В лекции вошли следующие разделы:
- Понятие о почве;
- Выветривание и почвообразование. Общая схема почвообразовательного процесса;
- Состав и свойства почв. Морфология почв;
- Органическая часть почвы;
- Происхождение и состав минеральной части почв.
ПОНЯТИЕ О ПОЧВЕ
Почва — верхний слой суши земного шара, видоизменённый и продолжающий, изменятся под действием биологических и географических факторов.
Почвоведение − наука о почве, ее строении, составе, свойствах и географическом распространении; закономерностях ее происхождения, развития, функционирования и роли в природе; путях и методах ее мелиорации, охраны и рационального использования.
Почвоведение — наука о свойствах, динамике, происхождении почв, как естественноисторических образований, как объекта труда и средства сельскохозяйственного производства.
Как было сказано на Лекции №1-ПВ (https://dzen.ru/a/acOPmVbdNWyCvt0m) - развитие почвоведения делится на до докучаевский и докучаевский периоды. Докучаев сумел объединить две теории в одну (гумусовую и минеральную). Также он установил 5 факторов почвообразования: рельеф, климат, растительность, геология, деятельность человека (он рассматривал почву как часть географической среды).
Почвоведение — это зеркало физической географии. Все факторы действуют взаимно. На основании этих факторов были предложены зоны земного шара:
- северная зона,
- тундра,
- лесотундра,
- тайга,
- лесостепь,
- степь,
- лапиритная зона (тропики, субтропики).
Докучаевым было предложено изучение почв по их генезису. Основным показателем являлась морфология почв. Методы Докучаева сейчас повсеместны. С ним работали:
- Северцев (картографирование и классификация почв),
- Костычев (органомическое почвоведение),
- Кассович (физика и химия почв),
- Глинка (география и классификация почв),
- Гедройц (поглотительная способность почв),
- Высоцкий (гидрологический режим почв),
- Вильямс (развитие почвенного процесса (Полынов, Ковда, Тюрин, Глазовская).
Все они принимали участие в составлении мировой карты почв. Все методические вопросы решаются с учётом учения Докучаева.
Связь почвоведения с другими науками. Почвоведение опирается на разработанные научные фундаментальные законы и методы исследования. Сейчас выделяют почвенную:
- физику,
- химию,
- биологию,
- микробиологию,
- минералогию,
- микроморфологию,
- географию,
- картографию.
От этого отталкиваются следующие области почвоведения: мелиоративное, лесное, санитарное, военное; грунтоведение (важнейший параметр при строительстве).
Понятие педосферы
Почва в системе земных сфер образует оболочку под названием «педосфера» Педосфера – часть биосферы; почвенный покров Земли (от лат. Реdis – подножие). Педосфера расположена на границе соприкосновения и взаимодействия планетарных оболочек – атмосферы, литосферы, гидросферы, там, где плотность живого вещества достигает максимальных величин. Педосфера очень маломощная – до 1,5-2 м и молодая 350-500 млн. лет
Функции почвы:
- без почв невозможна жизнь на земле (продуцентам негде расти);
- почва — центр образования биомассы и видообразования живых организмов;
- с появлением почвы и на ней живых организмов возникает жизнь в атмосфере;
- осуществляется связь между биогенными и абиогенными компонентами живой и неживой природы, чем достигается целостность биосферы;
- почва — регулятор окислительно-восстановительного потенциала;
- без почвы невозможна минерализация органического мёртвого вещества, образующегося в результате отмирания растений и животных;
- почва – жилищное пространство для расселения человека и животных;
- опорная функция (растения и животные сохраняют вертикальное положение);
- почва – источник пищи для растений и человека через них;
- почва обладает поглощающей способностью. Благодаря этому в ней удерживаются элементы пищи растений;
- информационная функция (сама почва информирует человека о своём происхождении);
- почва обладает буферностью и защитным экраном. Она регулирует силу ветра, температуру, водный режим и другие климатические показатели. Регулирует потоки химических элементов в различных условиях;
- регулятор стока воды. Выпадающие осадки не полностью стекают в связи с особенностями рельефа, а частично впитываются почвой;
- почва — источник вещества для образования минералов (первичных, вторичных, осадочных);
- почва способна накапливать различные полезные ископаемые (руду, торф, уголь);
- почва — регулятор газового состояния атмосферы (приземный слой почвы). Дыхание почвы;
- в почву возвращается часть азота и углекислого газа путём усвоения этих веществ почвенными микроорганизмами;
- почва поглощает и отражает солнечную радиацию. Благодаря этому формируется энергетика нижних слоёв атмосферы, что способствует возникновению природных зон;
- почва — источник твёрдого вещества.
Система методов исследования почв.
Существует обширная литература, характеризующая современные методы генетического почвоведения (А.А. Роде «Система методов исследования в почвоведении», 1971).
Для изучения сложного процесса формирования и развития почвы, ее состава и свойств в почвоведении используется широкий комплекс методов исследования почвы как природного тела.
Морфологические методы образуют целостную сложную систему методов, являющуюся основой изучения педосферы на всех уровнях ее организации. Разработан В.В. Докучаевым. Является базовым при проведении полевых почвенных исследований и составляет основу полевой диагностики почв. Используются три вида морфологического анализа:
- макроморфологический при изучении почвы невооруженным глазом,
- мезоморфологический с применением лупы и бинокуляра,
- микро- морфологический с помощью микроскопов вплоть до электронного.
Морфологический анализ почвы является начальным этапом всех почвенных исследований.
Лабораторные инструментальные методы изучения почв имеют дело, как правило, с почвенными образцами. Успех инструментальных методов определяется тем, насколько профессионально грамотно выполнен первый этап исследований и отобраны почвенные образцы.
Стационарные методы, применяемые при изучении почвенных процессов и режимов в полевой обстановке, при многолетних режимных наблюдениях на специально подобранных и оборудованных стационарах, позволяют изучать современную жизнь почв путем режимных наблюдений на основе измерения тех или иных параметров в одной и той же почве в течение длительного времени.
Метод стационарных исследований уточняет и детализирует метод сравнительно-географических исследований.
Сравнительно-географический метод разработан В.В. Докучаевым. Основан на одновременном исследовании самих почв (их морфологических признаков, физических и химических свойств) и факторов почвообразования в разных географических условиях с последующим их сопоставлением.
При почвенных исследованиях активно и системно используются различные химические анализы, анализы физических свойств, минералогический, термохимический, микробиологический и многие другие анализы.
В итоге устанавливается определенная связь в изменении тех или иных свойств почвы с изменением почвообразующих факторов.
Зная закономерности распределения почвообразующих факторов, можно создать почвенную карту для обширной территории.
Именно таким образом Докучаевым в 1899 г. была выполнена первая мировая почвенная карта, известная под названием «Схемы почвенных зон Северного полушария».
Сравнительно-аналитический метод, позволяющий путем применения системы химических, физико-химических, физических, биологических и других методов анализа почвенных образцов судить о составе и свойствах почвы.
Метод моделирования почвенных процессов и режимов и др. Методы моделирования состоят в экспериментальном воспроизведении изучаемых явлений на основе контролируемых условий полевого или лабораторного опыта, а также использование математических моделей. Активно разрабатываются методы физического (натурального) и математического моделирования почвенных процессов (солепереноса, гумусообразования, оглеения и т.п.) (Соколов, 1993).
С точки зрения современной науки почва – это относительно обособленная природная система, которая непрерывно обменивается веществом и энергией с окружающей средой.
В наши дни ведется количественное изучение этого обмена по сезонам года. Изучаются водно-тепловой, физико-химический, биологический и пищевой режимы почв. Эти исследования очень важны для понимания процессов формирования почвы, глубокого познания факторов почвенного плодородия.
На основе этих знаний разрабатываются методы повышения и регулирования плодородия почв с помощью агротехники и мелиорации.
ВЫВЕТРИВАНИЕ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ. ОБЩАЯ СХЕМА ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА.
Все горные породы, покрывающие поверхность земного шара, с первых же моментов их образования под влиянием различных процессов начинали немедленно разрушаться.
Сумма процессов преобразования горных пород на поверхности Земли называется выветриванием или гипергенезом.
Совокупность продуктов выветривания называется корой выветривания. Процесс преобразования исходных пород в кору выветривания чрезвычайно сложен и включает в себя многочисленные процессы и явления. В зависимости от характера и причин разрушения горных пород различают физическое, химическое и биологическое выветривание, которое сводится обычно к физическому и химическому воздействию организмов на горные породы.
Выветриванию подвергаются все горные породы, при этом горная порода превращается в мелко раздробленную массу, обладающую способностью впитывать и удерживать питательные вещества, воду, воздух. Таким образом, горная порода становилась благоприятной средой для поселения микроорганизмов, низших растений.
Простые разрушительные процессы + выветривание + биохимическое разрушение = почвообразование.
Появление растений резко меняет направление процесса миграции различных продуктов. Микроорганизмы захватывали нужные им соли, тем самым фиксируя их и не давая вымыться им из «почвы».
В конце жизненного цикла растения отмирают и минерализуются, служа пищей микроорганизмам (малый круговорот), а те переводят его органику в минералы, которыми могут питаться следующие поколения растений. Каждое новое поколение какой-либо формы жизни приводит к накоплению элементов почвенного плодородия.
Процессы выветривания (гипергенеза) распространяются на некоторую глубину, образуя зону гипергенеза.
Нижняя граница этой зоны условно проводится по кровле верхнего горизонта подземных (пластовых) вод. Нижнюю (и большую) часть зоны гипергенеза занимают горные породы, в той или иной степени измененные процессами выветривания. Здесь выделяют новейшую и древнюю коры выветривания, сформированные в более древние геологические периоды.
Поверхностный слой зоны гипергенеза является тем субстратом, на котором происходит образование почвы. В процессе своего изменения почвы проходят различные стадии, последовательная смена которых устанавливается на основании появления новых качественных признаков. Такую смену стадий называют развитием, или эволюцией, почв.
Ниже, в качестве примера, приводится несколько эволюционных рядов почв:
- засоленная почва – солонец – солодь;
- рендзина типичная – рендзина выщелоченная – бурая лесная почва;
- рендзина выщелоченная – рендзина оподзоленная – дерново-подзолистая почва;
- чернозем выщелоченный – чернозем оподзоленный;
- коричнево-темно-бурая почва – чернозем типичный;
- коричнево-бурая почва – коричнево-бурая лессивированная почва;
- бурая лесная почва – оподзоленная бурая лесная почва;
- дерново-подзолистая почва – серая лесная почва и т.д.
Почвообразовательный процесс представляет собой совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, формирующих самостоятельное биокосное тело в поверхностном слое земной коры — почву.
Почвообразование совершается под влиянием солнечной энергии при взаимодействии живых организмов и продуктов их распада с корой выветривания, содержащей воду и воздух. Сущность почвообразовательного процесса определяют два противоположных и взаимосвязанных комплекса биохимических, химических, физических, физико-химических процессов — поглощение живыми организмами минеральных веществ из окружающей среды и воздействие на окружающую среду живых организмов, продуктов их жизнедеятельности и распада.
Наиболее важные слагаемые:
- создание органического вещества и его разрушение;
- аккумуляция органического и неорганического вещества в верхних горизонтах почвы и их вынос;
- синтез и распад минералов;
- поступление воды в почву и возврат её в атмосферу;
- поглощение почвой лучистой энергии солнца и её излучение.
Три стадии почвообразования:
Первичный процесс почвообразования совпадает с началом функционирования первых биогеоценозов на различных породах.
На этой стадии круговорот характеризуется небольшим объёмом, вызванным низкой продуктивностью биогеоценозов.
Помимо синтеза органики на начальных стадиях почвообразовательного процесса протекают процессы и небиологической природы (растворение, испарение) в результате осуществляется перенос различных веществ.
Такие процессы называют микропроцессами. Постепенно они начинают преобразовываться и согласовываться во времени и пространстве.
В результате начинают формироваться верхние горизонты почв, что является началом второй стадии (мезопроцесс). К ним относят оподзаливание, торфообразование, аструктурирование.
В результате этих процессов в почве появляются новые соединения, которых не было в материнской породе (горной).
Далее идёт макропроцесс. Он ведёт к формированию почвенных типов, а не отдельных горизонтов. Типы почв: краснозём, чернозём, подзолистая, солончак, дёрн, болото.
Макропроцесс протекает при непременном участии зелени. На основе этих процессов происходит эволюция почв.
Эволюция почв— изменения почвы от начала до наших дней. В естественных условиях идёт очень медленно, но под воздействием антропогенного фактора быстрее.
Факторы почвообразования
Почва является продуктом взаимодействия природных факторов:
I. биотических,
II. абиотических.
Принятые факторы почвообразования объединены в пять групп:
1) Почвообразующие породы. Почвообразующая (материнская) порода – это минеральный субстрат, на котором развивается почва. Почвообразующие породы являются фундаментом и каркасом почвы. Они определяют физические, химические и другие свойства почв. Изучается роль почвообразующих пород путем сопоставления свойств почв верхних горизонтов и горизонтов почвообразующих пород.
2) Климат – это статистический многолетний режим погоды на конкретной территории, это интегральная характеристика степени проявления солнечной энергии. С климатом связано обеспечение почвы энергией (теплом) и в значительной мере водой. Он может оказать косвенное влияние на скорость процессов почвообразования. От климата зависит разнообразие растений и живности. Различные климаты характеризуются различными почвами.
3) Рельеф – это характеристика дневной поверхности суши, ее относительных высот над уровнем моря. Влияние рельефа связано в основном с перераспределением тепла и воды, поступающих на поверхность суши, что влияет на особенности формирующихся почв. Рельеф района в значительной мере определяет конкретное проявление воздействия других факторов при почвообразовании. Влияние рельефа на процессы почвообразования зависит от размеров форм рельефа. Различают: мега- и макрорельеф (равнины, плато, горы); мезорельеф (отдельные формы рельефа, увалы, холмы); микрорельеф (бугры, западины).
4) Время – характеризует эволюцию почв. Изменение внешних условий (климатических, рельефа, почвообразующих пород, осадконакопление) приводят к перестройке горизонтов почвенного профиля и почвенного режима, т.е. почва эволюционирует. Таким образом, время проявляется в степени и интенсивности процесса почвообразования и развития территории в целом.
5) Биота– биологический фактор, это многообразие растительных и животных организмов. Они способствуют формированию почвенного профиля и характерного гумусового горизонта. Группы почвенных биологических процессов:
- деятельность высших растений;
- деятельность почвенных животных;
- деятельность почвенных микроорганизмов.
СОСТАВ И СВОЙСТВА ПОЧВ. МОРФОЛОГИЯ ПОЧВ
В процессе и в результате почвообразования толща почвы расчленяется на генетические горизонты, которые представляют собой однородные, обычно параллельные земной поверхности слои. В совокупности эти слои составляют профиль почвы. Горизонты отличаются друг от друга по морфологическим признакам, составу и свойствам. Это позволяет судить о многих существенных чертах почвы уже при ее полевом изучении.
Важнейшие морфологические признаки почвы − окраска, структура, гранулометрический состав (по частицам), сложение почвы, твердость и плотность, включения и новообразования, наличие и распространенность в ней корней растений и ходов роющих животных, общее строение почвенного профиля, мощность.
Почвенный профиль состоит из генетических горизонтов, закономерно сменяющих друг друга в пределах почвенной толщи. Для описания почв закладываются специальные ямы – почвенные разрезы.
Строение почвенного профиля — это его внешний облик, обусловленный сменой горизонтов в вертикальном направлении. Обычно выделяют следующие горизонты:
А − поверхностный горизонт аккумуляции гумуса;
В − переходный к материнской породе;
С − почвообразующая материнская горная порода;
Д − подстилающая порода.
Развитие почвоведения привело к выделению большого разнообразия генетических горизонтов:
- поверхностные органогенные горизонты,
- поверхностные неорганические горизонты,
- подповерхностные горизонты,
- подпочвенные горизонты.
Мощностью почвы и отдельных горизонтов называется толщина от поверхности вглубь до слабозатронутой почвообразовательными процессами породы, или до границы следующего горизонта.
Окраска почвы− наиболее доступный для наблюдения морфологический признак, широко используется для присвоения названий почвам (чернозем, краснозем, желтозем, серозем и др.).
Окраска почв зависит от ее химического состава, условий почвообразования и влажности. По окраске выделяются генетические горизонты в профиле и устанавливаются их границы.
Цвет почвы зависит от наличия в почве того или иного количества красящих веществ.
Верхние горизонты окрашены гумусом в темные цвета (серые и коричневые). Чем больше гумуса содержит почва, тем темнее ее цвет.
Железо и марганец придают почве бурые, охристые, красные тона.
Белесые, белые тона предполагают наличие процессов оподзоливания (вымывания продуктов разложения минеральной части почв). Белый цвет может быть признаком осолодения, засоления, окарбоначивания, т.е. присутствия в почве кремнезема, каолина, углекислого кальция и магния, гипса и других солей.
Синие (сизые) и зеленые цвета всегда связаны с переувлажнением почв и с присутствием специфических минералов, содержащих закись железа.
Структура почвы− форма и размер структурных отдельностей (агрегатов, комков), на которые способна распадаться почва, имеющие определенную величину и форму. Бедные глинистыми частицами почвы являются бесструктурными, в глинистых почвах структурность выражена отчетливо.
Структура почв делится на типы и подтипы. Кубовидная, призмовидная и кубовидная почва.
От структуры зависит режим почвы (водный, воздушный, тепловой, питательный).
Самая оптимальная структура – кубовидная. Очень хорошо проницаема. Главное — это правильная обработка. Для улучшения надо сеять траву (почва становится более плодородной в результате дернового процесса), удобрять почву, соблюдать севообороты.
Сложение почвы− внешнее выражение плотности и пористости. Она бывает: рыхлая, уплотнённая, очень плотная, сцементированная. Этот параметр изучается для улучшения развития растительности.
Самое оптимальное это уплотнённое сложение, при этом растения без труда проникают в почву и удерживаются в ней.
Самое оптимальное сложение у почв лёгкого суглинистого состава.
Новообразования в почвах — это морфологически оформленные выделения и скопления вещества в почвенном материале, отличающиеся от вмещающего их почвенного материала по составу и сложению и являющиеся следствием почвообразовательного процесса. Часто по новообразованиям устанавливают почвообразовательный процесс.
Новообразования могут быть химического и биологического происхождения.
Включения− тела органического или минерального происхождения, не связанные с процессами почвообразования: валуны, обломки горных пород, раковины моллюсков, окремнелые, загипсованные остатки растений, куски кирпича, стекла, угля и т.д.
Гранулометрический состав почв – самый важный морфологический показатель.
Твердая фаза почв и почвообразующих пород состоит из частиц различной величины, которые называются механическими элементами.
Совокупность элементов одиночного разреза составляет фракцию. По происхождению различают минеральные, органические и органоминеральные частицы:
- обломки горных пород,
- отдельные минералы (первичные и вторичные),
- гумусовые вещества,
- продукты взаимодействия органических и минеральных веществ.
От механического состава почвы зависят её физические, физико-механические, водные свойства; пористость, влагоёмкость, проницаемость, способность к образованию структур, тепловой, воздушный, питательный режимы. На разных почвах применяются разные мероприятия.
Глинистые почвы впитывают много влаги и плохо испаряют её. Они очень плотные, тяжёлые и холодные. Они позже поспевают для обработки. На них применяется специальная система земледелия.
Песчаные почвы испаряют, хорошо пропускают, легко вспахиваются, посевы производят раньше. Они бедны питательными элементами.
Переход одного горизонта в другой: плавный, резкий, ровный, с затёками. Каменистая часть почвы или почвенный скелет (>3,0 мм) почти не обладает способностью удерживать влагу, просачивающуюся в почву, а также поднимать ее вверх, например, от уровня грунтовых вод по капиллярам.
Песок (3,0 − 0,05 мм) имеет лишь очень слабую водоудерживающую и водоподъемную способность.
Пыль (0,05 − 0,001 мм) очень хорошо удерживает воду и обладает хорошей водоподъемной способностью. В пылеватых почвах вода по капиллярам может подниматься вверх на 4 − 5 м от уровня грунтовых вод.
Ил (< 0,001 мм) имеет плохую водопроницаемость и меньшую, чем у пылеватых частиц, водоподъемную способность, т.к. капиллярные промежутки между частицами очень малы, а при увлажнении они еще более уменьшаются за счет образования вокруг каждой частицы пленки воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения. Во влажном состоянии фракция ила сильно набухает, а при высыхании − сжимается.
ОРГАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПОЧВЫ
Каждая почва состоит из органических, минеральных и органоминеральных комплексных соединений.
Органическое вещество почвы — совокупность всех органических веществ, находящихся в форме гумуса и остатков животных и растений. Органические соединения почвы формируются в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. Преобладающее значение среди органических остатков имеют остатки зеленых растений, особенно высших.
Все живые организмы на Земле взаимосвязаны в сложные биоценозы, которые в свою очередь являются компонентом биогеоценоза – сообщество живых организмов в определенных условиях среды или на определенном месте обитания.
Почвенный гумус– сложный комплекс органических соединений, формированию которого способствуют различное количество и состав поступающих остатков, неодинаковая направленность и интенсивность микробиологической деятельности, разнообразные водно‐тепловые условия.
В составе органических веществ (из которых формируется гумус): азотистые вещества (белки), углеводы, лигнин, жиры, дубильные вещества, зольные вещества.
По отношению к различным растворителям выделяют компоненты гумуса:
1. Фульвокислоты – высокомолекулярные соединения ароматического ряда. Они хорошо растворяются в воде или в слабых растворах кислот и легко вымываются почвенными водами. Имеют буровато‐желтый цвет.
2. Гуминовые кислоты не растворимы в воде, но растворяются в щелочах. Имеют бурый цвет с переходом до черного. В их составе характерно повышенное содержание углерода и азота.
3. Гумин – не растворяется ни в одном растворителе. Неизвлекаемые растворителями гумусовые соединения частично представлены гуминовыми кислотами, прочно связанными с высокодисперсными гипергенными минералами.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ И СОСТАВ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ПОЧВ
Минеральная часть почв в подавляющем большинстве случаев составляет 55- 60 % ее объема и до 90-97 % массы. Общее число минералов, находящихся в почвах и почвообразующих породах, исчисляется сотнями.
Каждый минерал обладает определенным химическим составом и имеет характерное для него внутреннее строение, т. е. определенное расположение атомов в кристаллической решетке. Все минералы почв и почвообразующих пород делятся на три основные группы:
I. первичные минералы, оставшиеся неизмененными после разрушения массивно-кристаллических пород литосферы Земли;
II. вторичные глинистые минералы и окислы, образовавшиеся главным образом в результате комплекса процессов выветривания и почвообразования из первичных минералов и продуктов их разрушения;
III. растворимые минералы – соли, которые могут находиться в почвенном растворе и в сухих условиях переходить в твердую фазу почвы.
Все первичные и вторичные минералы по отношению к почве являются остаточными, т.е. унаследованными от почвообразующей породы.
Первичные минералы — основная группа веществ почвы и коры выветривания, являющихся исходным материалом для образования тонкодисперсных вторичных минералов. Первичные минералы почти целиком сосредоточены в гранулометрических фракциях размером более 0,001 мм. В почвах и почвообразующих породах наиболее распространены следующие группы первичных минералов: полевые шпаты (алюмосиликаты), силикаты, кварц, слюды, апатит
Вторичные минералы — глинистые минералы, минералы оксидов кремния, железа, алюминия и марганца, а также минералы простых солей. Химический состав почв и почвообразующих пород
Все существующие почвы на Земле произошли из горных пород, поэтому очевидно, что в процессе почвообразования они принимают самое непосредственное участие. Наибольшее значение имеет химический состав горной породы, поскольку минеральная часть любой почвы содержит в себе, в основном, те элементы, которые входили в состав материнской породы.
Большое значение имеют и физические свойства материнской породы, поскольку такие факторы как гранулометрический состав породы, ее плотность, пористость, теплопроводность самым непосредственным образом оказывают влияние не только на интенсивность, но и на характер протекающих почвообразовательных процессов. Содержание основных химических элементов – элементный состав:
Важные составные части почвы – почвенный воздух и почвенный раствор.
Порозность почвы – объем пор, заполненных почвенным воздухом или почвенным раствором.
Почвенный воздух существенно отличается по составу от атмосферного. Это зависит от биологических процессов, происходящих в почве.
Количество CO2 в почвенном воздухе меняется на протяжении года, достигая max в теплое время года и min зимой. С глубиной содержание CO2 возрастает до 10‐15%, а содержание O2 уменьшается до 10‐12%. Характерная особенность почвенного воздуха – насыщенность парами воды. Поглощение газов почвой невелико. Ряд компонентов почвенного воздуха по способности сорбироваться твердым веществом почвы: H2O > CO2 > O2 > N2
Почвенный раствор. Основные химические и биологические процессы в почве совершаются только при наличии воды. Почвенная вода – среда, в которой осуществляется миграция и дифференциация химических элементов в процессе почвообразования. Почвенным раствором называют почвенную воду, т.к. многие вещества содержатся в свободной воде в виде истинных или коллоидных растворов.
Большая часть соединений находится в почвенном растворе в виде ионов.
Основные анионы:
[HCO3]–, [NO2]–, [NO3]– ‐ поступают в результате биологических процессов;
[PO4]–, [Cl]–, [SO2]– – поступают в результате соответствующих минералов и при разрушении растительных остатков;
[HCO3]– – основной в растворе незасоленных почв;
[Cl]–, [SO2]– – основные в растворе засоленных почв.
Основные катионы:
Ca2+, Mg2+, Na+, K+ и т.д.
В почвенном растворе постоянно присутствуют водорастворимые органические соединения – фульвокислоты, органические кислоты, аминокислоты, сахара, спирты и др.
Состав и концентрация почвенного раствора обуславливают его активную реакцию (актуальная кислотность) – это концентрация в растворе ионов водорода. Выражается показателем pH.
С процессами ионного обмена связано такое важное свойство почв как их буферность – способность почвы противостоять изменению концентрации и реакции почвенного раствора.
Вода в почве. Влажность ‐ содержание влаги в почве. Влажность не является устойчивым признаком какой-либо почвы или почвенного горизонта. Она зависит от многих факторов: метеоусловий, уровня грунтовых вод, механического состава почвы, характера растительности и т.д.
Влага в почве находится под действием нескольких сил различной природы:
- силы тяжести;
- сил молекулярного притяжения, исходящих из твердой фазы почв;
- сил молекулярного притяжения, действующих между молекулами воды.
Формы воды в почве:
1. Химически связанная (кристаллизационная) вода входит в состав почвенных минералов, занимая место в их кристаллической структуре.
2. Парообразная вода образуется за счет испарения поверхностной или почвенной влаги. Играет большую роль в перераспределении влаги в почве, предохраняет ее от пересыхания.
3. Сорбционно связанная почвенная вода образуется вследствие действия поверхностных сил твердой фазы почвы на молекулы воды (парообразной или жидкой). Связыванию молекул воды способствует их дипольный характер. Такая влага растениям недоступна или доступна частично.
4. Свободная вода почвы подчиняется действию физико‐механических законов. Свободная вода подразделяется на капиллярную и гравитационную воду. Капиллярная вода передвигается в тонких порах почвы под действием капиллярных сил, возникающих на поверхности раздела фаз. Гравитационная вода – свободная почвенная вода, не удерживаемая капиллярами и перемещающаяся вниз под действием силы тяжести.
5. Твердая вода (лед). Переход влаги из жидкого состояния в твердое в крупных порах начинается при t близкой к 0°С, в тонких порах – при более низкой. При низких температурах замерзает и прочносвязанная вода.
Водные свойства почвы
1. Водопроницаемость – способность почвы впитывать и пропускать через себя воду. В процессе водопроницаемости различают:
- впитываниевлаги – поступление воды в почву, не насыщенную влагой
- её фильтрацию (просачивание),которая начинается с момента, когда большая часть пор почвы данного слоя заполнена водой.
Водопроницаемость измеряется количеством влаги, поступившей в почву с ее поверхности.
2. Влагоёмкость – количество влаги, которое способна удержать почва.
В зависимости от сил, удерживающих влагу в почве, различают:
3. Водоотдача – способность почвы отдавать гравитационную влагу путем стекания. Максимальная величина водоотдачи равна разности между величиной полной влагоёмкости и полевой (наименьшей) влагоёмкости.
4. Влажность завядания (коэффициент завядания) – степень увлажненности почвы, при которой начинается устойчивое завядание растений.
Вся прочно связанная влага совершенно недоступная растениям составляет мертвый запас влаги в почве.
Водный режим почв складывается из процессов поступления, расхода и передвижения влаги в почве. Наличие воды – одно из основных условий химических, физико-химических и биологических процессов в почве.
Водным режимомназывается совокупность физических процессов, вызывающих изменение количества воды в почвах во времени и в пространстве. Количественно охарактеризованные элементы водного режима называют элементами водного баланса.
Qос + Qгр + Qпп = Qисп + Qт + Qин + Qпс
- Qос – сумма осадков за период наблюдения;
- Qгр – влага, поступившая из грунтовых вод;
- Qпп – поверхностный приток воды;
- Qисп – количество влаги, испарившейся за период наблюдения;
- Qт – влага, расходуемая на транспирацию (десукция);
- Qин – влага, инфильтрирующаяся из почвенно-грунтовой толщи;
- Qпс – количество воды, теряющейся в результате поверхностного стока.
Высокодисперсная часть почвы
По степени дисперсности выделяются две формы твердого вещества почвы.
1. Крупнодисперсная масса почвы – это крупные частицы, размер которых превышает 0,001 мм. Сюда относятся: обломки горных пород и слагающих их минералов, сравнительно устойчивых к почвообразовательному процессу; минеральные новообразования, порожденные процессом почвообразования; малоизмененные минеральные остатки.
2. Высокодисперсная часть почвы – это частицы размером от 0,001 мм и менее, активно участвующие в протекающих в почве процессах. Сюда относятся: частицы новообразованных и породообразующих, преимущественно глинистых минералов; специфические почвенные органические образования – гумусовые соединения.
Поглотительная способность почвы — способность поглощать или задерживать в себе газы, жидкости, солевые растворы, а также твёрдые частички удерживать. Гедройц разработал учение о поглотительной способности почвы, он объединил фракции (менее 0,0001мм) и назвал их поглотительным комплексом почвы. Он выделил виды поглотительной способности почв:
- механическое поглощение (обусловлено пористостью почвенных масс, величина зависит от гранулометрического состояния почвы, а также от её сложения;
- сам процесс – это изменение концентрации растворённого в почве вещества, поглощаемые вещества должны носить электрозаряд, также способность анионов давать с катионами нерастворимые соли, выпадающие в осадок),
- физическое, химическое, физико-химическое, биологическое (закрепление отдельных веществ в животных, растениях, микроорганизмах, они способны накапливать органику и минеральные вещества, способствуя плодородию почвы.
- Коллоиды определяют режимы питания, водный, воздушный, тепловой. От коллоидов зависит деятельность микроорганизмов и развитие с/х растений).