Лекции по "Почвоведению"

 

II группа веществ (по химическому составу):

а) соединения, содержащиеся в растительных и животных остатках  и являющиеся результатом их жизнедеятельности (углеводы, жиры, белки, органические кислоты, лигнин, смолы, воски – всего 10-15% от всей массы органических веществ в почве);

б) гумусовые вещества – 85-90% органической части.

    Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений, образующихся при разложении и гумификации органических остатков. Соединения гумуса в верхних горизонтах почв колеблется от1-2 до 12-15%. В состав гумуса входят две группы соединений:

а) негумусовые вещества.

    Негумусовые вещества в гумусе составляют 10-15%. Это белки, углеводы, лигнин, липиды, смолы, дубильные вещества и разнообразные продукты их частичного разложения. Гумусовые вещества – это система высокомолекулярных азотосодержащих органических соединений циклического строения и кислотной природы (гуминовые и фульвокислоты).         Гуминовые кислоты. Эти кислоты не растворяются в воде и не растворяются в минеральных кислотах. В щелочах раствор имеет темную окраску. Эти кислоты помимо углерода, водорода и кислорода содержат некоторое количество зольных элементов – фосфор, сера, алюминий, кремний и т.д. – от 1 до 10 %. Молекула этих кислот имеет сложное строение. Основная масса гуминовых кислот в любой почве находится в виде гелей и частично растворяется при действии различных щелочей, образуя молекулярные и коллоидные растворы.

     Фульвокислоты содержат больше углерода, чем кислорода по сравнению с гуминовыми кислотами. Они растворимы в воде, кислотах, слабых растворах едких и углекислых солей с образованием растворимых солей- фульватов. Растворяются они во многих органических растворителях. Растворы их имеют окраску от соломенно-желтой до оранжевой.

    Фульвокислоты  благодаря сильнокислой реакции  и хорошей растворимости в  воде энергично разрушают минеральную часть почвы. Почвы, содержащие много фульвокислот, легко объединяются кальцием, магнием, калием и другими основаниями. Реакция становится кислой.

6. Строение мицеллы

    Коллоидная мицелла имеет следующее строение. Основу мицеллы составляет ядро. Слой ионов, прилегающих к ядру, называется потенциалопределяющим, а внешний слой – компенсирующим. В компенсирующем слое выделяют внешний и внутренний слой. Внутренний слой называется неподвижным слоем компенсирующих ионов, т.е. он представлен неотдиссоциированными ионами, прочно соединенными с ионами потенциалопределяющего слоя. Внешний слой носит название диффузного слоя. Он представлен слоем отдиссоциированных ионов, легко связанными с потенциалоопределяющим слоем. Диффузный слой может существовать только при наличии дисперсной среды, т.е. воды. Если почва высохнет, то ионы диффузного слоя переходят в неподвижный слой. Мицелла без диффузного слоя называется частицей.

   Слипание коллоидных частиц называется коагуляцией (золь → гель), выпадение хлопьевидного осадка, разъединение коллоидных частиц – пептизацией (гель → золь). Гуминовые кислоты и их соли обычно находятся в состоянии геля, фульвокислоты и их соли – в состоянии золя, поэтому фульвокислоты могут легко передвигаться по профилю почвы. Гуминовые кислоты, наоборот, способствуют структурообразованию почвы.

    По степени  активности и по коагулирующей  способности химические элементы  выстраиваются в следующий ряд:

LI < Na < NH₄ < K < Mg < H < Ca < Ba  < Al < Fe

 

 

 

Лекция 4                                                                                   Почвоведение

Водно-физические свойства почвы

План

1. Почва – трехфазная система
2. Физико-механические свойства почвы
3. Формы воды в почве

 

1. Почва –  трехфазная система. Она состоит из твердой, жидкой и

газообразной фаз. Твердая фаза, в свою очередь состоит из двух частей – минеральной и органической. Минеральная часть определяется какой была материнская порода; органическая, органическое вещество почвы – теми растениями, которые произрастали на поверхности (деревья, кустарники, луговые, степные травы).

    Особенно важной  частью являются микроорганизмы. Они обеспечивают образование  почвы, придают ей статус живой  материи. Они подразделяются на  грибы и бактерии.

1. Грибковые микроорганизмы разлагают остатки древесных и кустарниковых растений и обеспечивают формирование кислых почв.
2. Бактерии – разлагают растительные остатки травянистых растений, формируют все степные, болотные почвы.

    Большинство  этих почв имеют нейтральную  реакцию почвенного раствора (чернозем). Главной органической частью почвы является гумус, полуразложившиеся органические остатки и микроорганизмы. Твердая часть имеет удельный вес 2,6 г/см³ и минеральная – 1 и меньше.

    Жидкая  фаза почвы состоит из воды. Вода содержится в почве в различных состояниях: свободно передвигающаяся вода; вода, недоступная для растений (химически связанная, гигроскопическая, пленочная); парообразная. Содержание недоступной воды колеблется от 8 до 15%.

    Труднодоступная  вода – это вода парообразная, которая сохраняется в порах. Пленчатая, рыхлосвязанная вода удерживается частицами почвы силой в одну атм. И может поглощаться в критический период.

    Легкодоступная  вода (гравитационная и капиллярная)  – это та вода, которая может  свободно перемещаться по профилю  почвы.

    Вода обеспечивает  тургорное состояние и транспирацию.

Воздушная фаза – почвенный  воздух. Он отличается от атмосферного тем, что углекислого газа в почвенном  воздухе образуется в 10-100 раз больше. Много также метана, сероводорода. Кислорода мало.

    2.  Физические свойства почвы.  Физические свойства почвы и физические процессы, протекающие в почве оказывают огромное влияние на почвообразующий процесс, плодородие почв, рост и развитие растений. Основоположниками физики почв были П.А. Костычев, А.А. Измаильский, В.Р. Вильямс и др. ученые. В советское время – это А.Г. Дояренко,            Н.А. Качинский и др.

    Почва, как  любое природное тело, обладает  такими физическими свойствами, как плотность, масса в единице  объема, порозность и некоторые  другие.

    Знание физических  свойств необходимо как в личном  хозяйстве, так и в общественном  земледелии, а также для строительного  дела (в инженерной геологии, грунтоведении  и т.п.).

    Для почвоведения  особое значение имеют следующие  свойства:

Плотность. Плотностью почвы следует считать массу твердой фазы почвы, заключенную в единице объема. Плотность различных почв варьирует в широких пределах – от 1 до 2,8 г/см³. Плотность можно определить пикнометрическим методом – методом вытеснения твердой фазой почвы воды. Плотность измеряется в г/см³. Этот показатель в значительной степени зависит от минералогического состояния (состава почвы.

    Масса  почвы с ненарушенным сложением  в единице объема. Этот показатель представляет собой массу почвы, содержащуюся в единице объема при условии ненарушенного его сложения и сухого состояния. Величина данного показателя в меньшей степени зависит от минералогического состава почвы, чем плотность. Большое влияние оказывает содержание органического вещества и порозность. Эта величина в верхней части почвы составляет 0,8-1,2 г/см³, в нижней части – 1,2-1,6 г/см³.

    Порозность. Порозностью или скважностью называется суммарный объем всех пор и пустот между частицами твердой фазы почвы в единице объема. Порозность выражается в % от объема почвы.

    По своим  размерам поры подразделяются  на:

1. Некапиллярные – диаметр > 1 мм;
2. Капиллярные – диаметр от 1 до 0,001 мм;
3. Ультрапоры – диаметр < 0,001 мм (глина, ил).

    По мере  увеличения содержания частиц  размером менее 0,001 мм величина  порозности увеличивается. Это связано со способностью глинистых частиц образовывать агрегаты. Наибольшей порозностью обладают почвы с хорошей структурой. Порозность определяется по величине массы почвы в единице объема и плотности почвы, по формуле

                   П = (1 – d₁/d₂   ) ∙ 100%,  где   d₁ – масса почвы с ненарушенным

                                                                             строением в единице объема;

                                                                 d₂ – плотность почвы

 

    Физико  – механические свойства. Многие свойства почвы обусловливаются содержанием в почве глинистой массы и воды и их соотношением между собой.

    Пластичность – способность почвы во влажном состоянии изменять свою форму под действием внешней силы.

    Липкость – способность почвы во влажном состоянии удерживать на своей поверхности какие-либо предметы.

    Усадка – способность почвы уменьшать свой объем при высыхании.

    Набухание – способность почв увеличивать свой объем при увлажнении.

    Влага играет  значительную роль в изменениях  механической прочности почвы.  Увеличение влажности почвы чаще  всего уменьшает ее механическую  прочность.

    Физико-механические  свойства оказывают большое влияние  на прорастание семян, распространение  корней растений и механическую обработку почвы.

    Кроме этих  понятий, очень важным свойством  почв является ее структура. Она определяет ряд других свойств, оказывает на них определенное влияние. Например, объемная масса почвы, порозность или скважность. Под структурностью почвы подразумевают ее свойство распадаться на комки, а под структурой почвы – комплекс почвенных комочков или агрегатов (отдельностей) часто неодинаковой величины и формы, находящихся в различных сочетаниях между собой в том или ином почвенном горизонте. Важным свойством структуры является ее пористость. В черноземных почвах пористость составляет 50%, что обеспечивает благоприятные водно-воздушные свойства этих почв. Наибольшее значение в агрономическом отношении имеет макроструктура пахотного горизонта с размерами агрегатов от 10 до 0,25 мм в диаметре – макроагрегаты. Агрегаты, имеющие размеры более 10 мм в диаметре, называются мегаагрегатами. Почву, распадающуюся на макроагрегаты называют структурной. Если же агрегаты имеют размеры менее 0,25 мм в диаметре (микроагрегаты) – почва является бесструктурной.

    4.  Формы воды в почве.  Вода является одним из главных компонентов почвы и одновременно необходимым условием почвообразовательных процессов. Это один из важнейших факторов плодородия почвы и урожайности растений. Вода, размещаясь в порах почвы, обладает огромной поверхностью взаимодействия с твердой фазой почвы. Вода в почве присутствует в различной форме. По характеру состояния почвенную воду можно подразделить на химически-связанную, сорбционно-связанную, свободную, а также воду, находящуюся в парообразном и твердом состоянии.

    Химически  связанная вода в почве входит в состав почвенных минералов (входит в кристаллическую решетку минералов). Она может быть удалена из минералов при более или менее высокой температуре, что  приводит к полному или частичному разрушению минерала. (Кристаллизационная вода  в виде гидроксильной группы или в виде молекул CaSO₄ ∙ 10 H₂O или Na₂SO₄ ∙10 H₂O).

    Сорбционно-связанная вода образуется благодаря действию поверхностных сил:

а). Гигроскопическая вода образуется в результате сорбции (сил притяжения поверхностными силами). Чем дисперснее почва, чем больше в ней тонких частиц, тем больше величина суммарной поверхности частиц и тем больше содержание сорбционной воды (сорбированной влаги).

Способность почвы поглощать  парообразную воду, находящуюся в  воздухе, носит название гигроскопичности, а поглощение влаги – гигроскопия. Наибольшее количество влаги почва  может поглотить из воздуха, имеющего относительную влажность, близкую к 100%. Таким образом, это наибольшее количество воды (гигроскопичной) поглощенное почвой и выраженное в % от веса сухой почвы называется максимальной гигроскопичной. Она в 1,5-2 раза больще гигроскопической влажности. Поскольку она определяется при постоянной температуре и относительной влажности, то эта величина постоянна. Почвенная частица за счет свободной поверхностной энергии адсорбирует молекулы воды. Гигроскопическая влага облегает поверхность почвенных частиц в виде пленки толщиной в 2-3 молекулы. А количество гигроскопической влаги зависит от механического и минерального состава почвы, от содержания гумуса. Чем больше гумуса, тем тяжелее механический состав, тем больше гигроскопичность. Гигроскопическая вода имеет повышенную плотность и низкую температуру замерзания.

б). Пленочная вода. Если почвы, имеющие влажность, равную максимальной гигроскопичности привести в соприкосновение с жидкой водой, то часть последней перейдет в качественно-новое состояние. Эта дополнительно поглощенная вода называется пленочной или рыхлосвязанной. Она покрывает частицы в виде пленки, лежащей на слое максимальной гигроскопичной влаги. Она замерзает при температуре -1,5 - 4°С. Она может передвигаться от тех почвенных частиц, где ее оболочка толще, туда, где ее оболочка тоньше. Но это перемещение происходит очень медленно. Она частично доступна растениям.