big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Образование и развитие почвы. Химические и физические свойства

Образование и развитие почвы. Почва представляет собой сложное образование. Толщина почвенного слоя в умеренных широтах на равнинах не превышает 1,5—2,5 м. В горных районах мощность ее измеряется долями метра.

В составе почвы можно выделить три фазы: твердую, жидкую и газообразную. Эти фазы глубоко проникают одна в другую и находятся в постоянном взаимодействии. В состав твердой фазы входят минеральные и органические вещества. Их растворимые формы образуют почвенный раствор. В последний переходит также часть газообразных веществ, входящих в состав почвенного воздуха.

Развитие почвы неразрывно связано с материнской (почвообразующей) породой. Ею может являться любая находящаяся на поверхности горная порода (гранит, известняк, песок и др.)- Процесс превращения горной породы в почву очень длителен.

Скальные породы заселяются микроорганизмами (бактерии, плесневые грибки, актиномицеты) задолго до того как они превращаются в обломочные массы. Эти микроорганизмы обладают способностью синтезировать углекислоту и азот атмосферы. Выделяемые ими кислотные вещества способствуют разложению минералов горной породы. Этой стадии соответствует

Соотношение почвы и коры выветривания

первичный (примитивный) процесс почвообразования.

Следующая стадия почвообразования начинается после поселения лишайников и мхов. На горную породу они воздействуют корневой системой чисто механическим путем, расщепляя минеральные зерна. В трещинах пород происходит накопление мелкозема, представляющего смесь мелких обломков породы и продуктов синтеза органоминеральных соединений, выделяемых бактериями, лишайниками и мхами.

Образование рыхлой минеральной почвенной массы связано также с процессами химического и физического выветривания (гипергенеза), которые интенсивно проявляются на поверхности земли и тесно переплетаются с биологическими процессами. Соотношение почвы и коры выветривания показано на рис. 50.

На дальнейшей стадии развития почвы при воздействии высших растений происходит накопление органических веществ и последующее их разрушение. В верхнем слое почвы накапливаются зольные элементы, образуется специфическое органическое вещество — почвенный перегной (гумус), который определяет плодородие почвы.

Химические свойства почвы. Для элементарного химического состава почвы характерно преобладание таких элементов, как О2 (55%); Si (20%); Аl (7%); Н (5%); С (5%). Содержание Са, Fe, К, Na, Mg не превышает в сумме 1—5%. Химические соединения представлены в почве преимущественно минеральными кислотами и их солями, а также органическими соединениями.

Химические свойства почвы во многом определяются минеральными особенностями почвообразующих пород. В процессе химического выветривания происходят значительные изменения элементарного и минерального состава горных пород. Минералогический состав почвы представлен первичными и вторичными минералами.

Первичными минералами называют такие, которые перешли неизменными из горных пород в почву (преимущественно магматические и метаморфические). В химическом отношении это окислы (кварц, гематит и др.), силикаты (роговая обманка, авгит), алюмосиликаты (ортоклаз, слюды), сульфиды, фосфаты и др.

Первичные минералы в процессе выветривания подвергаются дальнейшему преобразованию. Главными здесь являются не только физические факторы (периодичность нагревания), но и химические изменения, связанные с действием атмосферной воды, насыщенности кислородом и углекислотой (процессы гидратации, окисления и растворения).

Химическое выветривание влияет также на изменение физического состояния минералов. Минералы дробятся до размеров частиц в 0,01—0,0001 мм, теряют кристаллическую форму и переходят в дисперсное или аморфное состояние.

При разрушении первичных минералов образуются вторичные минералы — относительно простые продукты выветривания. Среди них можно выделить такие группы: 1) гидраты окислов кремния, железа и алюминия и др., находящиеся в аморфном дисперсном состоянии (размеры частиц 0,1—0,01); 2) алюмо- и феррисиликаты с различным соотношением окислов кремнезема вторичных глинных минералов (типа каолинита) и биолитов (опал, халцедон); 3) подвижные углекислые, сернокислые, хлористые соли кальция, магния, натрия, которые образуют в почве значительные скопления в виде гипса (CaSO4∙2H2O), кальцита (СаСО3), натрита (Na2CO3 X Н2О), сильвина (КС1) и др.

Почвенные соли отличаются разной степенью растворимости. Легкорастворимыми являются нитраты, хлориды, сульфаты калия, натрия и магния. Все эти соли за исключением нитратов вредны для растений. К среднерастворимым относятся сульфаты кальция, к труднорастворимым — карбонаты и фосфаты кальция. При взаимодействии указанных солей с водой образуется почвенный раствор, являющийся наиболее подвижной и активной частью почвы, так как вещества в нем находятся в молекулярном и коллоидальном состоянии.

Органическая часть почвы. Неотъемлемой частью почвы являются содержащиеся в ней органические соединения. Образование их связано с воздействием на почву растений и микроорганизмов. Роль растений сводится к синсезированию органических соединений и минеральных, которые используются ими для питания.

Органическая часть почвы представлена как азотосодержащими, так и безазотистыми органическими соединениями. Они накапливаются в почве при разложении растительных и животных остатков, а также в процессе жизнедеятельности самих организмов (например, жиры, углеводы, белки, аминокислоты, дубильные вещества, смолы и др.). Количество подобных соединений в почве достигает 15%.

Основную массу органических веществ почвы (85%), определяющую ее плодородие, составляют специфические органические соединения, называемые почвенным гумусом. Образование гумуса происходит под воздействием микроорганизмов. Роль микроорганизмов в почвообразовании очень велика. Делая такую оценку, следует исходить из того количества микроорганизмов, которые находятся в почве. Подсчитано, что в 1 г подзолистой почвы развивается до 0,6 млрд. бактерий, в черноземной почве 2,5 млрд. Вес живой массы бактерий на 1 га площади почвы составляет от 2 до 5 т.

В зависимости от воздушных условий почвенной среды микроорганизмы можно подразделить на две группы: 1) аэробы (грибы, актиномицеты, бактерии), жизнедеятельность которых проявляется при достаточном доступе кислорода; 2) анаэробы, развивающиеся при недостатке или полном отсутствии кислорода. Необходимый для дыхания кислород анаэробы получают от различных химических кислородных соединений. Анаэробные условия создаются в застойных водоемах, на болоте, в переувлажненной почве.

В аэробных и анаэробных условиях разложение органических остатков происходит по-разному. Так, в аэробных условиях этот процесс протекает быстро, до полной минерализации с образованием простых окислов (гидратов) и солей. При анаэробном процессе разложение растительной массы осуществляется медленно, с неполной минерализацией. Конечным продуктом этого процесса является образование закисных соединений, органических кислот и газов (метан, аммиак, сероводород, углекислый газ и др.).

Роль микроорганизмов сводится не только к разложению растительных остатков, но и к закреплению атмосферного азота. Бактерии, усваивающие азот (азотофиксаторы), превращают его в белки и способствуют закреплению в почве.

В почве одновременно с разложением органической массы происходит синтез высокомолекулярных перегнойных веществ при участии окислительных ферментов, которые выделяют микроорганизмы. Основу гумуса составляют перегнойные кислоты, образованные в результате аэробного или анаэробного разложения травянистых растений и древесных остатков. Содержание гумуса в почве зависит от накопления мертвого органического вещества. Наибольшее его количество образуется под лесом и луговой растительностью.

Гумус оказывает большое влияние на многие физические свойства почвы. Так, содержащиеся в почве гумусовые кислоты определяют ее серый или черный цвет. Свертывание гумусовых коллоидов приводит к цементации почвенных частиц и образованию почвенной структуры. Гумус оказывает также большое влияние на плодородие почвы, так как содержит многие в доступной форме элементы (С, N, Р), служащие источником питания для растений.

Наиболее важным химическим свойством почвы является ее поглотительная способность.

Поглотительная (обменная) способность почвы связана с образованием почвенных коллоидов. Под почвенными коллоидами понимают ту часть почвы, которая состоит из мельчайших частиц, с диаметром, измеряемым долями микрона (0,1—0,001 мк). Почвенные коллоиды образуются двумя путями: путем дробления горных пород при физическом выветривании и в процессе реакций при химическом выветривании. Для почвенных коллоидов характерно состояние золя и геля. Для почвообразования особенно важен процесс коагуляции

Строение почвенной мицеллы

золя, так как при этом прекращается движение почвенных частиц и происходит их закрепление в почве. Основной причиной, вызывающей коагуляцию почвенных коллоидов, является действие электролитов. Энергичными коагуляторами почвенных растворов являются катионы А1’’’; Fe'"; Са"; Mg", которые особенно широко распространены в почве.

Почвенные коллоиды играют большую роль в развитии почвы, оказывают цементирующее воздействие, скрепляя песчаные, пылеватые и иловатые частицы. Поэтому чем богаче представлены в почве коллоиды, тем прочнее почвенные агрегаты и почва меньше распыляется при механической обработке.

Под обменной поглотительной способностью почвы понимают ее способность задерживать в своем составе минеральные и органические соединения, находящиеся в растворенном состоянии. Поглотительная способность почвы проявляется прежде всего по отношению к электролитам, находящимся в почвенном растворе. Ионы притягиваются к почвенным частицам под воздействием сил натяжения. Одновременно они вступают в обменные реакции с ионами, находящимися на поверхности почвенных коллоидальных частиц. В результате этих обменных реакций изменяется состав как почвенного раствора, так и самих почвенных частиц. Так в почве происходит избирательное накопление различных веществ.

Чтобы понять механизм поглотительной способности почвы, рассмотрим строение отдельной коллоидальной частицы почвы (мицеллы). В пределах мицеллы (рис. 51) выделяют: 1) ядро — агрегат молекул аморфного или кристаллического вещества; 2) внутренний слой потенциал определяющих ионов; 3) неподвижный слой компенсирующих ионов; 4) диффузный слой ионов, в который входят поглощаемые ионы из раствора и замещают ионы с противоположным зарядом.

Для примера рассмотрим поглощающий комплекс черноземной почвы. В коллоидальной части черноземов содержатся в большом количестве катионы Са" и Mg". При введении в эту почву раствора КС1 начинается замещение этих катионов по правилу эквивалентности. Таким образом ионы Са" и Mg" вытесняются из диффузного слоя и образуют растворимые соли (рис. 52).

Изучение поглотительной способности почв помогло объяснить многие ее особенности: плодородие, причины засоления и др., а также наметить пути улучшения почв, разработать систему удобрений.

Схема обменных реакций в поглощающем комплексе чернозёмов

Физические свойства почвы. Почвы в отличие от горных пород обладают особыми физическими свойствами. Эти свойства во многом зависят от преобладания в ней частиц определенного размера — фракций. Фракции с диаметром частиц более 3 мм составляют каменистую часть почвы; 3—0,5 мм песок; 0,05—0,001 мм — пыль; менее 0,001 мм — ил.

Для характеристики физического состава почвы особенно важно учесть её механический состав. При определении механического состава устанавливается соотношение в почве физического песка (фракций >0,01 мм) и физической глины (фракции >0,01 мм). Классификация почв по механическому составу (по Качинскому) представлена в табл. 4

Механический состав определяет водно-физические свойства почв. Так, каменистые почвы не обладают способностью удерживать влагу.

Песок имеет очень слабую водоудерживающую способность. Напротив, пылеватые почвы обладают хорошими водоподъемными свойствами.

Механический состав имеет большое значение для агротехнической характеристики почв. Само название почв «тяжелые» (глинистые и суглинистые) и «легкие» (супесчаные и песчаные) указывает на степень трудности их механической обработки.

Данные о механическом составе учитываются также в классификациях почв при их картографировании. На почвенных картах всех масштабов особым знаком всегда показываются основные группы

Виды почвенной воды

почв, различающиеся по механическому составу.

Физические свойства почвы проявляются также в ее водных свойствах, которые определяют ее естественное увлажнение. Вода в почве может находиться в, трех физических состояниях: твердом, парообразном и жидком.

В твердом виде вода практически не оказывает влияния на почвообразовательный процесс.

Парообразная влага накапливается в почве за счет испарения и ее движение зависит от упругости пара и теплового расширения почвенного воздуха, составной частью которого она является. В отличие от нее гигроскопическая влага накапливается в почве за счет сил молекулярного притяжения твердых почвенных частиц. Эти формы воды для растений не доступны.

Форма жидкой воды в почве различна. Пленочная вода окружает почвенные частицы и удерживается силами молекулярного притяжения. Это подвижная форма воды, но растениями она почти неусвояема (рис. 53). Наибольшее значение для развития почвообразовательных процессов и питания растений имеет гравитационная и капиллярная вода.

Гравитационная вода движется между структурными отдельностями сверху вниз под влиянием силы тяжести и во многом зависит от механического состава и структурности почвы. Капиллярная вода заполняет поры внутри структурных отдельностей и удерживается капиллярными силами. Она передвигается в почве во всех направлениях и относится к числу усвояемой растениями.

Названные виды почвенной воды определяют естественное увлажнение почвы. Влаге принадлежит важная роль в почвообразовании, так как она обусловливает движение растворенных минеральных веществ, развитие микробиологических процессов, выветривание минералов.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.