состояние (равновесная плотность).

Плотность (плотность твердой фазы) (по устаревшей номенклатуре -

удельный вес) – средняя плотность частиц, из которых состоит почва или порода – масса сухого вещества в единице объема твердой фазы почвы или породы. Измеряется в г/см3 или т/м3. Обычно обозначается символом d. Зависит она от плотности веществ, из которых состоит почва. Поскольку плотность преобладающих минералов в составе почв находится в диапазоне 2,5-3,0 г/см3 (кварц – 2,56; полевые шпаты – 2,60-2,76; глинистые минералы –

2,5-2,7 г/см3), то плотность минеральных горизонтов в среднем составляет 2,65-2,70 г/см3. Плотность органических веществ (гумус, растительные остатки) значительно ниже минеральных, находится в пределах 1,4-1,8 г/см3. Поэтому плотность гумусовых горизонтов несколько ниже плотности минеральных и составляет примерно 2,4-2,6 г/см3 (таблица 10.2).

Порозность почв (синонимы: пористость, скважность) – это суммарный объём пор между твердыми частицами, занятый воздухом и водой. Выражается порозность в % от общего объёма почвы; вычисляется по показателям плотности сложения почвы и плотности твёрдой фазы.

Водные свойства и водный режим почв. Формы, или категории воды в почве – это части воды, которые обладают одинаковыми свойствами. А.А. Роде выделил пять форм воды: химически связанная, твердая, парообразная, сорбированная (физически связанная), свободная.

Химически связанная вода включает конституционную, которая представлена гидроксильной группой ОН химических соединений (гидрооксиды железа, алюминия, глинистые минералы и др.) и кристаллизационную, представленную целыми водными молекулами кристаллогидратов (например, СаSО4 . 2Н2О – гипс). Химически связанная вода входит в состав твёрдой фазы почв и не обладает свойствами воды. Она может выделяться из почв только при повышенных температурах - от 20-60оС до 500оС и выше, и для питания растений не доступна.

Твердая вода – представлена в виде льда, который является потенциальным источником жидкой влаги, в том числе доступной для растений.

Парообразная вода содержится в порах в почвенном воздухе. Относительная влажность почвенного воздуха близка к 100%. Она перемещается в порах при изменении температуры и вместе с током почвенного воздуха может конденсироваться и сорбироваться твердой фазой почвы. Конденсат может усваиваться растениями.

Сорбированная (физически связанная) вода за счёт сорбционных сил подразделяется на прочно связанную воду и рыхлосвязанную.

Прочносвязанная сорбированная вода сорбируется почвой из воздуха. При низкой относительной влажности воздуха (20-50%) сорбированная влага образует тонкую плёнку толщиной в 1-2 молекулы. Такая влага получила название – гигроскопическая. При влажности воздуха близкой к 100% сорбируется 3-4 слоя молекул воды. Эта влага называется

максимальная гигроскопическая (МГ).

Наибольшее количество прочносвязанной, строго ориентированной воды, удерживаемой сорбционными силами, характеризует максимальная адсорбционная влагоёмкость (МАВ). Она составляет около 60-70% МГ.

Прочносвязанная вода по физическим свойствам приближается к твёрдым телам: ее плотность достигает 1,5-1,8 г/см3, замерзает при низких

гумусированности. Чем выше в почвах содержание илистой и коллоидной фракций, тем выше показатели прочносвязанной влаги. Так, значения МГ колеблются от 0,5-1% – в песчаных и супесчаных, 2-10 – в суглинистых, до 15-20 – в глинистых и 30-50% в торфах. Показатели МАВ ниже на 30-40%, а гигроскопической влажности – на 50-80%, по сравнению с МГ.

Рыхлосвязанная сорбированная (пленочная) вода представлена полимолекулярной плёнкой толщиной в несколько десятков или сотен диаметров молекул воды. Она удерживается молекулярными силами, менее прочно связана с твердой фазой почв и может частично передвигаться. Верхний предел рыхлосвязанной воды характеризует максимальная молекулярная влагоёмкость (ММВ). В глинистых почвах она может достигать 25–30%, в песчаных – 5-7%. Она частично доступна для растений.

Капиллярная вода является свободной, не зависит от сорбционных сил, а удерживается и передвигается в почве капиллярными (менисковыми) силами.

Менисковые силы начинают проявляться в порах с диаметром менее 8 мм, а наиболее сильно – с диаметром от 100 до 3 мкм. Поры диаметром менее 3 мкм заполнены связанной водой. Капиллярная вода растворяет вещества, вместе с ней передвигаются соли и коллоиды. Капиллярная вода является доступной и наиболее ценной для растений. Она подразделяется на капиллярно-подвешенную, капиллярно-подпертую и капиллярнопосаженную.

Капиллярно-подвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почв сверху (атмосферные осадки, оросительные воды), она висит над сухим слоем почвы и не имеет связи с грунтовыми водами. Капиллярно-подвешенная вода может передвигаться как в нисходящем направлении, так и вверх, если влага испаряется с поверхности. Поэтому существует ряд агротехнических мероприятий (боронование, прикатывание и др.), направленных на снижение испарения и сохранение капиллярноподвешенной влаги.

Нормы орошения не должны превышать запасы капиллярноподвешенной влаги.

Стыковая капиллярно-подвешенная влага преобладает в песчаных

исупесчаных почвах с крупными порами. Она находится в местах стыка твёрдых частиц и удерживается капиллярными силами.

Капиллярно-подпертая вода заполняет капиллярные поры при увлажнении снизу, от горизонта грунтовых вод. Она передвигается вверх по капиллярам и подпирается снизу грунтовыми водами. Слой почвы над грунтовыми водами, содержащий капиллярно-подпертую влагу, называется

капиллярной каймой.

Всуглинистых и глинистых почвах он достигает 2-6 м, а в песчаных и супесчаных – только 0,4-2,0 метра. Мощность капиллярной каймы характеризует водоподъемную способность почв. Капиллярно-подпёртая влага принимает участие в снабжении водой растений в полугидроморфных

игидроморфных почвах и является существенным дополнением к