Состав и свойство почвы

Размещено на http://allbest.ru

Состав и свойства почвы

Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей. Соотношение их неодинаково не только в разных почв, но в различных горизонтах одной и той же почвы. Закономерно уменьшение содержания органических веществ и живых организмов то верхних горизонтов почвы к нижним и увеличение интенсивности преобразования компонентов материнской породы от нижних и горизонтов к верхним. В твердой части преобладают минеральные вещества.

Первичные минералы (кварц, полевые шпаты, роговые обманки, слюды и др.) вместо с обломками горных пород образуют крупные фракции; вторичные минералы (гидрослюды, монтмориллонит, каолинит и др.), формирующиеся в процессе выветривания, - более тонкие.

Рыхлость сложения почвы обусловливают состава ее твердой части, включающей частицы разного размера (от коллоидов почвы, измеряемых сотыми долями мк, до обломков диаметром в несколько десятков см). Основную массу почв составляет обычно мелкозем - частицы менее 1 мм

Твердые частицы в естественном залегании заполняются не весь объем почвенной массы, а лишь некоторую его часть; др. часть составляют поры - промежутки различного размера и формы между частицами и их агрегатами. Суммарный объем пор называется пористостью почвы.

Для большинства минеральных почв эта величина варьирует в пределах от 40 до 60%. В органогенных (торфяных) почвах она возрастает до 90%, в заболоченных, оглеенных, минеральных - уменьшается до 27%. От пористости зависят водные составы почвы (водопроницаемость, водоподъемная способность, влагоемкость) и плотность почвы. В порах находятся почвенный раствор и почвенный воздух.

Соотношение их непрерывность меняется вследствие поступления в почву атмосферу осадков, иногда оросительных и грунтовых вод, а также расхода влаги - почвенного стока, испарения (отсасывание корнями растений) и др.

Освобождающееся от воды поровое пространство заполняется воздухом. Этими явлениями определяется воздушный и почвенный режим почвы.

Чем больше поры заполнены влагой, тем затруднительнее газовый обмен (особенно О2 и СО2) между почвой и атмосферой, тем медленнее протекают в почвенной массе процессы окисления и быстрее - процессы восстановления.

В порах также обитают почвенные микроорганизмы. Плотность почвы (или объемная масса) в ненарушенном сложении определяется пористостью и средней плотностью твердой фазы.

Плотность минеральных почв от 1 до 1,6 г/см3, реже 1,8г/см3, заболоченных оглеенных - до 2 г/см3, торфяных - 0,1-0,2 г/см2.

С дисперсностью сопряжена большая суммарная поверхность твердых частиц: 3-5 м2/г у песчаных почв, 30-150 м2/г у супесчаных, до 300-400 м2/г у глинистых. Благодаря этому почвенные частицы, особенно коллоидная и илистая фракции, обладают поверхностной энергией, которая проявляется в поглотительной способности почвы и буферности почвы.

Минеральный состав твердой части почвы во многом определяет ее плодородие. Органических частиц (растительные остатки) содержится немного, и только торфяные почвы почти полностью состоят из них. В состав минеральных веществ входят: Si, Al, Fe, K, N, Mg, Ca, P, S; значительно меньше содержится микроэлементов: Сu, Mo, I, B, F, Pb и др. Подавляющее большинство элементов находится в окисленной форме.

Во многих почвах, преимущественно в почвах недостаточно увлажняемых территорий, содержится значительное количество СаСО3 (особенно если почвы образовались на карбонатной породе), в почвах засушливых областей - СаSO4 и др. более легко растворимые соли; почвы влажных тропических областей обогащены Fe и Al.

Одна реакция этих общих закономерностей зависит от состава почвообразующих пород, возраста почвы, особенностей рельефа, климата и т.д.

Например, на основных изверженных породах формируются почвы более богатые Al, Fe, щелочноземельными и щелочными металлами, а на породах кислого состава - Si.

Во влажны тропиках на молодой коре выветривания почв значительно беднее окисями железа и алюминия, чем на более древних, и по содержанию сходны с почвой умеренных широт.

На крутых склонах, где эрозионные процессы весьма активны, состав твердой части почвы незначительно отличается от состава почвообразующих пород. В засоленных почвах содержится много хлоридов и сульфатов (реже нитратов и бикарбонатов) кальция, магния, что связано с исходной засоленностью материнской породы, с поступлением этих солей из грунтовых вод или в результате почвообразования.

В состав твердой части почвы входит органическое вещество, основная (80 - 90%) часть которого представлена сложным комплектом из гумусовых веществ, или гумуса.

Органическое вещество состоит также из соединений растительного, животного и микробного происхождения, содержащих клетчатку, лигнин, белки, сахара, смолы, жиры, дубильные вещества и т.д. и промежуточные продукты их разложения.

При разложении органических веществ в почве содержащийся в них азот переходит в формы, доступные растениям. В естественных условиях они являются основным источником азотного питания растительных организмов. Многие органические вещества участвуют в создании органо-минеральных структурных отдельностей (комочков). Возникающая теоретическая структура почвы во многом определяет ее физические свойства, а также водный, воздушный и тепловой режимы.

Органо - минеральные соединения представлены солями, глинисто - гумусовыми комплексами, комплексными и внутрикомплексными (хелаты) соединениями гумусовых кислот с рядом элементов (в их числе Al и Fe). Именно в этих формах последние перемещаются в почву.

Жидкая часть, т.е. почвенный раствор, - активный компонент почвы, осуществляющий перенос веществ внутри нее, вынос из почвы и снабжение растений водой и растворенными элементами питания. Обычно содержит ионы, молекулы, коллоиды и более крупные частицы, превращаясь иногда в суспензию.

Газовая часть или почвенный воздух, заполняет поры, не занятые водой. Количество и состав почвенного воздуха, в который входят N2, O2, CO2, летучие органические соединения и пр., постоянны и определяются характером множества протекающих в почве химических, биохимических процессов.

Например количество СО2 в почвенном воздухе существенно меняется в годовом и суточном циклах вследствие различной интенсивности выделения газа микроорганизмами и корнями растений. Газообмен между почвенным воздухом и атмосферой происходит преимущественно в результате диффузии СО2 из почвы в атмосферу и О2 в противоположном направлении.

Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли и др.) и представлений многих групп беспозвоночных животных - простейших, червей, моллюсков, насекомых и их роющих позвоночных и др.

Активная роль живых организмов в формировании почвы определяет принадлежность ее к биокосным природным телам - важнейшим компонентам биосферы.

Химический состав почвы оказывает влияние на состояние здоровья человека через воду, растения и животных. Недостаток или избыток определенных химических элементов в почве бывает столь велик, что приводит к нарушению обмена веществ, вызывает или способствует развитию серьезных заболеваний.

Так, широко распространенное заболевание эндемический (местный) зоб связано с недостатком йода в почве. Малое количество кальция при избытке стронция служит причиной уровской болезни.

Недостаток фтора приводит к кариесу зубов. При высоком содержании фтора (свыше 1,2 мг/л) нередко возникают заболевания костной системы (флюароз).

Почва представляет собой сложную природную систему, где под влиянием живых организмов и других факторов происходят образование и разрушение сложных органических соединений.

Минеральные вещества извлекаются растениями из почвы, входят в состав их собственных органических соединений, затем включаются в органические вещества тела сначала растительноядных, затем насекомоядных, хищных животных.

После гибели растений и животных их органические соединения поступают в почву. Под воздействием микроорганизмов в результате сложных многоступенчатых процессов разложения эти соединения переходят в формы, доступные для усвоения растениями.

Они частично входят в состав органических веществ, задерживаются в почве или удаляются с фильтрующимися и сточными водами.

В результате происходит закономерных круговорот химических элементов в системе "почва - растения - (животные - микроорганизмы) - почва".

Этот круговорот В.Р. Вильямс назвал малым, или биологическим. Благодаря малому круговороту веществ в почве постоянно поддерживается плодородие. В искусственных агроценозах такой круговорот нарушен, так как человек изымает значительную часть сельскохозяйственной продукции, используя ее для своих нужд.

Из - за неучастия этой части продукции в круговороте почва становится малоплодородной. Чтобы избежать этого и повысить плодородие почвы в искусственных агроценозах, человек вносит органические и минеральные удобрения. минеральный состав почва агроценоз

Применяя необходимые севообороты, тщательно обрабатывая и удобряя почву, человек повышает ее плодородие столь значительно, что большинство современных обрабатываемых почв следует считать искусственными, созданными при участии человека.

Таким образом, в одних случаях воздействие человека на почвы приводит к повышению их плодородия, в других - к ухудшению, деградации и гибели.

Теплоемкость и теплопроводность почвы

Характер и энергия многих химических и физических процессов, происходящих в почве, находится часто в большей или меньшей зависимости от температурного ее состояния.

Главнейшим источником теплоты почвы служат тепловые лучи солнца, к непосредственным воздействиям которых присоединяются и термические явления, сопряженные с химическими реакциями и физическими движениями частиц.

Степень нагревания почвы зависит от различного состояния ее поверхности, цвета а также от ее теплоемкости и теплопроводности. Т. почвы есть среднее из Т. составляющих почву твердых частей и воды.

Если принять Т. воды за единицу, главнейшие составные части почвы будут иметь следующую весовую Т. (удельную теплоту): для кварца -- 0,196, известняка -- 0,214, каолина -- 0,233, перегноя -- 0,477.

Но так как удельные веса твердых частиц почвы больше удельного веса воды, то и средняя объемная Т. их выразится несколько иначе, а именно: для кварца -- 0,517, известняка 0,582, каолина -- 0,575, перегноя -- 0,601.

Разница в Т. твердых веществ почвы между собою незначительна, а потому и не должна оказывать заметного влияния на возвышение температуры при действии солнечных лучей; но, сравнивая Т. твердых частей почвы с таковою воды, мы видели, что последняя потребляет при одинаковом объеме в 2 раза больше тепловой энергии, чем первые.

Отсюда понятно, какое важное значение в данном случае имеет содержание в почве воды. Почвы, насыщенные влагой, при других равных условиях, потребуют для своего нагревания значительно большего количества тепла, чем почвы сухие; испаряя содержащуюся в них в изобилии воду, данные почвы сильно охлаждаются (зяблые, холодные почвы).

Что касается зимы, то благодаря той же высокой Т. сырые почвы будут теплее сухих. Над Т. русских почв почти не производилось никаких исследований, и только в последнее время в лаборатории агрономического кабинета СПб. университета были сделаны определения Т. некоторых почв в приборе, употребляемом для определения весовой Т. твердых тел, видоизмененном применительно к почве.

Даем здесь цифры результатов этих определений для нескольких почв. Суглинистый чернозем (Харьковской губ.) -- 0,30; солонец (Саратовской губ.) -- 0,34; песчаная почва, окрашенная гумусом (Воронежской губ.), -- 0,18; супесчаный чернозем (Воронежской губ.) -- 0,26; песчаная светлая почва (Воронежской губ.) -- 0,162.

Если Т. является важным фактором в нагревании поверхностных слоев почвы, то не менее важна и теплопроводность как распределитель тепла во всей почвенной толще. Несомненно, что теплопроводность почвы находится в зависимости прежде всего от теплопроводности составляющих ее твердых частей, воды и воздуха.

По теплопроводности первое место занимают твердые вещества, затем вода и воздух. Отсюда а priori следующий вывод: более компактная почва будет более быстро передавать тепло в глубокие горизонты, чем более рыхлая почва.

Пористость -- порошкообразное измельчение массы -- сильно затрудняет проведение тепла в почве, так как прикосновение отдельных частичек ее в высшей степени несовершенно, а лежащий между ними воздух обладает очень слабою теплопроводимостью.

Влияние воды на передачу тепла в глубь почвы может быть разъяснена двумя следующими случаями.

Во-первых, если почва только влажна, т. е. все водяные частички удерживаются большой капиллярной силой, вследствие чего затрудняется их циркуляция, то вода не может играть заметной роли при распределении теплоты в такой почве.

В этом случае влажная почва относительно распределения теплоты по почвенным слоям будет действовать почти как сухая, т. е. как дурной проводник теплоты.

Теплопроводность воды, по крайней мере сравнительно с другими почвенными элементами, недостаточно известна; во всяком случае, она меньше, чем у минеральных составных частей почвы.

Тем не менее, теплопроводность влажной почвы больше, чем сухой, так как вода до некоторой степени вытесняет частицы воздуха, обладающие наислабейшею способностью проводить теплоту; притом почва теряет и свою пористость.

Во-вторых, если почва настолько мокрая, что вода до некоторой степени может циркулировать, то подобная почва при нагревании сверху не передает нагретых водяных частичек в более глубокие горизонты; они находятся уже в положении самом благоприятном -- устойчивого равновесия.

Но если почва будет охлаждаться сверху, вследствие ли холодного ветра или лучеиспускания в мировое пространство, то охлажденные верхние частички жидкости получат стремление опускаться вниз, на место более теплых и глубже лежащих; вследствие чего охлаждение почвы будет чувствоваться на большей глубине, чем нагревание ее, но именно потому, что при охлаждении почвы участвуют большие массы частичек воды, в ней не обнаруживаются при этом такие крайности, как при противоположном явлении.

Впрочем, сказанное относится только к охлаждению до 4° Ц, так как с понижением температуры за этот предел вода снова начинает расширяться.

Над определением теплопроводности в русских почвах работали Мамонтов и Петров ("Материалы по изучению русских почв"), но они имели дело с искусственно насыпанными в особые цилиндры почвами, ненормально, следовательно, уплотненными, с плохой циркуляцией воздуха, а потому и результаты их опытов имеют лишь сравнительное значение (больше, меньше). Из этих данных нельзя вывести ни относительного, ни тем более абсолютного коэффициента теплопроводности различных почв.

Список использованных источников

1.http://www.treeland.ru/article/home/pochva/about1.htm

2.http://www.landwirt.ru/proizvodstvo/50-2009-03-03-17-58-01

3.Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

4.http://sprav.agronationale.ru/glossary/22780.html

Размещено на Allbest.ru