Лекция №3-4

Лекция № 3-4. Почвообразующие породы и минеральная часть почвы

(4 часа)

План:

1. Современные представления о выветривании (гипергенезе).

2. Гранулометрический состав почвообразующих пород и почв.

3. Общие физические и физико-механические свойства почвы.

4. Минеральный и химический состав почвообразующих пород и почв.

 

Современные представления о выветривании (гипергенезе)

Почва образуется из горных пород в результате длительных и сложных процессов выветривания и почвообразования.

Выветривание представляет собой механическое разрушение и химическое изменение поверхности горных пород и их минералов. Оно вызывается действием физических, химических и биологических факторов. В связи с этим условно различают физическое, химическое и биологическое выветривание.

Физическое выветривание - это механическое дробление горной породы на обломки разной величины. При суточных или сезонных колебаниях температуры (тепло и холод) между отдельными слоями горной породы возникают напряжения, которые в конце концов, приводят к появлению трещин и разломов. Составляющие горную породу минералы имеют разные коэффициенты теплового расширения, поэтому неодинаково увеличиваются в объеме при нагревании и сжимаются при охлаждении, что тоже приводит к дроблению горной породы. В результате физического выветривания монолитная горная порода со временем превращается в сеть обломков, наименьший диаметр которых может доходить до десятых и сотых долей миллиметра. Эта рыхлая масса качественно отличается от исходной горной породы. Она способна пропускать воздух, а также удерживать часть воды.

Под химическим выветриванием понимают изменение химического состава и строения первичных минералов, слагающих горные породы. В химическом выветривании основная роль принадлежит воде. Дождевая вода всегда содержит в растворенном состоянии газы атмосферного воздуха: азот, кислород, углекислый газ. При смачивании первичных минералов водой может происходить ряд химических реакций (окисление, гидратация, гидролиз, восстановление, образование карбонатов и др.). Кроме того, вода может растворять некоторые минералы. В результате химического выветривания происходят значительные изменения химического состава строения первичных минералов. Например, при длительном выветривании в условиях тропического климата граниты могут потерять до 1/3 своей исходной массы только от растворения и выщелачивания. Глыбы гранита, не успевая раздробиться механически, настолько меняют свой химический состав, что превращаются в массу, которую можно резать ножом. В результате гидратации некоторых минералов порода может увеличиваться в объеме в 2-3 раза.

Продуктами физического выветривания являются обломки первичных минералов. При химическом выветривании происходит не только разрушение, но и создание новых (вторичных) минералов.

До появления жизни на Земле процессы выветривания совершались только под действием физических и химических факторов. С появлением жизни начались процессы биологического выветривания.

Биологическое выветривание - количественное и качественное изменение горных пород под воздействием растительных и животных организмов. Микроорганизмы и растения извлекают из породы и минералов необходимые им минеральные вещества, разрушая тем самым породу и минералы. В процессе жизнедеятельности низшие и высшие растительные организмы выделяют различные органические кислоты, ускоряющие процессы выветривания. Помимо химического воздействия, растения механически, корневой системой разрыхляют горные породы.

В биологическом выветривании принимают участие жуки, муравьи, дождевые черви и мелкие грызуны, населяющие почву.

Интенсивность процессов выветривания во многом зависит от климата, поэтому верхний слой горных пород, подверженный выветриванию (кора выветривания), имеет мощность, в зависимости от климата, от долей сантиметра до нескольких десятков и сотен метров. В дневных (наружных или поверхностных) слоях коры выветривания наряду с механическим разрушением и химическим изменением горных пород и минералов идет почвообразование.

Под почвообразованием понимают процессы превращения и передвижения

веществ и энергии, протекающие в верхних слоях коры выветривания. Важная роль в почвообразовании принадлежит биологическому фактору: микроорганизмам и зеленым растениям. Без их участия этот процесс происходить не может.

Одно из основных слагаемых почвообразования: создание (синтез) и разрушение органического вещества, образование особых гумусовых веществ, концентрация в верхнем слое зольных элементов и азота.

Высшие зеленые растения (деревья, кустарники, травы, мхи) извлекают из горной породы и минералов зольные элементы питания (Р, Са, К, Мg и др.), а также азот и, используя воду, углекислый газ и лучистую энергию солнца, образуют органическое вещество. Отмершие растения обогащают породу органическими остатками. Часть их служит пищей для микроорганизмов, часть минерализуется и используется корнями новых растений, а часть превращается в новые органические соединения - специфические перегнойные, или гумусовые вещества (кислоты). Последние относительно устойчивы к разложению микроорганизмами и поэтому накапливаются в верхнем горизонте, который приобретает более темный цвет. Извлеченные из горной породы элементы питания растений, освобождаемые при минерализации органического вещества, также сосредотачиваются в поверхностном слое.

Первичные     и      вторичные      минералы      породы,     попав      в                                  зону почвообразования, энергично разрушаются. Синтезируются новые минералы. Гумусовые вещества взаимодействуют с минеральными, образуя сложные органоминеральные соединения. И, наконец, в процессе почвообразования происходит передвижение и распределение по различным слоям минеральных, органических и органо-минеральных веществ. В итоге верхняя часть коры выветривания расчленяется на слои, или почвенные горизонты, отличающиеся один от другого по цвету, химическому составу, рыхлости и другим признакам. Совокупность почвенных горизонтов и составляет почву.

Поверхностные горизонты коры выветривания, из которых образуются почвы, называют почвообразующими, или материнскими, породами. Минеральная часть почвы заимствуется от материнской породы. От механического и химического ее состава зависят многие свойства почвы.

На территории РФ распространены следующие основные почвообразующие породы.

1.  Ледниковые, или моренные, отложения. Моренами называют отложения смеси из глины, песка, щебня и валунов самой различной величины. Эти почвообразующие породы занимают значительные площади в районе последнего оледенения.

2.  Водноледниковые наносы. Они отложены потоками воды, стекавшими с ледника при его таянии. Вблизи ледника осаждалась галька, далее крупный песок, супесь и, наконец, суглинистые и глинистые частицы. Последние получили название покровных суглинков и глин.

Наиболее рыхлые покровные суглинки и глины, в состав которых входят известковые породы, называют лессовидными. На лессовидных отложениях формируются более плодородные почвы.

3.    Намытые отложения, или аллювий. Эти почвообразующие породы представляют собой наносы песка и глины паводковыми водами рек в поймах. Поймы - заливаемые талыми водами части речных долин. Почвы, образуемые в них, называют пойменными.

4.   Лёсс - осадочная порода однородного состава, содержащая до 50% и более частиц крупной пыли 0,5-0,01 мм палевого или палево-желтого цвета. Он содержит около 80% углекислого кальция (СаСО3). Лёсс и лессовидные отложения широко распространены в степных районах европейской части РФ, в Северном Казахстане и Средней Азии. На лёсах образуются наиболее плодородные почвы.

Почва - очень сложное многофазное природное тело. Условно ее состав можно разделить на четыре части, или фазы, - твердую, жидкую, газообразную и живую, или почвенный эдафон (бактерии, грибы, водоросли, простейшие).

Твердая фаза почвы состоит из минеральных и органических веществ. У всех почв, кроме торфяных, преобладают минеральные частицы (80-90% и больше). Жидкая фаза почвы - вода и растворенные в ней соли, органические вещества. Газообразная фаза - воздух, заполняющий свободные от воды поры почвы. Содержание и состав жидкой, газообразной и живой фаз в почве непрерывно меняются, относительно более постоянная величина - ее твердая часть.

Твердая фаза почвы - это ее основа, матрица, формирующаяся в процессе почвообразования из материнской горной породы и в значительной степени унаследующая состав и свойства последней. Это полидисперсная и поликомпонентная органоминеральная система, образующая твердый каркас почвенного тела. Она состоит из остаточных минералов или обломков горной породы и вторичных продуктов почвообразования - растительных остатков, продуктов их частичного разложения, гумуса, вторичных глинистых минералов, простых солей и оксидов элементов, освобожденных при выветривании породы на месте или принесенных со стороны агентами геохимической миграции, различных почвенных новообразований.

Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим (механическим), минералогическим и химическим составом, с одной стороны, и сложением, структурой и порозностью - с другой.

Жидкая фаза почвы - это вода в почве, почвенный раствор, исключительно динамичная по объему и составу часть почвы, заполняющая ее поровое пространство. Содержание и свойства почвенного раствора зависят от водно- физических свойств почвы и от ее состояния в данный момент в соответствии с условиями грунтовоого и атмосферного увлажнения при данном состоянии погоды. В районах с низкими зимними температурами в холодный сезон жидкая фаза почвы переходит в твердое состояние (замерзает), превращаясь в лед; при повышении температуры часть почвенной воды может испариться, перейдя в газовую фазу почвы. Жидкая фаза - это "кровь" почвенного тела, служащая основным фактором дифференциации почвенного профиля, так как главным образом, путем вертикального и латерального передвижения воды в почве происходит перемещение тех или иных веществ в виде суспензий или растворов.

Газовая фаза почвы - это воздух, заполняющий в почве поры, состав которого существенно отличается от атмосферного и очень динамичен во времени. В сухой почве воздуха больше, во влажной – меньше. Вода и воздух в почве являются антагонистами, взаимно замещая друг друга в общем объеме почвенной порозности в зависимости от состояния почвы в тот или иной момент. Суммарный объем почвенных пор составляет от 25 до 60% объема почвы. Почвенный слой атмосферы содержит в 10 раз и более углекислого газа (0,3%), чем в самом атмосферном воздухе (0,03%), особенно на поверхности почвы. Характерная особенность почвенного воздуха – насыщенность водяными парами. На протяжении суток почвы РФ выделяют от 10-20 до 200 кг/га углекислого газа. Количество углекислоты в почвенном воздухе меняется на протяжении года: максимум летом, минимум зимой. Поглощение газов почвой не велико. По способности сорбироваться компоненты почвенного воздуха располагают в следующий ряд: Н2О>СО2> О2 >N2 .

Иногда   в составе почвенного воздуха могут присутствовать некоторые

газы, диффундирующие через толщи пород из мест их скопления. Над нефтяными и газовыми месторождениями почвы обогащены углеводородами и т. д. На этом основаны специальные газовые геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых (нефтегазовая съемка).

Живая фаза почвы - это населяющие ее организмы, непосредственно участвующие в процессе почвообразования. К ним относятся многочисленные микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли), представители почвенной микро- и мезофауны (простейшие, насекомые, черви и пр.) и, наконец, корневые системы растений.

Природная почва существует и функционирует в единстве своих фаз как единое физическое тело.

Гранулометрический состав почвообразующих пород и почв

Наиболее   распространенными    почвообразующими   породами                            являются

рыхлые отложения плейстоценового возраста. Они покрывают более 90% территории северного полушария. Эти отложения сформированы за счет денудации и переотложения поверхностных и выветрелых горизонтов горных пород. В процессе переотложения гипергенные минералы перемешивались с обломками исходных горных пород и минералов. После отложения эта смешанная масса вновь подверглась процессам выветривания. В итоге континентальные отложения - весьма сложные гипергенные образования, включающие в себя компоненты различной степени выветрелости.

Плейстоценовые отложения исключительно благоприятны для почвообразования. Многие важные свойства почв обусловлены плейстоценовыми отложениями, на которых они сформировались. В первую очередь это относится к минеральной части почвы, состав которой в основных чертах определяется составом почвообразующей породы.

Среди типов плейстоценовых отложений особенно важное значение имеют разнообразные отложения междуречных пространств. Они плащеобразно покрывают нижележащие породы, в силу чего получили название покровных. Сюда относятся лёсс, лессовидные отложения, покровные суглинки и глины, которые являются основными почвообразующими породами в земледельческих районах ЕЧ РФ и Южной Сибири.

Гранулометрический состав определяется в значительной мере условиями образования отложений.

Под гранулометрическим составом почв и почвообразующих пород понимают относительное содержание частиц разной величины. Это содержание выражают в весовых процентах высушенной при +105°С почвы.

В гранулометрическом составе плейстоценовых отложений можно выделить следующие основные части:

1). Грубообломочная, представленная частицами величиной в несколько миллиметров и более. Среди них, наряду с обломками минералов, присутствуют обломки горных пород, и чем крупнее частицы, тем больше среди них обломков пород;

2). Мелкообломочная, состоящая из частиц величиной мельче 1 мм, но крупнее 0,001 мм. Эти частицы представлены, как правило, обломками первичных минералов;

3). Тонкодисперсная, сложенная частицами менее 0,001 мм, которые в основном состоят из гипергенных глинистых минералов.

В зависимости от содержания тонкодисперсных частиц среди плейстоценовых отложений выделяют глины (при содержании частиц

величиной менее 0,001 мм свыше 30%), суглинки (частиц менее 0,001 м от 3 до 10%) и супесь (частиц менее 0,001 мм меньше 3%). При наличии значительного количества частиц величиной 0,01-1 мм к этим названиям добавляется эпитет "пылеватый" (например, пылеватый суглинок, пылеватая супесь).

Гранулометрический состав почв имеет важное значение для ряда свойств почвы (пористости, воздухо- и водопроницаемости, водоподъемной способности, гигроскопичности, поглотительной способности и др.).

Гранулометрический состав влияет на водный режим почв и степень их промытости и вьщелоченности, отражается на температурном режиме почвы. Поэтому при прочих равных условиях песчаные почвы в северных районах лесостепи, в отличие от глинистых, могут быть оподзоленными. Песчаные почвы на 1-3°С, а местами на 5°С теплее глинистых.

Твердая фаза состоит из частиц различной величины, которые называют механическими элементами. Наиболее крупные механические элементы (диаметр более 3 мм) считают камнями, диаметром от 3 до I мм - гравием.

Камни и гравий составляют каменистую часть почвы, или почвенный скелет. Все частицы мельче 1 мм относят к мелкозему. Среди мелкозема выделяют физический песок и физическую глину. Физическим песком называют все механические элементы размером от 1 до 0,01 мм в диаметре, а физической глиной - все частицы менее 0,01 мм. Частицы мельче 0,0001 мм называют коллоидными. Содержание в почве или породе физического песка и физической глины, выраженное в процентах общей массы абсолютно сухой почвы, называется гранулометрическим составом почвы. От гранулометрического состава почвы в значительной мере зависят ее свойства, богатство и плодородие.

По гранулометрическому 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).

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

Гранулометрический состав почв оказывает большое влияние на их агрономические свойства. В практике песчаные и супесчаные почвы называют легкими, так как они легко поддаются обработке, а суглинистые и глинистые - тяжелыми (обработка их связана с большими энергетическими затратами). Легкие почвы рыхлы, хорошо пропускают влагу и воздух, весной быстро прогреваются. Но они плохо удерживают воду, бедны перегноем и элементами 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. В целом глинистые и суглинистые почвы плодороднее песчаных и супесчаных.

При хозяйственном использовании почв необходимо учитывать их состав. 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.

Общие физические и физико-механические свойства почвы

К общим физическим свойствам почвы относят плотность твердой фазы, плотность почвы или объемную массу и пористость (скважность, порозность).

Плотность твердой фазы – это масса 1 см3 твердой фазы почвы или отношение массы твердой фазы почвы к массе равного объема воды при 4° С.

Плотность твердой фазы минеральных почв в среднем составляет 2,50-2,65 г/см3. Бедные органическим веществом почвы имеют плотность твердой фазы от 2,65 до 2,80 г/см3 . У торфяников плотность твердой фазы не превышает 1,4 - 1,8 г/см3.

Плотность почвы, или плотность сложения, - это масса 1см3 почвы, взятой без нарушения ее природного состояния и высушенной при 105° С (абсолютно сухой).

Плотность сложения почвы зависит от гранулометрического состава, содержания органического вещества, структуры и сложения почвы. Плотность пахотного горизонта минеральных почв колеблется от 0,9 до 1,5-1,6 г/см3. Вниз по профилю плотность сложения почвы может возрастать до 1,8-2,0 г/см3. У торфяно-болотных почв она может быть от 0,2 до 0,5 г/см3.

Если плотность твердой фазы почвы - величина постоянная, то плотность сложения меняется под воздействием, как естественных факторов, так и человека. Длительно необрабатываемые пахотные горизонты различных почв постепенно уплотняются до постоянной величины, называемой равновесной плотностью сложения. Величина равновесной плотности сложения пахотного горизонта дерново-подзолистых почв составляет 1,35-1,50 г/см3, черноземов - 1,0-1,2, каштановых - 1,2-1,35, сероземов - 1,5-1,6, старопахотных торфяно- болотных почв - 0,2-0,3 г/см3

Оптимальные условия для роста и развития большинства сельскохозяйственных культур складываются при определенной плотности почвы. Зная равновесную и оптимальную плотности сложения почвы, можно правильно обрабатывать ее.

Овощные и плодовые культуры требовательны к рыхлости почвы. Сады изреживаются и быстро погибают, если они были заложены на почвогрунтах с плотностью более 1,5 г/см3 в верхнем метровом слое.

При выборе участков под сады необходимо учитывать не только плотность сложения верхних горизонтов почвы, но и почвогрунтов на глубинах до 2-3 м. Значительное уплотнение почвогрунтов на этой глубине, например, в предгорьях Алтая вызывает гибель зимних сортов яблони.

Пористостью (скважностью, или порозностью) называют объем всех пор почвы, выраженный в процентах ее общего объема. Если принять объем пахотного горизонта минеральных почв за 100%, то 40-50% этого объема составляет твердая фаза почвы, а 50-60% приходится на скважины. Этот объем называют общей пористостью. В верхних горизонтах целинных почв общая пористость может доходить до 80%, а в нижних горизонтах снижается до 26- 30%. Пористость торфяных почв может превышать 90%.

Оптимальная величина общей пористости суглинистых и глинистых почв

для сельскохозяйственных культур составляет 50-60%. Рассчитывается: P=(1 – α ) ·100% .

  d

Общая пористость подразделяется на капиллярную и некапиллярную. Мельчайшие поры, размер которых составляет не более 0,1мм, относят к капиллярным. При близком уровне грунтовых вод капилляры в почве бывают заполнены водой. Более крупные поры, заполненные в таком случае воздухом, называют некапиллярными. Соотношение между капиллярными и некапиллярными порами – важный агрономический показатель. Для хорошего обеспечения водой и воздухом это соотношение должно быть равно в увлажненных районах на дерново-подзолистых почвах 1:1, в засушливых условиях южных и юго-восточных районов 3:1.

Общая пористость зависит от структуры, механического состава и плотности сложения почвы. Пахотные почвы с хорошо выраженной структурой обладают большой пористостью, в них хорошо проникают вода и воздух, создаются благоприятные условия для микробиологических процессов и корней растений.

К физико-механическим свойствам почвы относят липкость, пластичность, набухание, усадку, связность, твердость и сопротивление при обработке.

Рассмотрим некоторые наиболее важные из них. Связность почвы - это способность ее сопротивляться разрыву при обработке, то есть сила сцепления между частицами почвы. Она зависит от гранулометрического состава, влажности, структуры и содержания гумуса. Наименьшую связность имеют песчаные и супесчаные почвы, наибольшую - глинистые. Связность глинистых почв уменьшается при их увлажнении. Почвы с хорошей структурой менее связны, чем бесструктурные. Связные твердые почвы оказывают большее сопротивление при обработке, корни растений проникают в них с трудом.

Липкость или прилипание почвы - это ее способность прилипать к орудиям обработки. Липкость зависит от тех же условий, что и связность. Глинистые почвы при высокой влажности обрабатывать невозможно, так как они сильно прилипают к орудиям обработки. Песчаные почвы обладают невысокой липкостью практически при любой влажности. Залипание орудий обработки ухудшает крошение почвы и снижает производительность труда.

Физическая спелость почвы. От связности и липкости зависит особое агрономическое свойство почвы, называемое физической спелостью. Это такое ее состояние, при котором она хорошо крошится и требует при этом наименьших усилий при обработке. Физическая спелость почвы наступает при определенной влажности которая, зависит от механического состава, типа почва, структуры, содержания гумуса, степени задернения и скорости обработки. При физической спелости почва имеет невысокую связность и липкость.

Знание влажности физической спелости особенно важно для глинистых почв. Песчаные почвы, обладающие низкой связностью и липкостью, хорошо обрабатываются при любой влажности. При вспашке глинистых и суглинистых почв в переувлажненном состоянии получается сплошной нераскрошенный пласт, а при вспашке этих почв в сухом состоянии, образуются огромные глыбы. И только обработка спелой почвы дает хорошее крошение.

Физическая спелость у структурных и высокогумусных почв наступает при более высокой влажности, чем у бесструктурных и малогумусных. При более высокой влажности можно обрабатывать и задернелые почвы, например, после многолетних трав. На скоростях 9-15 км/ч можно добиться хорошего крошения более влажной почвы, чем на скоростях 6-9 км/ч.

Обработка излишне влажной почвы при резком подсыхании ведет к появлению на поверхности почвенной корки. Почвенная корка образуется также при сильном увлажнении распыленных почв и последующем быстром высыхании поверхностного слоя. Она затрудняет проникновение воды и воздуха в нижние слои, мешает появлению всходов и угнетает растения.

Набухание почвы - увеличение объема при увлажнении. Наиболее сильно набухают глинистые и богатые гумусом почвы. Некоторые их них способны увеличиваться в объеме в 1,5 раза. При последующем подсыхании и усадке почва трескается. Трещины разрывают корни и усиливают потерю влаги. Набухание может приводить к выпучиванию поверхности почвы, что также неблагоприятно сказывается на растениях.

Водные свойства почвы. Вода в почве, по образному выражению академика Г.Н. Высоцкого - это то же, что кровь в организме. Вода участвует во всех процессах происходящих в почве. Она незаменимое условие жизни растений (слова … Леонардо да Винчи). Обеспеченность последних питанием во многом зависит от водных свойств почвы.

Водными   свойствами    почвы    называют    такие,    которые                             определяют поведение почвенной влаги. К ним относят водоудерживающую, водопропускную и водоподъемную способности почв.

Водоудерживающая способность почв количественно может характеризоваться величинами гигроскопической влажности и влагоемкости.

Гигроскопическая влажность – это количество парообразной воды, которое может поглощать (сорбировать) сухая почва вследствие притяжения поверхностью почвенных частиц. Наибольшее количество воды почва поглощает из воздуха, насыщенного водяными парами до относительной влажности около 100%. Эта величина называется максимальной гигроскопической влажностью или максимальной гигроскопичностью (МГ). Выражают ее в процентах от массы сухой почвы. Растениям гигроскопическая влага недоступна. Содержание ее зависит от гранулометрического состава, гумусированности и от поглотительной способности почв. МГ песчаных и супесчаных почв 0,5-3%, суглинистых 3-9, глинистых 9-15, а торфяных почв может быть 30-40%.

Влагоемкость - это количество воды, которое может вмещать и удерживать почва. Выделяют полную, полевую (наименьшую) и капиллярную влагоемкости.

Полная влагоемкость, или водовместимость, - содержание влаги в почве при заполнении ею всех пор, В таком состоянии большинство почв находится очень короткое время - сразу после таяния снега или после сильных дождей. Постепенно часть воды просачивается вниз, а оставшаяся соответствует полевой влагоемкости.

Полевая или наименьшая, влагоемкость - количество воды, удерживаемое почвой в течении длительного времени. Полевая влагоёмкость меньше полной.

Влажность песчаных почв при полевой влагоемкости составляет 4-10%, супесчаных - 10-20; легко- и среднесуглинистых - 20-30, тяжелосуглинистых и глинистых - 30-40%.

Величина полевой влагоемкости - важный агрономический показатель. Зная влажность почвы в процентах полевой влагоемкости, судят об обеспеченности растений водой, а в орошаемом земледелии устанавливают время полива. Оптимальная влажность почвы в процентах полевой влагоемкости составляет: для полевых культур 70-80%, для овощных 75-90, для плодовых и ягодных 70-85%.

Капиллярная влагоемкость - количество влаги, которое удерживается в капиллярных порах. При близком уровне грунтовых вод почва может быть постоянно увлажнена до капиллярной влагоемкости.

Водопропускная способность почв характеризуется водопроницаемостью.

Водопроницаемость-способность почвы пропускать через себя воду. Почвы грубого гранулометрического состава и трещиноватые имеют повышенную, так называемую провальную водопроницаемость, структурные и песчаные почвы - хорошую, а бесструктурные почвы тяжелого гранулометрического состава - слабую водопроницаемость.

Повышенная и пониженная водопроницаемость почв неудовлетворительны в агрономическом отношении. Улучшить водопроницаемость тяжелосуглинистых разновидностей почв можно путем систематического внесения органических удобрений, известкования кислых почв, улучшения структуры, добавления песка (пескование) и механического рыхления.

Водоподъемная способность - это свойство почвы поднимать влагу по капиллярам. Высота капиллярного подъема воды в суглинистых почвах может составлять 5-6 м. При близком уровне грунтовых вод, насыщенных минеральными солями, может происходить подъем их к поверхности и засоление верхних горизонтов. Улучшить водоподъемную способность легких почв можно путем их прикатывания. Это бывает необходимо, например, для лучшего обеспечения влагой высеянных семян, особенно в засушливых условиях.

Водные режимы почв. Совокупность процессов поступления влаги в почву, ее передвижения и расхода называют водным режимом.

В зоне таежных лесов влага атмосферных осадков промачивает почву до грунтовых вод, потери влаги на испарение невелики. Такой водный режим называют промывным.

В степных районах страны сквозного промачивания не происходит, максимальное увлажнение даже при таянии снега не превышает 3-4 м. За летний период происходит испарение почти всей поступившей влаги. Данный водный режим называют непромывным.

При неглубоком залегании грунтовых вод и небольшом количестве осадков, в некоторых районах страны происходит капиллярный подток влаги к зоне испарения. Вода больше испаряется, чем поступает с осадками. Это выпотной водный режим.

Водный режим в зоне многолетней мерзлоты называют мерзлотным.

Его отличает: очень низкий расход влаги на испарение в результате плохой водопроницаемости мерзлоты и насыщенность почвы водой.

Водный режим, складывающийся при искусственном орошении, носит название ирригационного.

Доступность влаги растениям. Часть влаги с огромной силой удерживают частицы почвы. Она недоступна растениям. Устойчивое завядание их начинается при содержании влаги в почве в 1,3-1,5 раза большем, чем величина МГ. Влажность, при которой растения начинают завядать, называют влажностью завядания (ВЗ). Для расчетов ВЗ величину МГ умножают на 1,3.

ВЗ зависит от гранулометрического состава почвы, содержания гумуса, вида растений и их возраста. На глинистых почвах завядание начинается при 15-22% влажности, на песчаных только при 1-3%. А на торфяных почвах завядание растения может наступать при 50% влажности.

Влага, превышающая величину ВЗ, участвует в формировании урожая. Ее называют продуктивной. Запас продуктивной влаги в каком-либо слое почвы определяют расчетным способом по формуле (в м3/га):

Wоб = 100 h α βфакт ;   Wпр = Wоб – WВ3 ,

где β - влажность почвы (в %);

В3- влажность завядания (в %); h - слой почвы (в см);

α - плотность почвы (в г/см).

МГ - максимальная гигроскопичность

Для пересчета запасов влаги в миллиметры водного слоя необходимо запомнить, что 10 м3 воды соответствует I мм слоя воды на площади I га.

Воздушные свойства почвы. Часть общей пористости почвы, не занятая водой, заполнена воздухом. Эту пористость называют пористостью аэрации.

Чем меньше в почве воды, тем больше пор занято воздухом, тем выше пористость аэрации.

Почвенный воздух отличается от атмосферного меньшим содержанием кислорода и большим - углекислого газа. Кислород в почве необходим для дыхания корней растений, деятельности аэробных микроорганизмов и реакций окисления. Интенсивное потребление кислорода сопровождается выделением из почвы значительного объема углекислого газа. Быстрое восстановление

концентрации кислорода в почвенном воздухе происходит только в том случае, если почва обладает хорошими воздушными свойствами - воздухоемкостью и воздухопроницаемостью.

Воздухоемкость - объем занятых воздухом пор при влажности почвы, соответствующей полевой влагоемкости.

Воздухопроницаемость - свойство почвы пропускать через себя воздух.

Благоприятными воздушными свойствами обладают структурные почвы нормального увлажнения. На бесструктурных почвах, особенно при возникновении почвенной корки, нормальный газообмен нарушается. При избыточном увлажнении он полностью прекращается. Для нормального газообмена воздухоемкость почвы и пористость аэрации не должны быть ниже 10-15% всего объема почвы.

Тепловые свойства почвы. От тепловых свойств почвы, то есть способности ее прогреваться и сохранять тепло, зависят многие процессы, происходящие в ней. Тепловые свойства почвы учитываются при сельскохозяйственном использовании земли.

Основной показатель, характеризующий тепловой режим почвы - ее температура. На температуру почвы влияет не только количество солнечной энергии, но и цвет, влажность, гранулометрический состав и рыхлость почвы, наличие растительности на ней, рельеф.

Весной тяжелые глинистые почвы прогреваются медленнее, чем легкие песчаные и супесчаные. Поэтому первые называют холодными, вторые - теплыми. Осенью легкие почвы охлаждаются быстрее, чем тяжелые глинистые. Торфяно-болотные почвы по сравнению с другими прогреваются хуже днем и сильнее охлаждаются ночью. На них чаще бывают ночные заморозки. Рыхлые, сухие и богатые органическим веществом почвы прогреваются быстрее, чем плотные, влажные и бедные гумусом. Прогревание южных, юго-западных и юго-восточных склонов происходит быстрее, чем склонов другого расположения.

В долинах наблюдаются значительные суточные перепады температур, сильное прогревание днем и резкое охлаждение ночью.

Зимой промерзание почвы зависит от высоты снежного покрова, рельефа местности, свойств почвы и ее влажности, наличия растительности. Влажные и тяжелые по механическому составу почвы промерзают на меньшую глубину по сравнению с сухими и легкими. Чем больше в почве органического вещества, тем меньше глубина промерзания.

Минеральный и химический состав почвообразующих пород и почв

Группы частиц гранулометрического состава плейстоценовых отложений имеют различный минеральный состав. Грубообломочные частицы - это в основном обломки горных пород. Мелкообломочные частицы представлены минералами, относительно устойчивыми к процессам выветривания. Среди них часто преобладает наиболее устойчивый - кварц. Тонкодисперсные частицы преимущественно сложены глинистыми минералами.

Плейстоценовые отложения представляют собой сложный комплекс разнородных продуктов выветривания. Большая часть минеральной массы плейстоценовых отложений состоит обычно из частиц покровных отложений. В лесах и лёссовидных суглинках содержание этих частиц достигает 80-90% всей массы породы.

На минеральном составе Южной Сибири, Казахстана и Средней Азии сказывается влияние материала, поступавшего, во первых с юга, с области хребтов Средней Азии, а во-вторых, с севера. По-видимому, энергичная эрозия средне-азиатских горных систем обгоняла процессы выветривания, в результате чего в южных районах в плейстоценовых отложениях присутствует значительное количество обломочных силикатов, которых больше, чем кварца. Примерно такая же картина наблюдается в области Казахского мелкосопочника. В плейстоценовых отложениях Западной Сибири и Западного Казахстана кварц вновь преобладает над обломочными силикатами, как и в европейской части РФ.

Особенности минерального состава плейстоценовых отложений обусловливает их химический состав. Так как при выветривании разрушаются все породообразующие минералы, за исключением кварца, то в плейстоценовых отложениях кремния содержится больше, чем в исходных горных породах. Наличие тонкодисперсных (глинистых) минералов типа гидрослюд обусловливает присутствие алюминия, железа, магния и отчасти калия. В результате гипергенного разрушения минералов, содержащих кальций и натрий (полевых шпатов, слюд, пироксенов) количество этих химических элементов в плейстоценовых отложениях меньше, чем в исходных горных породах. Разрушение гипергенных силикатов сопровождается окислением закисного железа в окисное. Поэтому в составе этих отложений в значительном количестве присутствует окись железа.

Химический состав плейстоценовых отложений неодинаков, зависит от гранулометрического состава и степени выветрелости материала. Обычно, чем более легкий гранулометрический состав, тем более кремнезёместы отложения. Особенно это относится к отложениям, обломочная часть которых подвергалась значительному гипергенному преобразованию.

Минеральный, химический и гранулометрический состав почвообразующих пород оказывает значительное влияние на географию почв. Это влияние может проявляться непосредственно или косвенно путем воздействия на другие факторы почвообразования. Примером непосредственного влияния минерального и химического состава может служить формирование перегнойно-карбонатных почв в областях таежной зоны, где сплошь распространены кислые, сильно промытые почвы. Это объясняется тем, что в почвообразующих породах - ледниковых суглинках в изобилии присутствуют валуны и мелкие обломки осадочных известняков. Наличие крупных масс кальция нейтрализует кислые почвенные растворы, промывающие почвы, препятствует выносу элементов питания и обеспечивает растения необходимым количеством такого физиологически важного химического элемента, как кальций. В результате на участках, обогащенных обломками известняков, формируются темные, невыщелоченные почвы, резко отличающиеся от светлых, сильно выщелоченных почв, развивающихся на ледниковых наносах, в минеральном составе которых почти исключительно присутствуют кварц и силикаты.

Глинистые минералы группы гидрослюд и монтмориллонита обладают важной способностью аккумулировать химические элементы, необходимые для жизнедеятельности трав. Поэтому в условиях северных лесов породы, богатые этими минералами, более благоприятны для образования дерново-подзолистых почв, чем породы, лишенные гипергенных силикатов, на которых формируются подзолистые почвы. Переполнение почвообразующей породы обломочным кварцем создает условия дефицита элементов питания для растений.

Важное значение для водно-физических свойств почвы и её водного режима имеет гранулометрический состав почвообразующих пород. Песчаный гранулометрический состав способствует лучшему промыванию почв и выносу химических соединений. Поэтому по песчаным аллювиальным отложениям далеко к югу вдаются своеобразные сильно промытые почвы боровых террас, пересекающие в европейской части РФ подзону мощных черноземов, а на территории Южной Сибири достигающие сухих степей.

Литература основная: 1, 2, 3, 4, 6.

Литература дополнительная: 4, 12, 15, 16, 17.