Свойства почв и ее структура

Размещено на http://www.allbest.ru/

Свойства почв и ее структура



План

почва гранулометрический агрономический гумусообразование

1. Морфологические признаки почв

1.1 Строение почвы

1.2 Окраска почвы

1.3 Гранулометрический состав почв и его агрономическое значение

2. Органические и органо-минеральные вещества в почвах

2.1 Влияние условий почвообразования на гумусообразование

2.2 Состав гумуса

2.3 Гумусовое состояние почв

Краткий конспект лекции



1. Морфологические признаки почв

В процессе почвообразования горная порода приобретает многоуровневую морфологическую организацию. Существуют морфоны 1, 2, 3, 4, 5 порядков. Для выделения морфонов существует система морфологических признаков почвы.

Морфологические признаки почвы - система показателей, позволяющей отличать морфологические элементы один от другого.

К внешним морфологическим признакам относятся:

строение,

мощность профиля и отдельных горизонтов,

окраска,

гранулометрический состав,

структура,

сложение,

новообразования,

включения.

1.1 Строение почвы

Всякая почва представляет собой систему последовательно сменяющих друг друга по вертикали генетических горизонтов -- слоев, на которые дифференцируется исходная материнская горная порода в процессе почвообразования.

Эта вертикальная последовательность горизонтов получила название почвенного профиля.

Почвенным профилем называется определенная вертикальная последовательность генетических горизонтов в пределах почвенного индивидуума, специфическая для каждого типа почвообразования.

Почвенный профиль представляет первый уровень морфологической организации почвы как природного тела, почвенный горизонт -- второй.

Профиль почвы характеризует изменение ее свойств по вертикали, связанное с воздействием почвообразовательного процесса на материнскую горную породу. Главные факторы образования почвенного профиля, т. е. дифференциации исходной почвообразующей породы на генетические горизонты, -- это, во-первых, вертикальные потоки вещества и энергии (нисходящие или восходящие в зависимости от типа почвообразования и его годовой, сезонной или многолетней цикличности) и, во-вторых, вертикальное распределение живого вещества (корневые системы растений, микроорганизмы, почвообитающие животные).

Строение почвенного профиля, т. е. характер и последовательность составляющих его генетических горизонтов, специфично для каждого типа почвы и служит его основной диагностической характеристикой. При этом имеется в виду, что все горизонты в профиле взаимно связаны и обусловлены.

Почвенный горизонт, в свою очередь, также не является однородным и состоит из морфологических элементов третьего уровня -- морфонов, под которыми понимаются внутригоризонтные морфологические элементы.

На четвертом уровне морфологической организации выделяются почвенные агрегаты, на которые естественно распадается почва в пределах генетических горизонтов.

Следующий, пятый уровень морфологической организации почвы можно обнаружить уже только с помощью микроскопа. Это микростроение почвы, изучаемое в рамках микроморфологии почв.

Типы строения почвенного профиля

В соответствии с характером соотношения различных горизонтов в большом разнообразии строения почвенного профиля можно выделить несколько типов, которые связаны с определенными типами почвообразования, возрастом почв и их нарушенностью природными или техногенными процессами.

Профиль бывает простым и сложным.

Простое строение профиля включает в себя следующие пять типов:

1) примитивный профиль с маломощным грризонтом А либо АС, лежащим непосредственно на материнской породе;

2) неполноразвитый профиль, имеющий полный набор всех генетических горизонтов, характерных для данного типа почвы, с малой мощностью каждого горизонта;

3) нормальный профиль, имеющий полный набор всех генетических горизонтов, характерных для данного типа почвы, с мощностью, типичной для неэродированных почв плакоров;

4) слабодифференцированный профиль, в котором генетические горизонты выделяются с трудом и очень постепенно сменяют друг друга;

5) нарушенный (эродированный) профиль, в котором часть верхних горизонтов уничтожена эрозией.

Сложное строение почвенного профиля также характеризуется пятью типами:

1) реликтовый профиль, в котором присутствуют погребенные горизонты или погребенные профили палеопочв; о другой стороны, в профиле могут присутствовать не погребенные, а реликтовые горизонты, являющиеся следами древнего почвообразования, идущего сейчас по иному типу;

2) многочленный профиль формируется в случае литологических смен и пределах почвенной толщи;

3) полициклический профиль образуется в условиях периодического отложения почвообразующего материала (речной аллювий, вулканический пепел, эоловый нанос);

4) нарушенный (перевернутый) профиль с искусственно (деятельностью человека) или природно (например, при ветровалах в лесу) перемещенными на поверхность нижележащими горизонтами;

5) мозаичный профиль в котором генетические горизонты образуют не последовательную по глубине серию горизонтальных слоев, а прихотливую мозаику, сменяя друг друга пятнами на небольшом протяжении.

Систематика типов строения почвенного профиля может быть построена и по иному принципу, т. е. не на основе соотношения тех или иных генетических почвенных горизонтов, а на основе анализа распределения вещественного состава почвы по ее вертикальному профилю.

При этом может рассматриваться какое-то одно вещество или одна группа веществ (например гумус, известь, гипс, водорастворимые соли, глинистые минералы, полуторные оксиды), либо совокупность педохимически сопряженных веществ.

Это распределение также определенным образом отражается и в морфологии почвы, например в окраске почвы и ее плотности, в характере и распределении новообразований.

Почвенные горизонты

Генетические почвенные горизонты -- это формирующиеся в процессе почвообразования однородные, обычно параллельные земной поверхности слои почвы, составляющие почвенный профиль и различающиеся между собой по морфологическим признакам, составу и свойствам.

Генетическими они называются потому, что образуются в процессе генезиса почв.

Генетические горизонты в почвенном профиле выступают как важнейшие однородные составные части почвенного тела, причем их однородность подразумевается только в масштабе рассмотрения почвенного профиля. При ином, более детальном масштабе рассмотрения почвенные горизонты оказываются весьма неоднородными, устроенными очень сложно.

На заре развития почвоведения Докучаев выделил в почве всего три генетических горизонта:

А -- поверхностный гумусо-аккумулятивный;

В -- переходный к материнской породе;

С -- материнская горная порода, подпочва.

По составу горизонты бывают органогенные, гумусированные, карбонатные, железистые и другие, по свойствам -- кислые, нейтральные, щелочные, насыщенные, выщелоченные, ненасыщенные и др.

Сочетание этих признаков определяет общий, внешний вид почвенного профиля и различия между генетическими горизонтами.

Строение почвы -- общий облик почвенного профиля. Характер и последовательность генетических горизонтов специфичны для каждой почвы, что является основной диагностической характеристикой. Каждый горизонт имеет название и буквенное обозначение (индекс). В качестве индексов примеяют буквы латинского алфавита:

A

B

C

D

A - это верхний слой, В - следующий за ним, и так далее.

Обычно выделяют:

Ао-- лесная подстилка, подразделяется на:

AL -- свежий опад;

AF -- слой разложения с преобладанием слаборазложившихся растительных остатков, сохраняющих анатомическое строение;

АН -- частично гумифицированный опад, смешанный с минеральной частью почвы.

А -- гумусово-аккумулятивный горизонт формируется в верхней части профиля в результате накопления гумуса и элементов питания.

Ап --пахотный горизонт, поверхностный гумусовый горизонт, преобразованный периодической обработкой.

Ad -- дернина -- густо пронизанный корнями растений верхний слой почвы, формируется под луговой растительностью.

A1 -- гумусово-элювиальный; наряду с накоплением гумуса происходят разрушение минералов и частичный вынос органических и минеральных веществ.

А2 --- элювиальный всегда окрашен в светлые тона в результате интенсивного разрушения и выноса продуктов разрушения в нижележащие горизонты или за пределы почвенного профиля. В подзолистых и дерново-подзолистых почвах он называется подзолистым горизонтом.

В -- иллювиальный горизонт, переходный от гумусового к материнской породе; горизонт вмывания, в результате чего он может обогащаться гумусом (Bh), илом (Вi), карбонатами (Вк или Вса), соединениями железа (BFe) глиной (Вт).

В черноземах и каштановых почвах он называется переходным от гумусово-аккумулятивного к породе, так как в этих почвах перемещение веществ сверху вниз не происходит. Имеет бурую, kрасно-бурую или желто-бурую окраску. Он может подразделяться на B1, B2, В3 и т.д.

G -- Глеевый горизонт формируется в гидроморфных почвах вследствие длительного или постоянного избыточного увлажнения.

В анаэробных условиях образуются закисные соединения железа и марганца. На фоне сизовато-серой окраски обычно присутствуют охристые пятна, черные или темно-бурые пятна железо-марганцевых образований. Если глееватость обнаруживается в других горизонтах, то к их индексу добавляется буква g, например A2g. Слабая выраженность оглеения отмечается символом в скобках (g). Грунтовое оглеение подчеркивают одной чертой снизу --G, поверхностное -- сверху G.

С -- Материнская порода представляет собой незатронутую почвообразованием породу, в верхнюю часть которой могут вмываться соли. Их присутствие обозначается дополнительными буквами: карбонатов -- Ск гипса -- Сг, сульфатов -- Cs.

Д -- подстилающая порода выделяется тогда, когда почвенные горизонты образовались на породе, ниже которой расположена другая порода.

Для переходных горизонтов применяются двойные обозначения:

А2В -- горизонт с признаками подзолистого (А2) и иллювиального (В);

A1A2 -- прокрашенный гумусом, с признаками оподзоливания;

B1Ba -- отсутствует резкая граница между слоями в иллювиальном горизонте и т.д.

Для торфяных почв применяется индекс Т.

Профили пойменных почв подразделяются как на горизонты, так и на отдельные слои аллювия и обозначаются A1, А2 и т.д.

Обозначение аллювия ставится на первое место: Ао -- Al1A1 - Al1Bo - Al1 - Al...

Реликтовые горизонты обозначают символом, взятым в скобки:

А -- реликтовый (погребенный) гумусовый;

Т -- погребенный торфяной.

Антропогенно деградированные нарушенные горизонты отмечают следующими символами:

Ад, Тд; Н -- деградированный

Ан, Вн Тн нарушенный

Аи, Ви искусственный.

Мощность почвенного профиля и почвенных горизонтов

Мощность почвенного профиля -- общая протяженность всех горизонтов до материнской породы. У различных почв она колеблется от 40-50 до 100-150 см.

Мощность почвенного горизонта -- протяженность от верхней до нижней границы. Например, Ао = 0-5 см, A1 -- 5-25 см и т.д., т.е. видна как мощность, так и глубина расположения горизонта.

При описании почвенного профиля указывается характер перехода между горизонтами: границы между ними могут быть ясными и резкими, ровными и извилистыми, в виде «затеков» и «карманов», постепенными, если окраска одного горизонта сменяется другой на протяжении более 5 см.

Указывается форма границ, которая может быть ровной, волнистой, языковатой, «изъеденной».

Сочетание горизонтов позволяет записать строение почвенного профиля в виде своеобразной формулы, например: Ао -- A1 -- А2 -- B1 -- В2 -- ВС -- С -- подзолистая почва;

Ап -- А2 -- А2В1 -- Bg -- BCg -- Cg -- дерново-подзолистая пахотная грунтово-глееватая почва.

Профиль называется нормальным, если почва имеет полный набор горизонтов в соответствии с типом почвообразования.

1.2 Окраска почвы

Окраска почвы -- наиболее доступный, и прежде всего бросающийся в глаза морфологический признак. Это существенный показатель процессов, происходящих в почве, и принадлежности ее к тому или иному типу. Недаром многие почвы получили название в соответствии со своей окраской -- подзол, краснозем, чернозем, желтозем и т.д.

Окраска почв имеет и большое агрономическое значение. Практики-земледельцы всех континентов с давних времен судили о качестве, о плодородии почв по их окраске. При этом плодородие почв чаще всего ставилось в зависимость от содержания гумуса, а следовательно, было связано с черной или темно-серой окраской. Цвет почвы определяется окраской тех веществ, из которых она слагается, а также физическим ее состоянием и степенью увлажнения.

Наиболее важны для окраски почв следующие группы веществ:

гумус; 2) соединения железа; 3) кремнекислота, углекислая известь.

Гумусовые вещества обусловливают черную, темно-серую и серую окраски.

Соединения окиси железа окрашивают почву в красный, оранжевый и желтый цвета, закиси железа -- всю почву или отдельные ее горизонты и участки в сизые и голубоватые тона. Встречающийся, например, в болотных почвах вивианит [Fe3(PO4)2-8H2O] придает им зеленовато-голубой оттенок.

Кремнезем (SiO2), углекислый кальций (СаСО3) и каолинит (H2Al2Si2O8-H2O) обусловливают белую и белесую окраски.

В ряде случаев заметную роль в приобретении почвой белесоватых оттенков могут играть гипс (CaSO4-2H2O) и легкорастворимые соли (NaCl, Na2SO4-8H2O и др.).

Различное сочетание указанных трех групп веществ определяет большое разнообразие почвенных цветов и оттенков.

На окраску почвы влияет ее структурное состояние. Комковатые, зернистые или глыбистые почвы кажутся темнее, чем распыленные, бесструктурные. Большое влияние на окраску оказывает вода. Влажные почвы всегда более темные, чем сухие. Более темная окраска почв в полевых условиях наблюдается утром и вечером.

Окраску почвы обычно трудно бывает охарактеризовать каким-нибудь одним цветом, поэтому приходится указывать ее степень (например, светло-бурая, темно-бурая), или отмечать оттенки (например, белесая с желтоватым оттенком); или называть промежуточные тона (коричнево-серая, серо-бурая).

Если почвенные горизонты не имеют однородной окраски, их называют пестрыми или пятнистыми. Точное определение цвета почвы требует известного навыка и опыта.

В ряде зарубежных стран широко применяют таблицы с эталонными стандартными окрасками, при этом цвет почвы кодируется определенным цифровым индексом.

Среди морфологических признаков применяют такое понятие как состав почвы. Состав почвы -- соотношение (массовое или объемное) компонентов почвенного материала, выражаемое в процентах его общей массы или объема, либо в долях единицы. Различаются фазовый, агрегатный (структурный), микроагрегатный, гранулометрический (механический, текстура), минералогический и химический состав почвы.

Минералогический состав почв

Материнской основой почвообразования являются горные породы, вода, воздух и населяющие почву организмы, поэтому почва по своему химическому составу отличается от исходных почвообразующих пород. Основную массу горных пород составляют О, Si и А1, на долю которых приходится 84,05%. Если прибавить Fe, Ca, Na, К, Mg, то в сумме восемь элементов составляют 98,87% массы пород.

Почвы наследуют характерные для пород соотношения, но содержание отдельных элементов изменяются/

Наследуют почвы и геохимические черты почвообразующих пород: на песчаных породах, богатых кварцем, почвы обогащены кремнеземом, на лессе -- кальцием, на засоленных породах -- солями и т.д.

Основную долю вещественного состава рыхлых почвообразующих пород и почв, за исключением торфяных, образуют минеральные частицы. В зависимости от происхождения и размеров они могут быть разделены на две основные группы.

Одну из них составляют зерна первичных минералов, перешедших в мелкозем из разрушенных плотных изверженных, метаморфических или осадочных пород, другую -- тонкодисперсные частицы вторичных, главным образом глинистых минералов, которые представляют собой продукт трансформации первичных минералов или преобразованы в ходе выветривания и почвообразования.

Первичные минералы почти целиком сосредоточены в гранулометрических фракциях размером более 0,001 мм, так называемой крупной фракции почв, что определяется исходными преобладающими размерами минеральных зерен в плотных породах, а также максимальными пределами их дробления при механических и температурных воздействиях.

Участие первичных минералов в формировании рыхлых почвообразующих пород весьма различно: первичные минералы составляют 90--98% массы мелкозема песков, 50--80% суглинков и 10--12% глин.

Наиболее распространенными первичными минералами в породах и почвах являются кварц, полевые шпаты, амфиболы, пироксены и слюды.

Роль первичных минералов состоит в формировании агрофизических свойств почвы, они являются источником образования вторичных минералов, служат источниками питания для растений.

Вторичные минералы возникли из первичных минералов под воздействием климатических и биологических факторов, практически целиком сосредоточены в тонкодисперсных гранулометрических фракциях размером <0,001 мм.

Представлены глинистыми минералами, минералами оксидов железа, алюминия, марганца и кремния и минералами-солями.

Глинистые минералы, как правило, составляют основную часть вторичных минералов. Названы они так в связи с тем, что преимущественно определяют минералогический состав глин. Важнейшая роль глинистых минералов состоит в том, что в силу присущей им поглотительной способности они определяют емкость поглощения почв и наряду с гумусом являются основным источником поступления минеральных элементов в растения.

К главнейшим глинистым минералам относятся минералы групп каолинита, гидрослюд, монтмориллонита, смешаннослойных минералов, хлорита.

Минералы гидроксидов железа и алюминия. Из минералов группы железа наибольшее значение имеют гематит и гетит, и гиббсит из минералов группы алюминия.

Минералы-соли встречаются в виде примесей к глинистым минералам главным образом в почвах аридных и семиаридных зон.

Наиболее широко распространенными минералами-солями в почвах являются карбонаты:

кальцит, люблинит, арагонит; доломит; сода.

Среди сульфатов наиболее распространены гипс, полугидрат, ангидрит, мирабиллит.

Среди хлоридов в почвах преобладает галит. 

1.3 Гранулометрический состав почв и его агрономическое значение

Подавляющая часть почв формируется на рыхлых отложениях, которые являются продуктами выветривания, т. е. разрушения, преобразования и переотложения исходных плотных пород, и представляют собой смесь минеральных частиц различной крупности, называемых механическими элементами.

При этом соотношение частиц разного размера может быть весьма различным в зависимости от характера исходной породы, типа, интенсивности и длительности выветривания, определяя тот или иной гранулометрический состав отложений или элювия породы и, соответственно, формирующихся на них почв.

Гранулометрическим составом почвы называется относительное содержание в процентах в ее составе твердых частиц разной крупности, выделяемых в пределах непрерывного ряда определенных условных групп крупности.

Гранулометрический состав почв в значительной степени унаследован от соответствующих почвообразующих (материнских) горных пород и в своих основных чертах мало меняется в процессе почвообразования.

Основная масса твердой фазы почва (95--98%) -- минеральная. Элементарные частицы, близкие по свойствам и размерам, объединяются в группы, фракции, на основе чего производится классификация механических элементов. В настоящее время принята классификация В.Р. Вильямса и А.Н. Сабанина, усовершенствованная Н.А. Качинским (1965).

Таблица 1 - Гранулометрический состав почв

Фракции	Диаметр частиц, мм
1.Камни	>3
2.Гравий	1-3
3.Песок:
крупный	1-0,5
средний	0,50-0,25
мелкий	0,25-0,05
4.Пыль
крупная	0,05-0,01
мелкая	0,01-0,005
5.Ил
грубый	0,005-0,001
тонкий	0,001-0,0005
6.Коллоиды	0,0005-0,0001

Камни -- это обломки горных пород (Д>3мм). Наличие их в почве затрудняет обработку и ускоряет износ сельскохозяйственной техники.

На территории Беларуси часто встречается валунный тип каменистости.

Гравий (3--1 мм) состоит из обломков первичных минералов. Его содержание в почве обусловливает неблагоприятные водно-физические свойства.

Песок крупный, (0,05--1 мм) средний(0,50-0,25мм) мелкий (0,25-0,05мм) тоже состоит из более мелких обломков первичных минералов, в основном кварца и полевого шпата, но отличается от гравия некоторой влагоемкостью. Если она достигает 10%, то такие пески пригодны для выращивания сельскохозяйственных культур, для лесных культур она должна быть не менее 3--5%.

Пыль крупная (0,05--0,01 мм) мелкая (0,01-0,005 мм) по составу и свойствам почти не отличается от мелкого песка, но уже в средней пыли, наряду с первичными, встречаются и вторичные минералы, долевое участие которых еще более увеличивается во фракции мелкой пыли. С повышением дисперсности повышаются влагоемкость, высота капиллярного поднятия воды, пластичность, но уменьшается водопроницаемость. Поглотительная способность фракции пыли выражена слабо, так как содержание органических веществ и вторичных минералов невелико.

Ил грубый (0,005-0,001 мм) тонкий (0,001-0,0005 мм) < 0,001 мм) состоит преимущественно из вторичных минералов с незначительным количеством первичных в виде кварца и полевого шпата.

Частицы размером более 1 мм называют почвенным скелетом или крупноземом, менее 1 мм -- мелкоземом.

Сумму всех частиц размером менее 0,01 мм называют физической глиной, а более 0,01 мм -- физическим песком. Сумму частиц менее 0,001 мм называют илистой или тонкодисперсной фракцией.

Классификация по гранулометрическому составу проводится объединением пород и почв в несколько групп с характерными для них физическими и химическими свойствами.

Таблица 2 - Классификация почв по гранулометрическому составу (Н.А. Качинский)

Содержание физической глины (частиц < 0,01 мм), %	Краткое название почвы по гранулометрическому составу
Почвы подзолистого типа почвообразования
0-5	Песок рыхлый
5-10	Песок связный
10-20	Супесь
20-30	Суглинок легкий -
30-40	Суглинок средний
40-50	Суглинок тяжелый
50-65	Глина легкая
65-80	Глина средняя
>80	Глина тяжелая

В зависимости от удельного сопротивления при обработке почв к сельскохозяйственным орудиям почвы делят на легкие (пески, супеси), средние (суглинки) и тяжелые (глины).

Гранулометрический состав почв имеет большое агрономическое значение. От него зависят все свойства и режимы: водный, тепловой, воздушный, питательный, все физические и физико-механические свойства. Песчаные и супесчаные почвы хорошо водопроницаемы, обладают благоприятным тепловым и воздушным режимом, легко обрабатываются, но бесструктурны, бедны гумусом и зольными элементами, имеют низкую поглотительную способность и буферность, плохо удерживают воду.

Глинистые почвы, наоборот, медленно прогреваются, высоко влагоемкие, поэтому аэрации недостаточно, тяжелые при обработке, но богатые элементами питания, имеют высокую поглотительную способность и буферность.

В условиях Беларуси лучшими являются легкосуглинистые почвы.

Таблица 3 - Определение гранулометрического состава почв полевым методом раскатывания шнура (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина)

Группа почв по механическому составу	Поведение шнура при раскатывании и свертывании в кольцо
Песок	Почва не скатывается
Супесь	При скатывании почва распадается на мелкие кусочки и не дает шнура
Легкий суглинок	При раскатывании формируется легко распадающийся на дольки шнур
Средний суглинок	При раскатывании формируется сплошной шнур, который при свертывании в кольцо распадается на дольки
Тяжелый суглинок	При раскатывании легко образуется шнур, который свертывается в кольцо с мелкими трещинами
Глина	Шнур легко свертывается в нерастрескивающееся кольцо

Новообразования и включения

В результате физических, химических и биологических процессов, происходящих в почвах, а также вследствие непосредственного воздействия на почву растений и животных различают новообразования химического и биологического происхождения.

Химические новообразования в почве--могут или осаждаться на месте образования или, перемещаясь с почвенным раствором в горизонтальном и вертикальном направлениях, выпадать на некотором расстоянии от места своего возникновения.

Химические новообразования по форме разделяют на выцветы и налеты; корочки, примазки и потеки; прожилки и трубочки, конкреции.

Химические новообразования представлены легкорастворимыми солями, гипсом, углекислой известью, окислами железа, алюминия и марганца, закисными соединениями железа, кремнекислотой, гумусовыми и другими веществами.

Новообразования биологического происхождения (животного и растительного) встречаются в следующих формах:

червоточины -- извилистые ходы--канальцы червей;

капролиты--экскременты дождевых червей в виде небольших клубочков;

кротовины -- пустые или заполненные ходы роющих животных (сусликов, сурков, кротов и др.); корневины--сгнившие крупные корни растений;

дендриты--узоры мелких корешков на поверхности структурных отдельностей.

Включения -- инородные тела в профиле почвы, не связанные < почвообразовательным процессом. К ним относятся камни, обломки кирпича, кусочки угля, кости, черепки и др.



2. Органические и органо-минеральные вещества в почвах

Органическая часть почвы состоит из органических остатков (корешков и наземного опада) и гумуса. Источником гумуса являются органические остатки высших растений, микроорганизмов и животных, обитающих в почве.

Химический состав органических остатков разнообразен. Основную часть массы органических остатков (75--90%) составляет вода.

В сухое вещество входят углеводы, белки, лигнин, липиды, воски, смолы, дубильные и многие другие вещества. Большинство из них высокомолекулярные.

2.1 Влияние условий почвообразования на гумусообразование

Превращение органических остатков в гумус совершается в почве при участии микроорганизмов, животных, кислорода воздуха и воды.

Остатки зеленых растений, попадающие в почву или находящиеся на ее поверхности, разлагаются микроорганизмами и используются ими как источник энергии. В процессе разложения эти остатки теряют анатомическое строение, а составляющие их вещества переходят в более подвижные и простые соединения. Часть этих соединений полностью минерализуется микроорганизмами, и продукты распада усваиваются новыми поколениями зеленых растений, часть продуктов разложения используется гетеротрофными микроорганизмами для синтеза вторичных белков, жиров, углеводов и других веществ, образующих плазму новых поколений микроорганизмов, и в дальнейшем вновь разлагается.

Некоторая часть промежуточных продуктов разложения превращается в специфические сложные высокомолекулярные вещества -- гумусовые кислоты. Этот процесс называется гумификацией.

Таким образом, превращение органических остатков в гумус (гумусообразование) является совокупностью процессов разложения исходных органических остатков, синтеза вторичных форм микробной плазмы и их гумификации.

В различных природных условиях характер и скорость гумусообразования (разложение и гумификация органических остатков) неодинаковы и зависят от ряда взаимосвязанных факторов почвообразования. Главнейшими из них являются водно-воздушный и тепловой режимы почв, состав и характер поступления растительных остатков, видовой состав и интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов, механический состав и физико-химические свойства почвы.

В зависимости от водно-воздушного режима гумусообразование протекает в аэробных или анаэробных условиях.

В аэробных условиях при достаточном количестве влаги (60--80% полной влагоемкости), а также при благоприятной температуре (25-- 30е С) органические остатки разлагаются интенсивно. В этих же условиях энергично идет минерализация как промежуточных продуктов разложения, так и гумусовых веществ. В почве накапливается мало гумуса, но много элементов зольного и азотного питания растений (например, в сероземах и других почвах субтропиков).

При постоянном и резком недостатке влаги в почве накапливается мало растительных остатков, процессы разложения и гумификации замедляются и гумуса также накапливается мало.

При постоянном избытке влаги, а также при низких температурах процессы гумусообразования замедляются. При избыточном увлажнении органические остатки разлагаются анаэробными бактериями; в составе промежуточных продуктов разложения образуются низкомолекулярные органические кислоты и восстановленные газообразные продукты (СН4, Н2), угнетающие жизнедеятельность микроорганизмов.

Процесс разложения постепенно затухает, гумификация идет слабо, и органические остатки превращаются в торф.

Для накопления гумуса наиболее благоприятно сочетание в почве оптимального гидротермического и водно-воздушного режимов и некоторое периодически повторяющееся иссушение. В этих условиях происходят постепенное разложение органических остатков, достаточно энергичная гумификация их и закрепление образующихся гумусовых веществ минеральной частью почвы. Такой режим свойствен черноземам.

2.2 Состав гумуса

Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков. Содержание гумуса в почвах определяется условиями и характером почвообразовательного процесса; оно колеблется в верхних горизонтах от 1--2 до 12--15%, резко или постепенно уменьшаясь с глубиной.

В торфяных горизонтах и лесных подстилках общее количество органических веществ может достигать нескольких десятков процентов, но они образуют не гумус, а массу торфа или полуразложившиеся растительные остатки подстилки. Количество и состав гумуса в почвах динамичны вследствие постоянного поступления в них органических остатков и непрерывности процессов их разложения и гумификации.

В состав гумуса входят 3 группы органических соединений:

1. вещества органических остатков

2. промежуточные продукты их трансформации;

3) гумусовые вещества.

Гумусовые вещества представляют собой систему высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений циклического строения и кислотной природы, которая предопределяет их взаимодействие с минеральной частью почвы и возможность прочного закрепления в ней.

Характерная особенность системы гумусовых веществ -- ее гетерогенность, т. е. наличие в ней различных по стадии гумификации компонентов. Следствием гетерогенности являются варьирование ряда свойств и возможность расчленения системы на ряд фракций с относительно однородным типом строения, но различающихся между собой по химическому составу, размеру частиц, степени подвижности и роли в почвообразовании.

Принято различать две основные группы гумусовых кислот: группу темноокрашенных гуминовых кислот, накапливающихся на месте своего образования, и группу фульвокислот, окрашенную в желтый или бурый цвет, более подвижную и относительно легко передвигающуюся по профилю почвы.

Ряд исследователей выделяют еще гумины -- комплекс гуминовых кислот и фульвокислот, очень прочно связанный с минеральной частью почвы и не выделяющийся из нее при обычных способах экстрагирования гумусовых кислот.

Гуминовые кислоты --высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты циклического строения. Они хорошо растворяются в слабых растворах едких и углекислых щелочей, пирофосфата натрия, щавелевокислого натрия, фтористого натрия и аммиака с образованием растворимых солей, называемых гуматами.

В зависимости от концентрации и типа почвы растворы гуматов имеют вишнево-коричневую или черную окраску.

Гуминовые кислоты растворяются также в некоторых органических растворителях -- диметилформамиде, натриевой соли этилендиамин-тетрауксусной кислоты, пиридине, диметилсульфоксиде, образуя ряд растворимых производных.

Из растворов гуминовые кислоты легко осаждаются водородом минеральных кислот, а с катионами двух- и трехвалентных металлов образуют нерастворимые в воде соли. Препараты гуминовых кислот, выделенные из почвы, окрашены в коричневый или черный цвет. Гуминовые кислоты очень слабо растворяются в воде и не растворяются в минеральных кислотах.

Гуминовые кислоты состоят из углерода, водорода, кислорода и азота. Их элементный состав колеблется в некоторых относительно узких пределах:

С от 52 до 62%, Н от 2,8 до 5,8, О от 31 до 39, N от 1,7 до 5%.

Содержание этих элементов в гуминовых кислотах зависит от типа почвы, химического состава разлагающихся остатков, условий гумификации. Наиболее обуглерожены гуминовые кислоты черноземов. Сельскохозяйственное использование почвы под пашню мало изменяет элементный состав этих кислот.

Данные спектрографических, химических, хроматографических и рентгенографических исследований свидетельствуют о том, что молекула гуминовых кислот имеет сложное строение.

Очень неоднородны формы азота в гуминовых кислотах. Они представлены аминными, аминокислотными и азотсодержащими гетероциклическими группировками.

Характерной особенностью гуминовых кислот является их гетерогенность по величине молекул и составу. Любой препарат гуминовых кислот легко расчленяется на ряд фракций, различных по молекулярной массе и с несколько различным элементным составом. Молекулярная масса молекул гуминовых кислот колеблется от 4000--6000 до 50 000--100 000 при использовании метода гельфильтрации.

Гуминовые кислоты не имеют кристаллической структуры, но, как показывают электронографические исследования и рентгеноструктурный анализ, их молекула характеризуется упорядоченным сетчатым строением.

Основная масса гуминовых кислот в любой почве с рН более 5 находится в виде нерастворимых в воде органо-минеральных производных, а в почвах с кислой реакцией (рН менее 5) -- в форме дегидратированных гелей и частично растворяется при действии щелочных растворов, образуя молекулярные и коллоидные растворы.

Фульвокислоты -- высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они растворимы в воде, кислотах, слабых растворах едких и углекислых щелочей, пирофосфата натрия и водном растворе аммиака с образованием растворимых солей -- фульватов. Растворяются они также во многих органических растворителях. Выделенные из почвы препараты фульвокислот окрашены в светло-бурый цвет, а растворы их в зависимости от концентрации имеют окраску от соломенно-желтой до оранжевой. Фульвокислоты состоят из углерода, водорода, кислорода и азота, но меньше, чем гуминовые кислоты, содержат углерода и больше кислорода.

Колебания элементного состава в них таковы: С от 40 до 52%, Н от 4 до 6, О от 42 до 52, N от 2 до 6%.

Фульвокислоты благодаря сильнокислой реакции и хорошей растворимости в воде энергично разрушают минеральную часть почвы.

Формы гумусовых веществ в почве

В любой почве гумусовые вещества представлены гуминовыми кислотами и фульвокислотами и их солями (гуматами, фульватами, алюмо- и железогумусовыми солями).

Все эти соединения могут иметь различную прочность связи с минеральной частью почвы.

Различают групповой и фракционный состав гумуса.

Под групповым составом понимают суммарное количество гуминовых кислот, фульвокислот и негидролизуемого остатка гумуса.

Наиболее существенным показателем группового состава гумуса является отношение гуминовых кислот, к фульвокислотам, которое в различных почвах колеблется от 0,4--0,6 до 1--3.

По отношению гуминовых кислот к фульвокислотам различают

фульватный (<0,6),

гуматно-фульватный (0,6--0,8),

фульватно-гуматный (0,8--1,2)

и гуматный (>1,2)

типы гумусовых веществ. Наиболее благоприятны фульватно-гуматный и гуматный типы гумусовых веществ, так как в таких почвах содержится наименьшее количество свободных фульвокислот (фракция 1а).

Фракционным составом называют количество отдельных фракций гуминовых кислот и фульвокислот различной степени прочности связи с минеральной частью почвы.

Гуминовые кислоты: фракция 1--извлекаемая при непосредственной обработке почвы 0,1 н. NaOH, слабо связанная с минеральной частью почвы;

фракция 2+3 -- извлекаемые при многократной попеременной обработке почвы 0,1 н. NaOH после декальцирования 0,1 н. H2SO4, прочно связанные с минеральной частью почвы.

Фульвокислоты: фракция 1а -- извлекаемая при декальцировании почвы 0,1 н. H2SO4;

1--извлекаемая совместно с фракцией 1 гуминовых кислот; 2+3 -- извлекаемые совместно с фракциями 2+3 гуминовых кислот

Г.К./Ф.К. --отношение суммы гуминовых кислот к сумме фульвокислот.

1-я фракция наименее прочно связана с минеральной частью почвы, 2-я и 3-я более прочно связаны с ней. Некоторая, наиболее прочно связанная часть гумусовых веществ не выделяется из почвы при использовании наиболее распространенных методов анализа (метод И. В. Тюрина, метод В. В. Пономаревой) и называется негидролизуемым остатком. В состав его входят также не вполне гумифицированные растительные остатки.

Таким образом, следует выделять три формы гумусовых веществ в почве:

1) свободные гумусовые кислоты (гуминовые и фульвокислоты),

2) гетерополярные соли гумусовых кислот (гуматы и фульваты сильных оснований),

3) комплексно-гетерополярные соли гумусовых кислот (алюмо- и железогумусовые соли).

В любой почве эти формы гумусовых веществ могут быть свободными или более или менее прочно связанными с высокодисперсными минеральными частицами, формируя органо-минеральные коллоиды.

Значение гумуса в почвообразовании и поддержании плодородия почв

Гумус является универсальной системой, определяющей и регулирующей практически все факторы, влияющие на формирование почвенного профиля и рост плодородия,

1. Взаимодействуя с минеральной частью почвы, гумусовые вещества и их производные участвуют в трансформации минералов.

Разрушение их фульвокислотами сопровождается миграцией растворимых продуктов, что приводит к образованию элювиальных и иллювиальных горизонтов. При преобладании гуминовых кислот в почвах формируется хорошо выраженный гумусовый горизонт, обладающий высоким уровнем плодородия. Одновременно в пределах каждого конкретного горизонта формируются такие свойства, как структура, влагоемкость, емкость поглощения, буферная способность и др.

2. Гумус -- основной источник энергии в самых разнообразных почвенных процессах. В гумусовой оболочке земли его накапливается 5,33 * 1019 кДж, а в целом в биомассе земли -- 6,15 х х 1019 кДж (В.А. Ковда).

3. Гумус является аккумулятором азота, в нем содержится 80-95% почвенного азота. Этот азот имеет особое значение в решении экологических и экономических задач.

4. Гумус -- источник СО2, который выделяется при его разложении и обогащает приземный слой воздуха, что повышает продуктивность фотосинтеза. Является источником элементов питания растений, Р, К, Са, Mg, S, микроэлементов, которые накапливаются в составе гумуса в результате взаимодействия гумусовых кислот с минеральной частью почвы и освобождаются при его минерализации.

Аккумуляция погребенных форм гумуса (торфа, углей) приводит к концентрации Си, Ni, Co, Мо и других элементов.

5. Высокогумусовые почвы характеризуются высокой биологической активностью и оптимальным, экологически сбалансированным составом микробных ассоциаций.

6. Гумус -- физиологически активное вещество. Продукты гумификации играют большую роль в регулировании состава природных вод, почвенного раствора, атмосферы, являются регуляторами и стимуляторами роста и развития растений.

7. Гумус выполняет санитарно-защитные функции. Благодаря высокой биологической активности он разрушает остатки пестицидов, других токсикантов и загрязнителей, снимает негативное влияние избыточных доз минеральных удобрений.

Роль гумуса возрастает с усилением интенсификации земледелия. При интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур дегумификация усиливается, что требует четких представлений о балансе гумуса в каждом конкретном случае. Эти задачи можно решить лишь при постоянном пополнении запасов органического вещества и создании условий, способствующих его гумификации.

Накоплению гумуса в почвах способствуют растительные остатки и органические удобрения.

Количество растительных остатков зависит от структуры посевных площадей, включения промежуточных и пожнивных культур, долевого участия многолетних трав.

По данным БелНИИПА и БГСХА, в условиях Беларуси можно рассчитывать на ежегодное поступление в почву 2,5 т сухого органического вещества в виде растительных остатков, что обеспечивает ежегодное образование 0,5--0,6 т/га гумуса, но этого недостаточно для восполнения потерь от ежегодной минерализации гумуса в пределах 1--1,2 т/га.

На этом фоне для поддержания бездефицитного баланса гумуса при оптимальном его содержании потребность в органических удобрениях характеризуется следующими величинами.

Почвы	Содержание гумуса, %	Нормы органических удобрений, т/га
Дерново-подзолистые:
суглинистые	2,5-3,0	10-12
супесчаные	2,0-2,5	13-15
песчаные	1,8-2,0	16-18
Дерново-карбонатные	3,0-3,5	9-10
Пойменные дерновые	3,5-4,0	7-8

Значительную роль в регулировании гумусового баланса играют минеральные удобрения, известкование, мелиорация, система обработки почвы. Каждый из этих составляющих увеличивает урожайность, а значит, и количество растительных остатков, создает хорошие условия для накопления органических веществ в почве.

Для осуществления контроля за гумусовым состоянием почв необходимо создать систему гумусового мониторинга, которая должна осуществлять слежение за изменением содержания гумуса, в первую очередь в пахотных почвах. На этой основе должен разрабатываться тот или иной комплекс мероприятий в целях регулирования баланса гумуса для различных почв.

2.3 Гумусовое состояние почв

Гумусовое состояние почв -- совокупность морфологических признаков, общих запасов, свойств органического вещества и процессов его создания, трансформации и миграции в почвенном профиле. Важнейшими показателями его являются содержание, запасы, тип гумуса, обогащенность азотом, кальцием и уровень варьирования этих показателей.

В результате содержание гумуса в почвах изменяется в широких пределах и по общему содержанию органического вещества (%) все почвы условно делятся на:

безгумусовые -- < 1;

очень низкогумусовые -- 1--2;

низкогумусовые -- 2--4;

среднегумусовые -- 4--6;

высокогумусовые -- 6--10;

очень высокогумусовые тучные -- 10--15;

перегнойные -- 15--30;

торфяные -- 30.

В разряд безгумусовых попадают подзолистые и бурые степные пустынные почвы, высокогумусовых и среднегумусовых -- черноземы и тучных -- дерновые и черноземы.

Дерново-подзолистые почвы Беларуси низкогумусовые и очень редко среднегумусовые.

Для пахотных глинистых и суглинистых почв оптимальным является содержание 2,5--3,0%, супесчаных -- 2,0--2,5, песчаных -- 1,8--2,2; минеральных почв сенокосов и пастбищ -- 3,5--4,0% гумуса.

К 1995 г. средневзвешенное содержание гумуса в пахотных почвах республики достигло 2,28%, однако при этом имелось около 20% почв с содержанием гумуса < 1,5% (данные БелНИИПА).

Краткий конспект лекции

Морфологические признаки почв

Морфологические признаки почвы - система показателей, позволяющей отличать морфологические элементы один от другого.

К внешним морфологическим признакам относятся:

строение,

мощность профиля и отдельных горизонтов,

окраска,

гранулометрический состав,

структура,

сложение,

новообразования,

включения.

Строение почвы

Всякая почва представляет собой систему последовательно сменяющих друг друга по вертикали генетических горизонтов -- слоев, на которые дифференцируется исходная материнская горная порода в процессе почвообразования.

Эта вертикальная последовательность горизонтов получила название почвенного профиля.

Типы строения почвенного профиля

Профиль бывает простым и сложным.

Простое строение профиля включает пять типов:

1) примитивный профиль

2) неполноразвитый профиль;

3) нормальный профиль;

4) слабодифференцированный;

5) нарушенный (эродированный) профиль.

Сложное строение почвенного профиля также характеризуется пятью типами:

1) реликтовый профиль;

2) многочленный профиль;

3) полициклический профиль;

4) нарушенный (перевернутый) профиль;

5) мозаичный профиль.

Почвенные горизонты

Генетические почвенные горизонты -- это формирующиеся в процессе почвообразования однородные, обычно параллельные земной поверхности слои почвы, составляющие почвенный профиль и различающиеся между собой по морфологическим признакам, составу и свойствам.

Строение почвы -- общий облик почвенного профиля. Характер и последовательность генетических горизонтов специфичны для каждой почвы, что является основной диагностической характеристикой. Каждый горизонт имеет название и буквенное обозначение (индекс). В качестве индексов применяют буквы латинского алфавита:

A

B

C

D

A - это верхний слой, В - следующий за ним, и так далее.

Обычно выделяют:

Ао-- лесная подстилка

А -- гумусово-аккумулятивный горизонт формируется в верхней части профиля в результате накопления гумуса и элементов питания.

Ап --пахотный горизонт, поверхностный гумусовый горизонт, преобразованный периодической обработкой.

Ad -- дернина -- густо пронизанный корнями растений верхний слой почвы, формируется под луговой растительностью.

A1 -- гумусово-элювиальный; наряду с накоплением гумуса происходят разрушение минералов и частичный вынос органических и минеральных веществ.

А2 --- элювиальный всегда окрашен в светлые тона в результате интенсивного разрушения и выноса продуктов разрушения в нижележащие горизонты или за пределы почвенного профиля. В подзолистых и дерново-подзолистых почвах он называется подзолистым горизонтом.

В -- иллювиальный горизонт, переходный от гумусового к материнской породе; горизонт вмывания, в результате чего он может обогащаться гумусом (Bh), илом (Вi), карбонатами (Вк или Вса), соединениями железа (BFe) глиной (Вт).

G -- Глеевый горизонт формируется в гидроморфных почвах вследствие длительного или постоянного избыточного увлажнения.

С -- Материнская порода представляет собой незатронутую почвообразованием породу, в верхнюю часть которой могут вымываться соли. Их присутствие обозначается дополнительными буквами: карбонатов -- Ск гипса -- Сг, сульфатов -- Cs.

Д -- подстилающая порода выделяется тогда, когда почвенные горизонты образовались на породе, ниже которой расположена другая порода.

Для переходных горизонтов применяются двойные обозначения:

А2В -- горизонт с признаками подзолистого (А2) и иллювиального (В);

A1A2 -- прокрашенный гумусом, с признаками оподзоливания;

B1Ba -- отсутствует резкая граница между слоями в иллювиальном горизонте и т.д.

Для торфяных почв применяется индекс Т.

Профили пойменных почв подразделяются как на горизонты, так и на отдельные слои аллювия и обозначаются A1, А2 и т.д.

Обозначение аллювия ставится на первое место: Ао -- Al1A1 - Al1Bo - Al1 - Al...

Мощность почвенного профиля и почвенных горизонтов

Мощность почвенного профиля -- общая протяженность всех горизонтов до материнской породы. У различных почв она колеблется от 40-50 до 100-150 см.

Мощность почвенного горизонта -- протяженность от верхней до нижней границы. Например, Ао = 0-5 см, A1 -- 5-25 см и т.д., т.е. видна как мощность, так и глубина расположения горизонта.

Сочетание горизонтов позволяет записать строение почвенного профиля в виде своеобразной формулы, например: Ао -- A1 -- А2 -- B1 -- В2 -- ВС -- С -- подзолистая почва;

Ап -- А2 -- А2В1 -- Bg -- BCg -- Cg -- дерново-подзолистая пахотная грунтово-глееватая почва.

Окраска почвы

Окраска почвы -- наиболее доступный, и прежде всего бросающийся в глаза морфологический признак. Это существенный показатель процессов, происходящих в почве, и принадлежности ее к тому или иному типу. Недаром многие почвы получили название в соответствии со своей окраской -- подзол, краснозем, чернозем, желтозем и т.д.

Наиболее важны для окраски почв следующие группы веществ:

гумус; 2) соединения железа; 3) кремнекислота, углекислая известь.

Гумусовые вещества обусловливают черную, темно-серую и серую окраски.

Соединения окиси железа окрашивают почву в красный, оранжевый и желтый цвета, закиси железа -- всю почву или отдельные ее горизонты и участки в сизые и голубоватые тона. Встречающийся, например, в болотных почвах вивианит [Fe3(PO4)2-8H2O] придает им зеленовато-голубой оттенок.

Кремнезем (SiO2), углекислый кальций (СаСО3) и каолинит (H2Al2Si2O8-H2O) обусловливают белую и белесую окраски.

В ряде случаев заметную роль в приобретении почвой белесоватых оттенков могут играть гипс (CaSO4-2H2O) и легкорастворимые соли (NaCl, Na2SO4-8H2O и др.).

Минералогический состав почв

Первичные минералы почти целиком сосредоточены в гранулометрических фракциях размером более 0,001 мм, так называемой крупной фракции почв, что определяется исходными преобладающими размерами минеральных зерен в плотных породах, а также максимальными пределами их дробления при механических и температурных воздействиях.

Наиболее распространенными первичными минералами в породах и почвах являются кварц, полевые шпаты, амфиболы, пироксены и слюды.

Вторичные минералы возникли из первичных минералов под воздействием климатических и биологических факторов, практически целиком сосредоточены в тонкодисперсных гранулометрических фракциях размером <0,001 мм.

Представлены глинистыми минералами, минералами оксидов железа, алюминия, марганца и кремния и минералами-солями.

Глинистые минералы, как правило, составляют основную часть вторичных минералов. Названы они так в связи с тем, что преимущественно определяют минералогический состав глин.

К главнейшим глинистым минералам относятся минералы групп каолинита, гидрослюд, монтмориллонита, смешаннослойных минералов, хлорита.

Минералы гидроксидов железа и алюминия. Из минералов группы железа наибольшее значение имеют гематит и гетит, и гиббсит из минералов группы алюминия.

Минералы-соли встречаются в виде примесей к глинистым минералам главным образом в почвах аридных и семиаридных зон.

Наиболее широко распространенными минералами-солями в почвах являются карбонаты:

кальцит, люблинит, арагонит; доломит; сода.

Среди сульфатов наиболее распространены гипс, полугидрат, ангидрит, мирабиллит.

Среди хлоридов в почвах преобладает галит.

Гранулометрический состав почв и его агрономическое значение

Гранулометрическим составом почвы называется относительное содержание в процентах в ее составе твердых частиц разной крупности, выделяемых в пределах непрерывного ряда определенных условных групп крупности.

Гранулометрический состав почв в значительной степени унаследован от соответствующих почвообразующих (материнских) горных пород и в своих основных чертах мало меняется в процессе почвообразования.

Основная масса твердой фазы почва (95--98%) -- минеральная. Элементарные частицы, близкие по свойствам и размерам, объединяются в группы, фракции, на основе чего производится классификация механических элементов. В настоящее время принята классификация В.Р. Вильямса и А.Н. Сабанина, усовершенствованная Н.А. Качинским (1965).

Частицы размером более 1 мм называют почвенным скелетом или крупноземом, менее 1 мм -- мелкоземом.

Сумму всех частиц размером менее 0,01 мм называют физической глиной, а более 0,01 мм -- физическим песком. Сумму частиц менее 0,001 мм называют илистой или тонкодисперсной фракцией.

...