Минеральный и механический состав почв

Минеральный и механический состав почв

В результате процессов выветривания горных пород накапливаются обломки различных размеров, механически перемешанные под действием силы тяжести, ветра и воды. Эти обломки и образуют материнские рыхлые породы.

Свойства рыхлых пород в значительной степени зависят от размера и соотношения составляющих их частиц. Соотношение в почве частиц разного размера, выраженное в процентах, называется ее механическим составом, а отдельные частицы более или менее одинакового размера — механическими элементами.

Механический  состав почвы существенно влияет на ее водные, воздушные, механические и химические свойства. Камни, галька и хрящ обладают «провальной» водопроницаемостью и образуются из крупных обломков первичных минералов и горных пород. Песок состоит преимущественно из первичных минералов, быстро пропускает воду, плохо ее удерживает, поэтому песчаные отложения обычно хорошо аэрированы. По мере уменьшения размеров песчаных частиц уменьшается скорость впитывания воды и увеличивается влагоемкость.

Пыль содержит некоторое  количество вторичных минералов, которые под воздействием воды могут разбухать, вследствие чего появляются новые свойства почв — пластичность и липкость. Ил содержит вторичные глинистые минералы, очень сильно разбухающие в воде и почти не пропускающие воду и воздух. Илистые частицы обладают коллоидными свойствами, имеют заряд, способны к обменным реакциям, свертываются под влиянием солей. Именно они в основном удерживают в поглощенном состоянии элементы питания.

При уменьшении размера частичек ускоряется процесс, выветривания, а следовательно, образование вторичных минералов — группы алюмосиликатов (каолин, монтмориллонит), гидроокисей железа и алюминия, углекислых солей Са, Mg, К.

Механические  элементы в зависимости от размера  имеют различные физические свойства и химический состав. Поэтому очень важно знать количество механических элементов того или иного размера в горной породе или почве. Чаще всего для этого используется несколько методов механического анализа с целью выделения всех механических фракций.

Для характеристики механического  состава почв используют двух- или  трехчленные классификации почв по механическому составу. В настоящее время для классификации почв и грунтов используют трехчленную классификацию Н. А. Качинского. Однако самое большое распространение имеет двучленная классификация почв, разработанная сначала Н. М. Сибирцевым, а затем Н. А. Качинским. В двучленной классификации выделяют две группы частиц: физический песок — более 0,01 мм и физическую глину менее 0,01 мм; в трехчленной — три: песок — 1,0—0,05 мм, пыль — 0,05—0,001 мм и ил — менее 0,001 мм.

По механическому составу  верхних почвенных горизонтов и  почвообразующих пород почвы  делятся на песчаные (рыхлые и связные), супесчаные, суглинистые (легкие, средние  и тяжелые) и глинистые (легкие, средние  и тяжелые).

Почвы разного механического  состава в зависимости от содержания физической глины имеют неодинаковую пластичность, т. е. способность скатываться в шнур, шар и т. д. Используя это качество, разработали простые способы определения механического состава почв в поле.

Для того чтобы  определить механический состав почв полевым методом, образец (комочек) увлажняют до тестообразного состояния, а затем раскатывают ладонями.

При названии почвы необходимо обязательно указывать ее механический состав, например чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый, дерново-подзолистая супесчаная и т. д. Разные типы почв могут иметь одинаковый механический состав.

Механический  состав почв в значительной мере влияет на их агрономические свойства. В практике песчаные и супесчаные почвы называют легкими, так как они легко поддаются обработке, а суглинистые и глинистые — тяжелыми, потому что обработка их связана с большими энергетическими затратами. Легкие почвы рыхлые, хорошо пропускают влагу и воздух, весной быстро прогреваются. Но в то же время они плохо удерживают воду, содержат мало органических веществ и элементов питания для растений. Тяжелые почвы плотны, плохо пропускают влагу и воздух, весной прогреваются медленно, поэтому обработку их начинают позже. Содержание гумуса и элементов питания в них выше, чем в песчаных и супесчаных почвах. Однако в общем глинистые и суглинистые почвы плодороднее песчаных и супесчаных.

Механический  состав почв необходимо учитывать при  хозяйственном использовании их. Большинство растений хорошо растет на почвах среднего механического состава. Кукурузу, картофель, арбузы, томаты лучше возделывать на легкосуглинистых и супесчаных почвах, а пшеницу, овес, свеклу и капусту — на средне- и тяжелосуглинистых.

Виды поглотительной способности почв

К. К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв: механическую, биологическую, химическую, физическую и физико-химическую.

Механическая поглотительная способность. Это свойство почвы задерживать в своих порах частицы из фильтрующихся суспензий. Механическое поглощение зависит от гранулометрического состава и сложения почвы. Глинистые и суглинистые почвы поглощают даже тонкодисперсные частицы. У песчаных почв рыхлое крупнопористое сложение, поэтому они слабее поглощают взвешенные частицы.

На механическом поглощении основан прием кольматажа (заиливания) для уменьшения фильтрации воды через  дно и стенки канала. Кольматаж  применяют также для улучшения  водных и физических свойств закамненных и грубозернистых песчаных почв.

Биологическая поглотительная способность. Обусловлена избирательным поглощением растениями и микроорганизмами необходимых для их жизни элементов (азота, фосфора, калия и др.). Усваиваемые ими растворимые соединения превращаются в белковые вещества, нуклеиновые кислоты, клетчатку и другие компоненты живых тканей. Благодаря биологическому поглощению почва систематически обогащается органическим веществом, азотом и зольными элементами питания. При этом значительно уменьшается геохимический сток минеральных удобрений, внесенных в почву.

Химическая поглотительная способность. Этот вид поглотительной способности связан с образованием нерастворимых в воде соединений. При взаимодействии катионов Са²⁺, Al³⁺, Fe³⁺ и отчасти Mg²⁺ с растворимыми в воде сульфатами, карбонатами и фосфатами образуются йерастворимые соединения, выпадающие в осадок. Например, при внесении в почву фосфорного удобрения в результате взаимодействия аниона фосфорной кислоты с катионом кальция выпадает в осадок ортофосфат кальция:

2К₃РО₄ + 3Ca(NО₃)₂ = 6KNO₃ + Са₃(РО₄)₂.

Физическая поглотительная способность. В результате физической поглотительной способности молекулы концентрируются на поверхности  почвенных частиц.

Адсорбцией называют способность  почвы поглощать целые молекулы поверхностью дисперсных частиц. В  основе этого явления лежит сила молекулярного притяжения. Она обусловлена  свободной энергией молекул и  ионов, находящихся на поверхности  твердой фазы почвы. Чем сильнее  степень раздробленности частиц и чем больше их общая поверхность, тем сильнее будет адсорбционная  способность почвы.

Почвой поглощаются различные  соли из растворов и газообразные вещества. При этом некоторая часть  растворимых соединений удерживается от вымывания, а газообразные соединения, например аммиак, от улетучивания в  атмосферу.

Однако такие вещества, как нитраты и хлориды, почвой не поглощаются. Поэтому нитратные  удобрения лучше вносить незадолго  до посева сельскохозяйственных культур  или в виде подкормок. Это предотвратит загрязнение водоемов и обеспечит  более эффективное использование  удобрений.

Физико-химическая поглотительная способность (обменная адсорбция). Это  способность почвы обменивать некоторую  часть катионов диффузного слоя коллоидной мицеллы на эквивалентное количество катионов, находящихся в почвенном  растворе. Известно, что минеральные  соли и кислоты в почвенном  растворе в определенной степени  диссоциируют (распадаются) на катионы и анионы. Поскольку большая часть почвенных коллоидов имеет отрицательный заряд, то из раствора поглощаются в основном положительно заряженные ионы, то есть катионы. Обмен катионов почвенного раствора на катионы, находящиеся в твердой фазе почвы, происходит эквивалентно. 

Факторы почвообразования

Климат

Климат зоны серых  лесных почв умеренно континентальный; континентальность возрастает с запада на восток.

Лесостепь представляет собой зону, переходную от влажного климата таежно-лесной зоны к засушливому  климату степей. На севере осадки и  испаряемость сбалансированы (КУ>1), на юге испаряемость превышает осадки (КУ=0,77). Водный режим — периодически-промывной.

В таблице 1 приведены  климатические показатели природно-сельскохозяйственных провинций зоны. Коэффициент годового атмосферного увлажнения убывает с 1,2 в западных районах зоны до 0,8 в восточных; преобладает периодически промывной тип водного режима. Основное количество осадков (до ²/₃ годовой суммы) выпадает в теплое время года. Особенностью климата восточных территорий зоны, начиная с Предуралья, является наличие засушливого периода со второй половины мая до середины июня, оказывающего неблагоприятное влияние на молодые всходы сельскохозяйственных культур, их рост и развитие.

Таблица 1 – Значение климатических показателей природно-сельскохозяйственных провинций зон серых лесных почв

Климатические условия  зоны благоприятны для роста и  развития естественной деревянистой и  травянистой растительности и для  возделывания широкого ассортимента сельскохозяйственных культур.

По обеспеченности влагой западные провинции относятся  к влажным, а центральные и восточные — к полувлажным. В связи с нарастанием континентальности климата постепенно к востоку уменьшается общая обеспеченность теплом, зима становится холодной, вегетационный период короче. Поэтому западные провинции относятся к полосе среднеспелых культур, а восточные — к полосе ранних культур.

Климатические условия  существенно изменяются с запада на восток в пределах зоны: сумма  активных температур выше 10°С — 2400-3200° на западе, 1400-1800° — на востоке; температура самого холодного месяца, соответственно, -4-8°С и -18-25°С; годовое количество осадков — 550-700 мм и 300-350; длительность вегетационного периода — 150-180 и 90-120 дней.

Таким образом, общей  закономерностью климата лесостепи  является снижение влагообеспеченности  с севера на юг и усиление похолодания  и континентальности с запада на восток. Это обусловливает подзональные и фациальные особенности почвенного покрова.

Рельеф

Общий характер рельефа  зоны серых лесных почв — равнинный. На европейской территории — это  волнистая и увалистая равнина, а в азиатской части — плоская, увалистая и волнистая равнина  с хорошо выраженной (кроме Западной Сибири) овражно-балочной сетью, что  наряду с многочисленными долинами рек способствует естественной дренированности территории. Особенностью Западносибирской равнины является ее заболоченность.

В европейской части  России рельеф зоны волнистый, сильно и глубоко расчлененный эрозией. Территория зоны здесь простирается в пределах Волыно-Подольской, Среднерусской, Приволжской возвышенностей, Пермского и Уфимского плато.

На западе преобладающими породами являются лёссы и лёссовидные  суглинки, в Среднерусской провинции  — покровные суглинки и местами  морена. В отдельных районах (Приволжская  возвышенность, Приуралье и др.) серые лесные почвы развиты на элювиально-делювиальных продуктах выветривания коренных пород пермского, юрского, мелового и третичного периодов. Равнинный рельеф имеет Западно-Сибирская провинция. Наиболее дренированы и расчленены приречные территории. Междуречья слабо дренированы. Из почвообразующих пород преобладают лёссовидные суглинки и глины. Восточная часть зоны (Приалтайская, Западно- и Восточно-Присаянские провинции) более расчленена и дренирована. Западно-Присаянская провинция характеризуется полого-увалистым рельефом в предгорных равнинах (Мариинская и Ачинская лесостепи) и широким развитием бугристого микро- и мезорельефа в межгорных котловинах восточной части провинции (Красноярская и Капская лесостепи), Восточно-Присаянская провинция представляет собой сильноувалистую равнину. Почвообразующие породы на территории этих провинций представлены в основном четвертичными лёссовидными суглинками и глинами.

Почвообразующая порода

Изучение генезиса серых лесных почв связано с именами  В. В. Докучаева, С.И. Коржинского, И. В. Тюрина, В. Р. Вильямса, В. И. Талиева и других ученых.

В. В. Докучаев рассматривал серые лесные почвы как самостоятельный  зональный тип, сформировавшийся под  травянистыми широколиственными лесами в условиях лесостепной зоны. Светло-серые и серые почвы, по В. В. Докучаеву, в большей мере претерпевали воздействие лесной растительности и в меньшей — травянистой; темно-серые образовались под ослабленным влиянием леса и при более интенсивном воздействии травянистой растительности.