Лекция №8

Лекция № 8. Морфология почвы (2 часа)

План:

1.       Почвенный профиль.

2.       Цвет почвы.

3.       Структурность почв.

4.       Новообразования и включения в почве.

 

Почвенный профиль

Почва представляет собой иерархически построенную природную систему, состоящую из морфологических элементов разного уровня, под которыми понимаются любые естественные внутрипочвенные тела, образования либо включения, с четкими или диффузными границами, отличающиеся от соседних по своей форме и внешним свойствам - морфологическим признакам.

Морфологические элементы почвы - это ее генетические горизонты, структурные отдельности, окраска, новообразования, включения и поры (пустоты, заполненные водой или воздухом).

Почва представляет собой систему последовательно сменяющих друг друга по вертикали генетических горизонтов - слоев, на которые дифференцируется исходная материнская горная порода (почвообразующая порода) в процессе почвообразования. Эта вертикальная последовательность горизонтов получила название почвенного профиля. Почвенный профиль

представляет первый уровень морфологической организации почвы как природного тела, почвенный горизонт - второй

Почвенный горизонт не является однородным и состоит из морфологических элементов третьего уровня - морфонов, под которыми понимаются внутригоризонтальные морфологические элементы, исключая структурные отдельности – морфологически обособленные участки почвы внутри генетического горизонта. С одной стороны, это могут быть разделенные трещинами или затеками материала вышележащих горизонтов блоки, состоящие из структурных отдельностей; с другой стороны - это различные включения и новообразования. Однородный почвенный горизонт может представлять собой единый морфон, разделяющийся лишь на структурные отдельности, так что выделение морфонов в пределах генетических горизонтов возможно не во всех почвах и не во всех горизонтах.

На четвертом уровне морфологической организации выделяются почвенные агрегаты (структурные отдельности, комки, педы), на которые естественно распадается почва в пределах генетических горизонтов либо их морфонов. Почвенные структурные отдельности могут быть разных порядков. Например, большие тумбовидные глыбы могут состоять из крупных призм, а последние - из мелких ореховатых отдельностей. Однако все структурные отдельности разного порядка (разного размера) составляют один морфологический уровень.

Почвенные агрегаты тоже построены очень сложно. Они состоят из микроагрегатов (минеральных, органоминеральных, органических), первичных "механических элементов", включая отдельные минеральные зерна, микроконкреций, стяжений и других сложных новообразований микроскопического размера.

Следующий, пятый уровень морфологической организации почвы можно обнаружить только с помощью микроскопа. Это микростроение почвы, изучаемое в рамках микроморфологии почв.

Рассматривая почву как природное тело, различают следующие основные понятия:

Строение почвы - специфическое для каждого почвенного типа сочетание генетических горизонтов, внутригоризонтных и внегоризонтных образований, составляющее в целом почвенный профиль.

Сложение почвы - физическое состояние почвенного материала, в профиле почвы в целом или в ее отдельном горизонте, обусловленное взаимным расположением и соотношением в пространстве твердых частиц и связанных с ними пор (геометрия пространства, занятого почвенным материалом).

Структурность почвы - способность почвы распадаться в естественном состоянии при механическом воздействии (вспашке) на агрегаты (структурные отдельности, комки, педы) определенного размера и формы.

Структура почвы - взаимное расположение в почвенном теле структурных отдельностей (агрегатов, педов) определенной формы и размеров.

Состав почвы - соотношение по массе или объему компонентов почвенного материала, выражаемое в процентах его общей массы или объема, либо в долях единицы. Различают фазовый, агрегатный (структурный), микроагрегатный, гранулометрический (механический, текстура), минералогический и химический состав почвы.

Почвенным профилем называется определенная вертикальная последовательность генетических горизонтов в пределах почвенного индивидуума, специфическая для каждого типа почвообразования.

Профиль почвы характеризует изменение ее свойств по вертикали, связанное с воздействием почвообразовательного процесса на материнскую горную породу. Наблюдается закономерное, зависящее от типа почвообразования изменение гранулометрического, минералогического, химического состава, физических, химических и биологических свойств почвенного тела от поверхности почвы вглубь до незатронутой почвообразованием материнской породы.

Главные факторы образования почвенного профиля (дифференциации

исходной почвообразующей породы на генетические горизонты), это во- первых, вертикальные потоки вещества и энергии (нисходящие или восходящие в зависимости от типа почвообразования и его годовой, сезонной или многолетней цикличности) и во-вторых, вертикальное распределение живого вещества (корневые системы растений, микроорганизмы, почвообитающие животные).

Строение почвенного профиля, т.е. характер и последовательность составляющих его генетических горизонтов, специфично для каждого типа почвы и служит его основной диагностической характеристикой. Все горизонты в профиле взаимно связаны и обусловлены.

Генетическая целостность, единство почвенного профиля - основное свойство почвенного тела, почвы как таковой, формирующейся в процессе почвообразования из исходной материнской породы как единое целое и развивающейся во времени в единстве составляющих ее генетических горизонтов.

Генетические почвенные горизонты - это формирующиеся в процессе почвообразования однородные, обычно параллельные земной поверхности слои почвы, составляющие почвенный профиль и различающиеся между собой по морфологическим признакам, составу и свойствам. Генетическими они называются потому, что образуются в процессе генезиса почвы.

Генетические горизонты в почвенном профиле выступают как важнейшие однородные составные части почвенного тела.

На заре развития почвоведения Докучаев выделил в почве всего три генетических горизонта: А - поверхностный гумусо-аккумулятивный; В - переходный к материнской породе; С - материнская горная порода.

Последующее развитие почвоведения привело к выделению большого разнообразия генетических горизонтов различных почв, обозначаемых различными символами. До сих пор у почвоведов разных научных школ нет единства в диагностике и символике различных почвенных горизонтов. Ниже приводится наиболее поздняя система выделения основных видов почвенных горизонтов.

Ниже приводится наиболее поздняя система выделения основных видов почвенных горизонтов.

Поверхностные органогенные горизонты. Т - торфяный горизонт, формирующийся на поверхности в условиях постоянного избыточного увлажнения и характеризующийся специфической консервацией органического вещества растительных остатков без превращения его в гумус. Торф по составу может быть древесным, травяным (тростниковый, осоковый), моховым (сфагновый), лиственным, лишайниковым либо смешанным.

Содержание органического вещества в торфе более 35 % по массе (более 70 % по объему): это олиготрофный (верховой) торф, а также эутрофный (низинный) торф.

Т1 - торфяный неразложенный - растительные остатки не разложены или слабо разложены и почти полностью сохранили свою исходную форму.

Т2 - торфяный среднеразложенный - растительные остатки лишь частично

сохранили свою форму в виде обрывков тканей.

ТЗ - торфяный разложенный - сплошная органическая мажущаяся масса без видимых следов растительных остатков.

ТА - торфяный минерализованный - пахотный торфяный горизонт, измененный осушением и обработкой.

А0   - лесная подстилка   или степной войлок - маломощный (до 20 см) поверхностный слой разлагающегося органического вещества, частично, особенно в нижней части, перемешанного с минеральными компонентами; содержит более 35 % по массе (более 70 % по объему) органического вещества.

А01 - свежий или слабо разложившийся опад, в котором растительные остатки почти полностью сохранили свою исходную форму - слой опада.

А02 - растительные остатки лишь частично сохранили свою форму в виде обрывков тканей - слой ферментации.

А03 - сплошная органо-минеральная масса без видимых следов растительных остатков – слой гумификации.

Аа1 - водорослевая корочка – поверхностная, хорошо отслаивающаяся от нижележащей почвы корочка водорослей и их остатков, черная в сухом состоянии и зеленеющая при увлажнении, с большой примесью минеральных частиц в нижней части, мощностью в несколько миллиметров, характерная для сухостепных, полупустынных и пустынных почв.

Ад - дернина - органоминеральный гумусо-аккумулятивный поверхностный горизонт почв, формирующийся под травянистой растительностью, особенно дуговой, и состоящий на половину по объему из корней растений.

АТ – перегнойный, гумусо-аккумулятивный горизонт, содержащий от 15 до 35 % по массе органического вещества, иловатый, черный, мажущийся, зернистой структуры или бесструктурный, постоянно или периодически насыщенный водой,

А1 - гумусовый горизонт - поверхностный или лежащий под горизонтами А, темноокрашенный гумусо-аккумулятивный горизонт с содержанием органического вещества до 15 % по массе.

Апах – пахотный горизонт - поверхностный гумусовый горизонт почв, преобразованный периодической обработкой в земледелии.

Поверхностные неорганогенные горизонты. К - корковый горизонт - светлая ячеистая корочка мощностью до 5 см на поверхности почвы, с полигональным растрескиванием, легко отделяющаяся от нижележащей почвы, относительно обогащенная кремнеземом и лишенная солей. Причем кварцевые зерна и зерна других первичных минералов лишены оксидных пленок и не соединяются цементирующими мостиками, за исключением случайных карбонатных ("сухарный горизонт", "корка", "ноздреватый горизонт").

О - подкорковый горизонт, находящийся под корковым горизонтом, светлоокрашенный, сильнопористый, чешуйчатый или слоеватый горизонт сухостепных, полупустынных или пустынных почв ("слоеватый горизонт"), часто выходящий на поверхность.

- солевая корка - белая корка солей или обильные выцветы солей на поверхности почвы.

Подповерхностные горизонты. А2 - элювиальный горизонт - осветленный, обычно белесый (палево-белесый, серо-белесый, сизо-белесый, белый), располагающийся под каким-либо из органогенных горизонтов и подстилаемый иллювиальным горизонтом; по происхождению может быть подзолистый (кислотный гидролиз минералов и вынос продуктов разрушения), лессивированный или псевдоподзолистый (вынос пылеватых или илистых частиц без их разрушения), отбеленный или сегрегированный (снятие и вынос или сегрегация полутораоксидных пленок с минеральных зерен), осолоделый (щелочной гидролиз минералов и вынос продуктов разрушения), глеево- элювиальный или псевдоглеевый (разрушение и вынос в переменно-восстановительной среде на контакте с подстилающим водоупорным горизонтом).

В - минеральный внутрипочвенный горизонт, лежащий в средней части профиля и отличающийся по своим свойствам от любого поверхностного горизонта. Горизонт В это сборное понятие. С одной стороны, он включает иллювиальные горизонты, среди которых выделяются глинисто-иллювиальные, железисто-иллювиальные, гумусо-иллювиальные, солонцовые, карбонатные, солевые, гипсовые или смешанные, а с другой – метаморфические горизонты, образованные при трансформации минералогического состава на месте: сиаллитно-метаморфический, ферраллитно-метаморфический. Иллювиальный горизонт называют обычно «В текстурный», а метаморфический – «В структурный».

G - глеевнй горизонт - минеральный горизонт, формирующийся в условиях постоянного избыточного увлажнения, характеризующийся преобладанием голубоватой, сизой, оливковой окраски, иногда с ржавыми пятнами.

Подпочвенные горизонты. С - материнская горная порода, горизонт лежащий под любым из описанных выше почвенных горизонтов, сходный с ними литологически и не имеющий их признаков.

Д - подстилающая порода - рыхлая горная порода, лежащая под горизонтом С и отличающаяся от него в литологическом отношении.

Р - плотная массивно-кристаллическая почвообразующая или подстилающая порода.

В случае выделения в пределах генетического горизонта подгоризонтов они обозначаются по порядку сверху вниз дополнительными индексами, например В1, В2, В3 и т.д.

Переходные горизонты, обладающие свойствами как вышележащего, так и нижележащего, при постепенной смене одного другим обозначаются смешанными символами, например АВ, ВС и т.п. Смешанные горизонты, включающие в себя морфологически оформленные участки вышележащего и нижележащего горизонтов, также получают комбинированные символы, но обозначаемые иначе: А/В, В/С и т.д. Погребенные горизонты выделяются квадратными скобками [А].

Кроме основных почвенных горизонтов, есть несколько специфических внутрипочвенных горизонтов, характеризующих определенные типы почв. К ним относятся;

латерит - очень твердый сплошной железистый горизонт (панцирь) ячеистого или конкреционного строения, состоящий преимущественно из оксидов железа и алюминия с примесью кварца и каолинита. Образуется за счет необратимой дегидратации и кристаллизации оксидов железа при механическом разрушении и выносе каолинитового материала под воздействием атмосферных условий либо путем накопления железа из грунтовых вод при их перемещении;

плинтит - внутрипочвенный уплотненный, но свободно режущийся лопатой горизонт, имеющий ферраллитную (каолинитовую) основу, обогащенную оксидами железа. Имеет пеструю окраску при чередовании белесовато-желтых и красных пятен, иногда в нем обильны железистые конкреции диаметром 0,5-1,0 см, при выходе на поверхность необратимо отвердевает, превращаясь в латерит;

фраджипэн - очень твердый и хрупкий глинистый горизонт с резкой верхней и диффузной нижней границами, разделяющийся на неправильные многогранники (полигоны на вертикальном срезе) белесыми прожилками. При увлажнении не размягчается, как обычная глина, а сразу распадается на мелкие отдельности. Формируется в нижней части иллювиального горизонта некоторых типов почв бореального пояса;

плотная внутрипочвенная кора – «каменный» горизонт, сцементированный какими-либо соединениями в результате их гидрогенного поступления и отложения внутри почвенной толщи, вплоть до образования почти чистого слоя этих соединений. К ней (к коре) относится: солевая кора (петросолевой горизонт), гипсовая кора (петрогипсовый горизонт), известковая кора (петрокальциевый горизонт), кремневая кора (дурипэн, силкрит);

мягкая внутрипочвенная кора - мягкий, мучнистый горизонт, сформированный какими-либо соединениями в результате их гидрогенного поступления и отложения внутрипочвенной толщи вплоть до образования почти чистого слоя этих соединений: калише, прослой мучнистого карбоната кальция; гажа («шестоватый гипс») прослой мучнистого гипса;

конкреционный горизонт - рыхлый внутрипочвенный горизонт, содержащий более 50 % объема различных конкреционных новообразований: ортштейн (содержит железистые конкреции); канкар (содержит известковые конкреции); ортзанд - сплошной или состоящий из отдельных волнистых прослоек (псевдофибр), сцементированный оксидами железа песчаный горизонт.

При обозначении генетических почвенных горизонтов широко используются дополнительные обозначения малыми буквами латинского алфавита, которые становятся справа от основного символа горизонта, с тем чтобы подчеркнуть его специфику:

Вса - наличие карбонатов кальция; указывается наличие гипса, присутствие легкорастворимых солей, присутствие иллювиированной глины.

Учитывается также наличие иллювиированного гумуса; присутствие солоноватости; наличие признаков аккумуляции железа; присутствие признаков оглеения; присутствие конкреций; распахиваемый горизонт; признаки слитости; перерытость почвенной фауной; признаки криотурбаций; признаки самомульчирования; устойчивое присутствие воды (атмосферной, грунтовой).

Особым значком впереди символа горизонта обозначается наличие мерзлоты в почве: мерзлые водоупорные цементированные льдом горизонты (льдистая мерзлота), неводоупорные мерзлые горизонты (сухая мерзлота).

Символика генетических горизонтов позволяет записывать строение почвенного профиля:

А-АВ-В -Вса-ВСса-Сса - выщелоченный чернозем;

А-АВ-Вса-ВСса-Сса - типичный чернозем;

А-АВ-Впса-ВСса-Сса - обыкновенный чернозем; А-АВ-Вса-ВС -Сса - южный чернозем;

Т1-Т2-С - торфяно-глеевая почва; А -А-В -С - дерново-глеевая почва.

В соответствии с характером соотношения различных горизонтов строением почвенного профиля можно выделить несколько типов.

Простое строение профиля включает в себя следующие пять типов: I) примитивный профиль с маломощным горизонтом А либо АС, лежащим непосредственно на материнской породе; 2) неполноразвитый профиль, имеющий полный набор всех генетических горизонтов, характерных для данного типа почвы, но укороченных, с малой мощностью каждого горизонта;

3)             нормальный профиль, имеющий полный набор всех генетических горизонтов, характерных для данного типа почвы, с мощностью, типичной для неэродированных почв плакоров; 4) слабо-дифференцированный профиль, в котором генетические горизонты выделяются с трудом и постепенно сменяют друг друга; 5) нарушенный (эродированный) профиль, в котором часть верхних горизонтов уничтожена эрозией.

Сложное строение почвенного профиля также характеризуется пятью типами: 1) реликтовый профиль, в котором присутствуют погребенные профили палеопочв; с другой стороны, в профиле могут присутствовать не погребенные, а реликтовые горизонты, являющиеся следами древнего почвообразования, идущего сейчас по иному типу; 2) многочленный профиль формируется в случае литологических смен в пределах почвенной толщи; 3) полициклический профиль образуется в условиях периодического отложения почвообразующего материала (речной аллювий, вулканический пепел, золовый

нанос); 4) ненарушенный (перевернутый) профиль с искусственно (деятельностью человека) или природно (при ветровалах в лесу) перемещенными на поверхность нижележащими горизонтами; 5) мозаичный профиль, в котором генетические горизонты образуют не последовательную по глубине серию горизонтальных слоев, а прихотливую мозаику, сменяя друг друга пятнами на небольшом протяжении.

Систематика типов строения почвенного профиля может быть построена на основе анализа распределения состава почвы по ее вертикальному профилю. При этом может рассматриваться какое-либо одно вещество или одна группа веществ (гумус, известь, гипс, водорастворимые соли, глинистые минералы, полуторные оксиды), либо совокупность педохимически сопряженных веществ. Это распределение отражается и в морфологии почвы, например в окраске почвы и ее плотности, в характере и распределении новообразований. В указанном отношении почвенные профили могут быть, разделены на следующие типы:

-       аккумулятивный профиль с максимумом накопления веществ с поверхности при их постепенном падении с глубиной;

-     элювиальный профиль с минимумом вещества на поверхности при постепенном увеличении его содержания с глубиной (элювий – продукты выветривания, остающиеся на месте);

-    грунтово-аккумулятивный профиль, характеризующийся накоплением веществ из грунтовых вод в нижней и средней части профиля;

-   эллювиально-иллювиальный профиль с минимумом вещества в верхней части и максимумом в средней или нижней;

-  недифференцированный профиль с равномерным содержанием вещества по всей почвенной толще.

Академик Б.Б. Полынов делил все морфологические признаки почвы на три группы: 1) свойственные отдельным горизонтам и определяющие их; 2) рассеянные по всему почвенному профилю; 3) свойственные только части профиля, границы которой не совпадают с основными генетическими горизонтами. Все эти признаки далее могут быть объединены в две другие группы - горизонтные (окраска) и внегоризонтые (трещиноватость). Связано это с тем, что почвообразование складывается из нескольких независимых процессов, каждый из которых дает свой собственный профиль распределения веществ в почве по ее глубине; при этом горизонты, сформированные одними процессами, могут не совпадать с другими горизонтами, сформированными иными процессами, например гумусо-аккумулятивные и карбонатно-аккумулятивные горизонты. Это приводит к тому, что в одной и той же почве обычно сочетаются разные профили распределения для разных групп веществ. Например, в дерново-подзолистой почве имеет место сочетание аккумулятивного профиля гумуса, элювиально-иллювиального профиля глинистых минералов, элювиального профиля щелочных металлов.

Выделяются следующие генетические формы почвенных профилей:

Недифференцированный (примитивный) профиль, характеризующий первые стадии почвообразования либо почвы на песках; в профиле наделяются лишь горизонты А и С, либо он может иметь зачатки иных горизонтов, с трудом выделяемых в материнской породе.

Изогумусовый профиль, имеющий сильно выраженную с поверхности аккумуляцию гумуса при постепенном падении его содержания с глубиной и возможную дифференциацию по водорастворимым солям, гипсу, карбонатам, но не имеющий дифференциации по более стабильным компонентам (глинистые минералы, первичные минералы); гумусовый горизонт отличается большой мощностью.

Метаморфический профиль слабо или сильно дифференцирован по глубине и характеризуется процессом оглинивания во всем профиле или в какой-то его части без элювиально-иллювиального перераспределения веществ, особенно глинистого материала.

Эллювиально-иллювиально-дифференцированный профиль (текстурно- дифференцированный профиль) - профиль почв с четко выраженными элювиальными и соответствующими им иллювиальными горизонтами.

Гидрогенно-дифференцированный профиль, сформировавшийся под влиянием гидрогенной аккумуляции веществ в условиях гидроморфизма и характеризующийся их аккумуляцией в определенной части; обычно это аккумуляция солей, гипса, карбоната кальция, гидроксидов железа.

Криогенно-дифференцированный профиль, фактором дифференциации служит присутствующая на некоторой глубине многолетняя льдистая мерзлота.

Антропогенно-дифференцированный профиль создается человеком, например при плантажной вспашке, рекультивации нарушенных земель, трансплантации почв на каменистых склонах, кольматировании понижений рельефа и их последующем дренировании.

Характер перехода между почвенными горизонтами в профиле имеет диагностическое значение и может служить критерием интенсивности почвообразования, его направления и даже возраста. При этом необходимо обратить внимание как на форму границ между горизонтами, так и на их выраженность в профиле.

По своей форме граница между двумя горизонтами может быть ровной, волнистой, карманной, языковатой, затечной, размытой, пильчатой, полисадной. По степени выраженности границ переход между горизонтами может быть резким, ясным, заметным или постепенным.

Цвет почвы

Горизонты в пределах почвенного профиля различаются между собой по окраске, изменения которой отражают изменения состава почвы и других ее свойств, поскольку окраска почвы зависит от ее химического и минералогического состава.

Окраска почвы частично наследуется от почвообразующей породы, особенно в нижних горизонтах, но в основном является результатом почвообразования.

Черная   (темно-серая,   темно-бурая)   окраска   почвы   обычно                        связана с содержанием в ней гумуса, чем больше гумуса в почве, тем она темнее окрашена. Однако это правило действует только в пределах конкретных типов почв. Во-первых, не всякий гумус придает почве черную окраску. Он может быть светло-окрашенным, как в некоторых тундровых, лесных или пустынных почвах: горизонт А дерново-подзолистой почвы имеет светло-серую окраску, а южного чернозема - черную при одном и том же содержании гумуса около 3,5 %. Черная окраска появляется в том случае, если в почве накапливается гуматный гумус. Фульватный гумус дает светлую окраску почв (серую, бурую, желтоватую). Особенно интенсивный черный цвет имеют почвы с монтмориллонитовым составом глинистой фракции. Если в почве много монтмориллонитовых глин, то черная окраска может быть и при малом содержании гумуса вследствие образования особых гумусо-глинистых комплексов.

Наряду с гумусом черную окраску имеют такие компоненты почв, как сульфиды, гидрооксиды железа и марганца, темные первичные минералы, древесный и каменный уголь.

Белая окраска и светлые тона других окрасок вызваны в почве присутствием кварца, каолинита, извести, водорастворимых солей, гипса.

Светлую окрасу предают почве первичные минералы, например полевые шпаты.

Красная окраска обусловлена накоплением в почве оксидов железа. Чем более дренирована, т.е. чем более окислена и менее гидратирована богатая оксид€ами железа почва, тем более яркую окраску она имеет.

Желтая окраска определяется наличная гидрооксидов железа, прежде всего лимонита. Яркую соломенно-желтую окраску дает ярозит-сульфат железа в осушенных почвах.

Бурую окраску имеют почвы с высоким содержанием иллита, слюдистых минералов, смеси гидратированных оксидов железа.

Пурпурную и фиолетовую окраску почвам придают оксиды марганца.

Синеватые, голубоватые, зеленоватые, оливковые, сизые тона окраски связаны с наличием в почве соединений железа в условиях избыточного увлажнения.

Описанные окраски редко существуют в почвах в чистом виде, значительно чаще - в виде переходных или смешанных окрасок, что отражает соответствующие соотношения компонентов в составе почвенной массы. Это смешение исследовано С.А. Захаровым в 1927 г., который пришел к заключению, что все разнообразие окрасок почв образуется при смешении в разных пропорциях трех компонентов: Fе2О3 (красный цвет); СаСО3 (белый цвет) и гумуса (черный цвет).

Необходимо иметь в виду, что красящие компоненты почвы – это пленки каких-то веществ, обволакивающие зерна первичных минералов. Снятие железистых или гумусовых пленок, например, в природном процессе отбеливания приводит к осветлению почвенной массы, которая становится белесой вследствие преобладания кварцевых зерен.

Окраска почвы в сильной степени зависит от ее увлажнения (влажная почва всегда темнее, чем сухая), степени агрегированности. Обычно окраска внутренних частей структурных отдельностей почвы существенно отличается от окраски их поверхностных слоев, отражая соответствующие различия в составе и строении почвенной массы.

Структурность почв

Каждый почвенный горизонт имеет определенную структуру, т.е. состоит из структурных отдельностей (агрегатов, комков, педов) того или иного размера, формы, той или иной прочности и какого-то количества внеструктурной (апедальной) массы. Выделяются три группы структурных отдельностей в почвах (мм):

микроагрегаты .............. 0,25

мезоагрегаты ................ 0,25-7 (10)

макроагрегаты............... 7 (10)

Согласно Н.А. Качинскому, почвенная структура - это совокупность агрегатов различной величины, формы порозности, механической прочности и водопрочности, характерных для каждой почвы и ее горизонтов. При этом под агрегатами понимается совокупность механических элементов или элементарных почвенных частиц, взаимно удерживающихся в силу коагуляции коллоидов, склеивания, слипания, остаточных валентностей и водородных связей, адсорбционных и капиллярных явлений в жидкой фазе, а также с помощью корневых тяжей, гифов грибов и слизи микроорганизмов.

Учение о почвенной структуре создано трудами П.А. Костычева, В.Р. Вильямса, А.Г. Дояренко, И. Пигулевского, Н.А.Качинского, П.В. Вершинина, Л.Д. Бэвера, И.Н. Антипова-Каратаева; морфологией почвенной структуры специально занимались С.А. Захаров, С.С. Никифоров, Ф. Дюшофур, В.

Кубиена, Р. Брюэр, Ё. Мюккенхаузен, И. Либерот.

Надо заметить, что с агрофизической и морфолого-генетической точек зрения почвенная структура - это разные понятия. С агрономической точки зрения структурной почвой называется лишь та, в которой преобладают мезоагрегаты - "агрономически ценные агрегаты"» т.е. отдельности размером от 0,25 до 7 (10) мм. Все иные почвы при этом считаются бесструктурными.

Соответственно введено представление о коэффициенте структурности почвы К:

К= а/с, где а — количество мезоагрегатов;

с - сумма макро- и микроагрегатов в почве.

Кроме того, с агрономической точки зрения различаются истинные и ложные агрегаты (псевдоагрегаты). Истинные агрегаты имеют большую пористость и водопрочность, а псевдоагрегаты малопористые, плотны и нестойки в воде либо, наоборот, абсолютно водостойки вследствие цементации.

С морфолого-генетической точки зрения структура почвы - это, прежде всего, форма физического проявления ее сложения, т.е. естественной организации твердых компонентов почвы и промежутков между ними. Структура почвы характеризует наличие и взаимное расположение в почвенном

теле агрегатов определенной формы и размеров. Если в почве имеются естественные агрегаты какой-то формы, она называется структурной. Если почва не распадается на естественные структурные отдельности, а имеет сыпучее состояние, как песок или пыль, то она называется бесструктурной раздельно-частичной; если же почва не распадается на агрегаты, а выламывается большими бесформенными массами, то она будет характеризоваться как бесструктурная массивная.

В почвах редко присутствуют агрегаты какого-то только одного размера, особенно в верхних горизонтах. Все почвы полиагрегатны. Речь может идти лишь о преобладании каких-то форм и размеров. Распределение структурных агрегатов в массе почвы в соответствии с их размерами (эффективными диаметрами) называется структурным составом почвы, который может быть определен простым ситовым анализом.

Форма и размеры структурных агрегатов почвы имеют диагностическое значение, а потому систематизированы определенным образом. В РФ принята классификация почвенной структуры, основы которой были заложены С.А. Захаровым, в которой выделяются три типа (по развитию осей), несколько родов (по форме) и видов (по размеру):

1.     Округло-кубовидная структура при более или менее равномерном развитии по трем осям, характерная для верхних гумусовых горизонтов почв; в пределах этого типа выделяется 7 родов структуры:

-    глыбистая - неправильная форма и неровная поверхность агрегатов, характерна для глеевых, слитых, выпаханных горизонтов, а также на переходе к горизонту С на рыхлых породах;

-      комковатая   -   округлая   форма   с   шероховатой              поверхностью     без выраженных ребер и граней, характерна для гумусовых и метаморфических горизонтов;

- пылеватая - мельчайшие микроагрегаты, форма которых неразличима невооруженным глазом, характерна для выпаханных и элювиальных горизонтов;

-    ореховатая - более или менее правильные острореберные агрегаты, напоминающие буровые орешки, характерна для верхней части иллювиального горизонта и метаморфических горизонтов;

-  зернистая - более или менее правильная форма с выраженными гранями и ребрами, напоминающая гречневую крупу, характерна для гумусовых горизонтов лугово-степных почв, особенно черноземов;

-     конкреционная - сплошное скопление рыхло располагающихся или частично сцементированных округлых конкреций, как в ортштейне, канкаре или латерите;

-    икряная - мелкие разные формы, но хорошо оформленные округлые агрегаты образуют сплошную массу.

2.   Призмовидная структура при выраженном развитии по вертикальной оси, характерная для иллювиальных горизонтов и суглинистых почвообразующих пород; выделяются три рода этой структуры:

-  столбовидная - правильной формы отдельности с хорошо выраженными вертикальными гранями, округлой "головкой" и неровным основанием, характерна для солонцовых и слитых горизонтов;

-  призмовидная - вертикально вытянутые отдельности слабо оформлены, с неровными скорлуповатыми гранями и острыми вершинами, округленными ребрами, характерна для нижней части иллювиальных горизонтов и суглинистых почвообразующих пород;

-   призматическая - грани и ребра вертикальных призм четко выражены, характерны для иллювиальных горизонтов.

3.     Плитовидная структура при развитии по горизонтальным осям, характерна для элювиальных горизонтов почв; выделяются два рода этой структуры;

-    плитчатая - при более или менее четко развитых горизонтальных поверхностях спайности;

-     чешуйчатая - при небольших, несколько изогнутых поверхностях спайности.

Во многих случаях почвы имеют смешанную структуру: комковато- зернистую, ореховато-комковатую, комковато-глыбистую, ореховато- призмовидную и т.п., что означает преобладание в том или ином горизонте структурных отдельностей разной формы и размеров.

Тип структуры определяется характером почвообразования, причем обычно имеет место закономерная смена структуры в почвенном профиле. Характерным примером в этом отношении может быть профиль дерново- подзолистой почвы, где в горизонте А структура комковатая, А2 -пластинчатая, В1 - ореховатая, а В2 - призматическая. Для черноземов характерна зернистая структура в горизонтах А и АВ и призматическая в В. Для солонцов характерна столбчатая структура горизонта В.

В образовании почвенной структуры различаются две стадии, обычно протекающие одновременно: во-первых механическое разделение почвенной массы на агрегаты того или иного размера и различной формы и, во-вторых, упрочение этих агрегатов и приобретение ими определенного внутреннего строения. В механическом разделении почвы на агрегаты главную роль играют противоположно направленные процессы увлажнения – иссушения, замерзания - оттаивания, нагревания – охлаждения, а также деятельность корневых систем растений и почвенной фауны.

Интенсивно оструктуриванию почвы способствуют корневые системы растений, особенно густые корни дерновинных злаков. Пронизывая почву во всех направлениях в пределах корнеобитаемого слоя, они разрыхляют ее, уплотняют образовавшиеся агрегаты, оставляют трубчатые ветвистые пустоты после отмирания и разложения. Аналогично действует и почвенная фауна, особенно дождевые черви. Корневая система травянистых растений - это главный фактор образования водопрочной комковатой или зернистой структуры гумусовых горизонтов почв.

Упрочнение структурных агрегатов и приобретение ими внутреннего строения связано с воздействием специфических частных почвенных процессов. При этом большую роль играют как физические явления слипания частиц между собой вследствие наличия поверхностных сил взаимодействия, так и цементация различными химическими соединениями, клеящими веществами и цементами.

В качестве структурных клеев или цементов в почвах обычно выступают гумус, глинистое вещество, гидроксиды железа и алюминия, карбонат кальция.

Гумус действует обычно в виде гуматов металлов: особенно устойчивую структуру дает гумат кальция. Гуматы натрия, обладая большой лиофильностью и подвижностью, пептизируют почвенную массу во влажном состоянии, способствуют высыханию, ее слитости и растрескиванию на грубые столбчатые отдельности. Гуматы железа и алюминия способствуют упрочению комковатой или ореховой структуры лесных почв, как и призматической структуры иллювиальных горизонтов. На первых стадиях агрегирования элементарных почвенных частиц большую клеящую роль могут иметь живые клетки населяющих почву микроорганизмов, а также продукты их метаболизма. Бактериальные клетки интенсивно адсорбируются почвенными частицами, образуя микроконгломераты, а наиболее мелкие минеральные частицы, наоборот, могут адсорбироваться на бактериальных клетках.

В зависимости от характера почвенных агрегатов, их формы и размера, а также от характера их упаковки в объеме почвы формируется почвенная порозность - весьма важное свойство почвы, определяющее ее плодородие.

 

Порозность почв

Поскольку любая почва всегда обладает определенной порозностью вследствие своей структурности, приходится различать два показателя плотности ее сложения:

-     плотность почвы - (объемный вес почвы, объемная масса почвы, кажущийся удельный вес почвы, удельный вес скелета почвы - все это устаревшие синонимы, употребляющиеся в литературе) - масса сухого вещества почвы (М) в единице ее объема ненарушенного естественного сложения (α), выраженная в г/см3.

-   плотность твердой фазы почвы (син.: удельный вес почвы) - средняя плотность почвенных частиц - масса сухого вещества почвы (М) в единице его истинного объема (α), т.е. в единице объема твердой фазы почвы, выраженная в г/см3.

Порозность почвы, а соответственно и ее плотность - величины динамичные и могут существенно меняться в зависимости от состояния почвы. В частности, сильное воздействие на эти параметры оказывают обработка почв (вспашка, культивация, прикатывание), орошение, проезд машин по поверхности. Динамичны они и в процессе почвообразования. Поэтому, говоря о плотности какой-то почвы, скажем 1,2 г/см3, имеют в виду либо ее значение в данный момент, либо некоторую равновесную плотность.

Общая порозность почвы складывается из порозности ее агрегатов и пор между агрегатами. Порозность отдельного агрегата (Рагр, %) определяется по формуле.

Поскольку вода и воздух в почвенных порах являются антагонистами (чем больше воды в почвенных порах при их неизменном объеме, тем меньше воздуха, и наоборот), важно знать соотношение пор, занятых водой и воздухом в тот или иной момент или в том или ином состоянии, которое определяется влажностью почвы.

Почвы довольно существенно различаются между собой по порозности; различна порозность почв ив разных горизонтах профиля.

В общем случае можно сказать, что чем больше в почвах органического вещества, чем лучше они оструктурены, тем выше их общая порозность, а следовательно, тем лучше их водно-физические и воздушно-физические свойства, определяющие плодородие. Однако существенные поправки в это положение может внести соотношение между внутри- и межагрегатной порозностью, крупными и тонкими порами. Важное значение имеет и реальная конфигурация почвенных пор, связанных с их происхождением в почвенной массе:

-    плоскопараллельные трещины (поры растрескивания, упаковки) - это крупные поры с относительно параллельными стенками, вытянутые в одном направлении, формирующиеся в результате сжатия (усадки) почвенной массы в процессах увлажнения - обсыхания, нагревания - охлаждения, замерзания -оттаивания, просадки. Они могут быть ориентированы вертикально, горизонтально, косо или образовывать сеть разной густоты; трещины составляют основной объем межаграрной порозности;

-   нерегулярные поры (поры растрескивания, упаковки) - вытянутые или компактные пустоты неопределенной формы, открытые или замкнутые, внутри агрегатов или между ними;

-     камерные поры (поры упаковки, выщелачивания, газовыделения) -

округлые относительно крупные поры внутри агрегатов;

- пузырьковые поры (поры вщелачивания, газовыделения) - округлые очень мелкие поры внутри агрегатов, имеющие форму сфер или эллипсоидов;

-     трубчатые поры (поры-ходы) - более или менее цилиндрические, вытянутые в одном направлении поры, простые или дендритовые, закрытые или открытые, ориентированные в разных направлениях.

Общая характеристика почвенных пор была дана Н.А. Качинским, который выделял: микропоры диаметром до 0,01 мм; тонкие капиллярные поры внутри комков диаметром более 0,01 мм, занятые водой и воздухом; средние поры в комках - ячейки, канальцы, которые при увлажнении наполняются водой, а после высыхания - воздухом;

-  капиллярные поры на стыке комков, большей частью заполненные водой в естественных условиях; крупные поры между комками: почти всегда

заполненные воздухом (в незатопленных почвах).

Стенки пор могут быть построены из различного почвенного материала: неизменной основы, зерен скелета, плазменного материала, (глинистое вещество, гумус гидроксиды и т.д.), солей осажденных из растворов на стенке в поре или выделенных в пору основой.

Обычно в каждом элементарном объеме почвы имеется комбинация пор

всех форм, размеров и генезиса, дающая в целом очень сложную суммарную характеристику общей порозности.

Новообразования и включения в почве

Под     новообразованиями     в     почвах     понимаются                     морфологически

оформленные выделения и скопления вещества в почвенном материале, отличающиеся от вмещающего их почвенного материала по составу и сложению и являющиеся следствием почвообразовательного процесса.

Новообразования могут находиться как внутри почвенных агрегатов (структурных отдельностей), так и на их поверхности или между ними в порах и трещинах.

Характеристика почвенных новообразований была разработана С.А. Захаровым (1930) и затем постепенно дополнялась. С одной стороны почвенные новообразования, включая их макро-, мезо- и микроформы,

классифицируются по составу, с другой - по форме. Были попытки классифицировать почвенные новообразования и по их происхождению.

Первую систематику макроформ почвенных новообразований дал С.А. Захаров (1930), разделивший их на две большие группы: химического и биологического происхождения. К первой группе им были отнесены налеты, выцветы, примазки, натеки, корочки, прожилки, трубочки, конкреции, стяжения, прослойки, состоящие из легкорастворимых содей, гипса, карбоната кальция, полуторных оксидов, соединений железа, кремнезема, гумусовых веществ. Ко второй группе он отнес червороины, копролиты, дендриты, кротовины, корневины.

Весьма полная морфологическая система почвенных новообразований, включая микроформы, была предложена Р. Брюэром (1964), который выделил следующие их виды:

Кутаны - изменения текстуры или сложения на природных поверхностях в почвенном материале вследствие концентрации каких-либо компонентов почвы либо модификации плазмы. По тем поверхностям, на которых они образованы, они делятся на кутаны зерен, агрегатов, каналов, поверхностей агрегатов и пор. По минералогическому составу они делятся на аргилланы - глинистые пленки; сескваны - пленки из полуторных оксидов; манганы - пленки оксидов марганца;

солюаны - налеты водорастворимых солей, карбоната кальция, гипса; силаны - кремнеземистые пленки; скелетаны - налеты из скелетных зерен; сложные кутаны, состоящие из комплекса различных соединений, например железогумусовые, глинисто-гумусовые. Генетически кутаны могут быть иллювиальными, диффузионными стрессовыми и комплексными. Четко слоистые, представленные слоистыми глинами струйчатого строения кутаны выделяются под названием стриан.

Педотубулы - новообразования, состоящие из почвенного материала и имеющие трубчатую внешнюю форму в виде простых или ветвящихся трубок с относительно резкими внешними границами. Среди них выделяются гранотубулы - зернистого сложения благодаря обилию зерен скелета; агротубулы - микроагрегатного сложения при равном участии скелета и плазмы; изотубулы - порфировидного сложения при равном участии скелета и

плазмы; стриотубулы - струйчатого сложения при равном участии скелета и плазмы; сложные педотубуды - обладающие порозностью и имеющие кутаны на поверхности или в порах.

По составу трубки могут быть органическими (корневины, червороины, корневые чехлики), полутораоксидными, кремниевыми, кальцитовыми, гипсовыми, солевыми.

По происхождению материала трубки делятся на: ортотубулы, состоящие

из материала вмещающего горизонта; метатубулы, состоящие из материала других горизонтов; паратубулы, состоящие из материала, инородного по отношению к материалу почвенного профиля.

Глобулы - новообразования округлой формы, отличающиеся концентрацией какого-то материала, строением вмещающего материала и отделяющиеся четкими границами. По своему строению они могут быть

недифференцированными, концентрическими, слоистыми, ориентированными и     пористыми. По составу глобулы могут быть полутораоксидными, марганцевыми, карбонатными, гипсовыми, кремневыми, глинистыми. По форме они классифицируются на желваки (модули) - плотные с недифференцированным внутренним строением, округлой неправильной формой и резкими границами; конкреции - с концентрическим строением

вокруг точечного центра; септарии - с нерегулярной серией радиальных и сферических трещин; педоды - пустотелые глобулы; глобулярные облака - диффузная аккумуляция материала вокруг точечного центра; папулы - слоисто- глинистые глобулы с резкими границами.

Кристаллярии - одиночные кристаллы или скопления кристаллов вне почвенной матрицы, по форме сопоставимые с теми порами, в которых они образуются. Они делятся на кристаллические трубки, кристаллические камеры,

кристаллические прослои и включенные кристаллы.

Субкутанные новообразования - различимые по текстуре, структуре и сложению от матрицы образования, имеющие вещественную связь с вмещающим материалом и образующиеся близ поверхностей агрегатов, но не непосредственно на поверхностях в отличие от кутан. Они делятся на неокутаны - аналогичные кутанам образования, возникающие в поверхностных

слоях агрегатов, но не натечные пленки, а уплотнения материала самого агрегата и квазикутаны - аналогичные неокутанам образования, но не непосредственно у поверхности.

Фекальные таблетки - экскременты почвенной фауны, копролиты, одиночные или сложные (кучками).

Новообразования в почвах - это всегда результат почвообразования, какого-то элементарного или общего почвенного процесса, характерный для

определенного типа почвы. Поэтому они имеют важное диагностическое значение. В соответствии с происхождением можно выделить следующие группы почвенных новообразований.

Эллювиальные новообразования - кремнеземистая присыпка, скелетаны, белесые пятна кремнезема.

Иллювиальные новообразования - известковые, марганцевые, железистые,

кремнеземистые, глинистые, гумусовые или сложные налеты, выцветы, примазки, натеки, корочки, прожилки, конкреции, стяжения, прослои самых разнообразных форм.

Гидрогенные новообразования - все новообразования легкорастворимых солей, ангидрита, гипса, извести, полуторных оксидов, кремнезема разной формы и строения, связанные в своем генезисе с грунтовыми водами, особенно внутрипочвенные коры и прослои.

Диффузионные (сегрегационные) новообразования - железистые конкреции и желваки.

Стрессовые новообразования - неокутаны и квазикутаны, сликкенсайды

(поверхности скольжения).

Метаморфические новообразования - пятна и глазки ярозита, глеевые пятна, фраджипэн, плинтит.

Прикорневые новообразования - прикорневые сидеритовые, известково- гипсовые или кремниевые конкреции, трубки разного состава, корневые чехлики, корневины, "глинистые корни".

Биогенные новообразования - червороины, кротовины, копролиты.

Унаследствованные новообразования – новообразования, которые сформировались в почвообразующей породе при ее образовании или отложении.

Реликтовые новообразования - новообразования древних стадий почвообразования, не связанные с современными почвенными процессами.

Почвенные новообразования весьма специфичны. Каждый тип почвы характеризуется своим особым набором и соотношением новообразований, их

специфическим положением в профиле, приуроченностью к определенным генетическим горизонтам. Имеет место и природная география, зональность, геохимическая провинциальность почвенных новообразований.

Включения в почве - это случайные органические или минеральные тела или предметы, генетически не связанные с почвенными процессами. Они группируются в четыре группы по своему происхождению.

Литоморфы - обломки камней, галька, валуны, случайно рассеянные в почве и являющиеся частью почвообразующей породы (угловатые, окатанные в разной степени).

Криоморфы - различные формы льда, связанные с сезонным или многолетним промерзанием почвы: конкреции, линзы, прожилки, прослои.

Антропоморфы - обломки кирпича, осколки стекла или фарфора, черепки, остатки захоронений, построек, металлические предметы и пр., связанные с

деятельностью человека.

Биоморфы - а) фитолиты (фитолитарии) и зоолиты - правильные кристаллы либо их обломки или сростки, представленные кварцем (кристобалит), оксалатом или карбонатом кальция, а также аморфные опаловые образования, сформированные в тканях растений или животных и после их отмирания попадающие в почву; б) кости животных, естественно

захороненные в почве; в) раковины моллюсков; г) захороненные остатки корней, стеблей, стволов растений; д) окремнелые, обызвесткованные, загипсованные или ожелезненные остатки растений — окаменелости.

Литератураосновная: 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Литературадополнительная: 11, 15, 17.