120300 Курс лекций Почвоведение 2007

Суть гумификации и гумусообразования.

Поступающие в почву органические остатки подвергаются различным биохимическим и физиохимическим превращениям в результате которых большая часть органического вещества окисляется до конечных продуктов и простых солей, а меньшая, пройдя сложные превращений

-гумификация – включается в состав специфических гумусовых веществ в почве.

Различают групповой и фракционный состав гумуса. Под групповым составом понимается отложение гумусовых кислот, к фульвокислотами. В зависимости от этого различают следущие типы гумуса; гуматный (ГК/ФК>1.5%), фульватно-гуматный( ГК/ФК-1-1.5%), гуман- но-фульватный (ГК/ФК-0.5-1%) фульфатный(ГК/ФК<0.5%).Фракционным составом называется отношение отдельных фракций гуминовых кислот и фульвокислот, связанных с разной степенью точности с минеральной частью почвы.

Гумусовое состояния почв - это совокупность морфологических признаков, общих запасов, свойств органического вещества и процессов его создания, трансформации их в почвенном профили.

Гумус играет большую роль в почвообразовании. Гумусовые вещества

-промежуточные продукты разложения уже на первом этапе почвообразования, а именно биологическом выветривании минералов и разрушения горных пород играют большую роль. Гумус играет огромное

значение при формировании почвенного профиля. Наличие гумусового вещества оказывает влияния на свойство почв. В почве, где формируются гумусовый горизонт итого гуминовых кислот и гуматов кальция и потому почва имеет хорошее свойство, она сернистая. При преобладании фульвокислот почвы объединены некоторыми элементами питания, т.к. они вымываются вместе с фульвакислотами, образовании растворимых солей в нижние горизонты почв.

При сельскохозяйственном использовании почв с течением времени изменяется качественный состав гумуса, т.е. изменяется его количество и как следствие качество поэтому необходимо регулировать количество гумуса в профиле, при этом соблюдать равновесие между органической и минеральной частью почвы. Мероприятия по регулированию количества и состава гумуса относится:

1.Внешние органических удобрений.

2.Посев многолетних трав.

3.Защита почв от эрозии 4.Известкование кислых почв и гипсование солонцов, т.е. создание

в почве положительного гумусового баланса.

Баланс - это система показателей, которые характеризуют соотношение или равновесие в какихлибо постоянно изменяющихся явлений.

Баланс органических веществ пахотных почв (гумусовый баланс) состоит из двух стадий приход и расход.

11

Строение колоидной мицеллы.

В центре коллоидной мицеллы находится положительно заряженное ядро, вокруг отрицательно заряженные ионы.

Ядро и потенциал определяющий слой ионов называется гранулой Между раствором возникает электростатический потенциал, благо-

даря которому из раствора притягиваются ионы и образуют неподвижный слой компенсирующих ионов.

Гранула с компенсирующим слоем называется коллоидной частицей. Между коллоидной частицей и раствором опять образуется электростатический потенциал, благодаря которому притягивается еще ионы из раствора и образуется диффузный слой.

Частица с диффузным слоем образует коллоидную целую или колоидную мицеллу.

Большинство почвенных колойдов имеет отрицательный заряд. Благодаря знаком заряда коллоидные частицы активно взаимодействуют с водой т.е. гидротируются.

По отношению к воде коллоиды делятся на гидрофильные и гидрофобные.

Коллоиды в почвах находятся в двух состояниях:

1.Золя - колоидный раствор.

2.Геля - колоидный осадок.

Каогуляция - это переход коллоида из состояния золя в состояния геля. По коагулирующий способности катионы располагаются в следующий ряд:

катионы Li<K<Na<NH4<Md<Ca<Fe<Al анионы Cl<SO4<HJ4

Особый вид каогуляции называется тиксотропией. Это явление, при котором масса геля неотделяется от дисперсионной среды, а образует студень, который способен возвращаться в состояние золя, при механическом воздействии.

Пептизация-это переход от состояния геля в состояние золя. Роль коллоидов в почве.

Коллоиды могут склеивать механические элементы в агрегаты, тем самым способствуют более рыхлому сложению почв, увеличению влагоюмкости и улучшению всех режимов почв.

С коллоидами связано понятие поглотительной способности. Существует пять видов поглотительной способности:

1.Механическая-это свойство почвы, как пористого тела, задерживать твердые частицы крупнее пор.

13

2.Физическая - это изменение концентрации растворенного вещества на поверхности твердых частиц почвы.

3.Физико-химическая - это способность почвы обменивать некоторую часть катионов, содержащихся в твердой фазе почвы, на экви-

4.Химическая - это способность анионов растворенных солей давать с катионами нерастворимые соли, выпадающие в осадок. 5.Биологическая - это способность микроорганизмов и растений поглощать из почвенного раствора некоторые вещества.

Механический состав, а высокосодержание вторичных обуславливает тяжелый механический состав: глинистые.

Первичные преобладают над вторичными. Химический состав.

Химическим составом каждой почвы меняется в соответствии с непрерывностью процессов выветривания, почвообразования и производственной деятельностью человека.

О - кислород - самый распространенный элемент в почвах 49%, в породах 47%.

Si-кремний-33% входит в состав силиката, наиболее распространенное соединение в почве.SiО2-кварц, устойчив к выветриванию, поэтому находится в большом количестве в норме кремнезема и в виде соединений аморфных осадков SiO2*n*Н2О

Al-алюминий-7%может находится в форме первичных и вторичных минералов, органоминеральных комплексов кислотности почв. Fe-железо-4%необходим для жизнедеятельности растений, без него не образуется хлородоми. В почвах встречаются в составе первичных Минералов силикатов в виде гидроокиси и окисей простых солей,

органоминеральных соединениях и в поглощенном состоянии. N-азот-элемент характеризующий почвенное плодородие входит в

состав всех белковых веществ, содержится в нуклеиновых кислотах. Содержание азота для различных почв меняется от 0.08-0.5%, средние содержание 0.1%.Основная масса N сосредоточена в состав гумуса. Составляет 1/20-1/40гумуса. В свободном состояние азот не существует. Он доступен растением в форме NH4 и нитрат NO3.

Р-фосфор-0.09%. Входит в состав многих органических соединений, в том числе гумуса, органических остатков и минеральные части. В почвах Р представлен фосфатами кальция, магния, алюминия и железа.

S - сера - 0.08%. Входит в состав белковых веществ эфирных масел. Присутствует в почвах в составе органических соединений в форме сульфатов и сульфидов. В засоленных почвах содержание серы резко возрастает

К – калий – 1.37 – 2%. Отсутствует важные физиологические функции, потребляется растениями в больших количествах. Находится в почве в виде первичных и вторичных минералов, в простых солях, и в поглащеннном состоянии.

Необходимые элементы питания растений( Ca, Mg-1,37%). Mg входит в состав хлорофила. Са имеет большое значение в создание благоприятных условий для роста растений, физических, химических и биологических свойств почв. Находится в почве в обменнопоглащенном состояние, в форме простых солей. Недостаток Са в

14

почвах возмещает известкованием кислых почв СаCO3 и гипсованием солонцов СаSO4. В небольших количествах почвах содержится наиболее вредные и таксические, химические элементы: ртуть, свинец.

Гранулометрический состав (механический)

Почва - многофазная полусистема состоящая из четырех фаз: 1.Твердая 2.Жидкая 3. Газообразная 4.Живая.

Твердая фаза состоит из частиц различной величины, которые называется механическими элементами.

Они могут находится в почве в свободном или раздельном состоянии агрегатном состоянии. Относительное содержание в почве механических элементов находятся гранулометрическим составом. Количественное определение механических элементов называется механическим анализом. Группировка частиц по размером во фракции называется классификацией механических элементов.

Классификация по Качинскому механических элементов.

4.1Состав фракций.

1.Камни представлены обломками горных пород. Каменистость - отрицательное свойство.

Разделение почв по степени каменистости. Проводят по содержанию частиц больше 3 мм: не каменистые 0.5%, слабокаменистые 0.5 до 5%, среднекаменистые от 5 до 10%, сильнокаменистые 10%.

По типу каменистости бывают:

1.валунные

2.каменистые

3.щебенчатые

2.Гравий состоит из обломков первичных минералов. Неблагоприятные свойства:

1.провальная водопроницаемость

2.отсутствие водоподъемности

3.низкая влагоемкость

3.Песчаная фракция состоит из обломков первичных минералов прежде всего кварца и полевого шпата. Отрицательные свойства:

1.высокая водопроницаемость

2.не набухает

3.не пластична

15

Положительные свойства: обладает некоторой капиллярностью и влагоемкостью.

Частично пригодная для сельскохозяйственных использований. 4. Пыль крупная.

Свойства: неэластична слабо набухает

обладает высокой влажностью 5. Пыль средняя характерны содержанием среды, поэтому ее свой-

ство: пластичность и связности не удерживает влагу

обладает слабой водопроницаемостью.

6.Пыль мелкая состоит из первичных и вторичных минералов, способна к каогуляции и структурообразованию, обладает поглатительной способностью, содержит повышенное количество гумусовых веществ.

Неблагоприятные свойства: низкая водопроницаемость; большое количества недоступной влаги; способность к набуханию, усадки; плотное сложение. Вторичных минералов имеет большое значение при создании плодородия, обладает высокой поглотительной способностью, содержит много гумуса и элементов питания.

Относительное содержание в почве фракции механически элементов называется гранулометрическим или механическим составом.

В основу классификации П по гранулометрическому составу положено соотношение песка и физической глины.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО КАЧИНСКОМУ.

По классификации Качинского основное название П дается по содержанию ФГ и ФГ, а дополнительное с учетом преобладающей фракции.

Песчаной (1-0.05мм), пылевой(0.01-0.001) и иловатой (меньше 0.001) название преобладающей фракции становится на последние место. По механическому составу почвы могут быть легкие (песчаные) и тяжелые (глинистые).

Механизмом поглотительной способности почв является сорбацияэто поглощение ионов или молекул веществ, находящемся в почвенном растворе почвенными колоидами.

В состав обменных катионов практически всех почв находящих-

ся:Ca2+, Mg2+, Mn, Na+, K+, H+, NH+4, Fe3+, Al3+. Общее содержание

16

всех обменных катионов, кроме H и Al, называют обменных катионов.

В зависимости от наличия в составе почвенно-поглотительного комплекса ионов H и Al различают:

1.Почвы, насыщенные основаниями. Почвы, не содержащие H и Al. Они содержат только катионы.

2.Почвы не насыщенные основаниями. В этих почвах помимо водорода и алюминия содержится кальций, магний.

К(1.) относятся черноземы, каштановые почвы и солонцы.

К(2.) –дерно-подзолистые, серые лесные, т.е. кислые почвы. Суммарное количество обменных катионов называет емкостью по-

глощения катионов (Е) или емкостью катионного обмена (ЕКО). Поглатительная способность является одним из важнейших свойств почвыплодородия.

Кислотность и щелочность почв.

Характерным свойством почв является ее реакция. Она проявляется при взаимодействии почв с водой или растворами солей и определяется соотношением свободных ионов водорода и гидроксила в почвенном растворе (H+, OH-). Концентрация свободных ионов водорода выражается величиной рН и представляет собой отрицательный логарифм. Концентрации ионов водороде в растворе. Если реакция равна 7 (рН=7)

рН=7 – нейтральные почвы рН<7 – кислые почвы

рН>7 – щелочные (наличие соды)

Сильно кислая почва (кислотность (3-4), кислая (4-5), слабо- кислая(5.1-6.5), нейтральная (6.5-7.1), слабо-щелочная(7.2-7.5), щелочная(7.6-8.5), сильно-щелочная(8.5).

Кислая – дерно-подзолистые, подзолы. Слабощелочные – черноземы. Сильношелочные – солонцы и солоды.

Кислотность – это способность почвы подкислять воду и растворы нейтральных солей.

Актуальная кислотность – это кислотность почвенного раствора обусловленная Н, содержащимся в почвенном растворе преимущественно за счет угольной кислоты и ее солей.

Потенциальная кислотность – это способность почвы при взаимодействии с растворами солей проявлять себя как слабая кислота. Она имеет сложную форму и характерна для почв, обедненных основаниями.

Делятся:

1.Обменная кислотность.

2.Гидролитическая кислотность.

Обменная кислотность проявляется при обработке почвы нейтральной солью.

Гидролитическая кислотность (Нг) проявляется при обработке почвы гидролитической щелочной солью (уксусная кислота).

Степень насыщенности почв основаниями – количество обменных оснований, выраженных в % от емкости поглощения или ЕКО.

V=S/ЕКО *100%; V=S/S+Нг*100%.

17

По степени насыщенности основаниями решается вопрос о нуждаемости почвы в известковании.

Если V>70градусов – известковать не надо,V=50-70 % определяется величина обменной кислотности рН<4/5 – не надо известковать, рН>4.5 – известковать, V<50 градусов - надо известковать.

Дозу извести рассчитывают по величине гидролитической кислотности:

CaCO3=Нг*500*3000000/1000000000 (т/га)

Нг – гидролитическая кислотность.

500 – для нейтрализации 1метра на эквивалент водорода в кг почве надо ввести 500миллиграм извести.

3000000 – это масса 1 гектара почвы слоем 20 см при плотности сложения 1.5г/см3.

1000000000 – тонны извести в граммах.

Щелочность – это способность почвы подщелачивать воду растворами солей.

Актуальная щелочность – обуславливается наличием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей.

Потенциальная щелочность проявляется в почвах, содержащих поглащенный натрий. По натрию рассматривают дозу щелочности. Если натрий >15% определяется СаSO4.

СаSO4=0/086*Na*h*d. h- мощность слоя

d- плотность сложения

Буферность почвы – это способность почвы противостоять изменению реакций почвенного раствора. Мерой буферности служит количество м-экв кислоты или щелочи, необходимо для изменения величины рН в 100г почвы. Буферность зависит от гран состава от количества гумуса.

Чтобы изменить состав обменных катионов проводят химические мелиорации – известковании кислых почвы гипсование щелочных почв.

5.Водные свойства и водный режим почв.

1.Значение влаги в почвообразовании и жизни растений.

2.Формы почвенной влаги.

3.Водные свойства почв.

4.Водный режим почв и его типы.

5.Приемы регулирования водного режима.

Вода поступает в почву в виде: атмосферных осадков, грунтовых вод, при конденсации водяных паров из атмосферы и при орошении.

ВСибири выпадают 400мм осадков в год.

5.1Роль воды:

1.Играет важнейшую роль в процессе выветривания и почвообразования.

2.Благодаря перемещению влаги в почвенном толще формируются почвенный профиль.

Влажность выражается в % от массы почвы (весовая влажность) или

в% от объема почвы (объемная влажность).

От содержания воды в почве зависит интенсивность протекающих в

ней биологических, химических и физике – химических процессов;

18

перемещение веществ в почве; вводно-воздушный; питательный и тепловой режим; физико-химические свойства почвы.

Передвижение влаги по поверхности вызывает ряд отрицательных свойств:

1.Смыв почв.

2.Развитие почвенной эрозии.

Поступающая в почву влага подвержена воздействию сил различной природы, под действием которых она либо передвигается, либо задерживается в почвенной толще.

Такими силами является: 1.сорбционые, 2.осмотические, 3.гравитационные, 4. менисковые.

++ Сортированную воду подразделяют на

прочносвязанную и рыхлосвязанную, в зависимости от прочности удерживания воды сорбционными силами.

Прочносвязанная и гидроскопическая вода.

Вода, поглощенная почвой из парообразного состояния. Она удерживается почвой с большой силой порядка 1*109Па.

Максимальная гигроскопичность Предельное количество воды, которое может быть поглощено почвой при максимальной влажности воздуха близкой к 100% МГ или Г max.

Вода, удерживаемая почвой сорбционными силами сверх max гидроскопической влаги называется рыхлосвязанной или пленочной водой.

Сила, с которой удерживается пленочная вода, составляет вели-

чину (1-10)*105Па.

Вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной называется свободной. Она является доступной для растений и не связана с почвой силами тяжести. Свободная вода в почвах может находится в двух формах: капиллярной и гравитационной. Капиллярная вода удерживается в почвах в порах малого диаметра капилляра, под действием капиллярных или менисковых сил.

Проникновение воды через полупроницаемую перепонку в растворе называется осмосом.

Капиллярные или менисковые силы обуславливаются поверхностным натяжением воды. В сосудах малого диаметра искривление поверхности воды у стенок вызывает образование мениска, который имеет вогнутую форму.

19

Части почвенной воды обладающими одинаковыми свойствами называются категориями или формами почвенной влаги.

Разделяют 5 категорий:

1.твердая вода – неподвижная влага, лед.

2.химически-связанная вода, молекула воды, входящий в состав твердой фазы.

3.парообразная вода, содержащая в почвенном воздухе.

4.физически-связанная или сорбировання вода.

5.свободная вода

Водные свойства почв:

1.Водоудерживающая способность – это почвы удерживать то или иное количество влаги от спекания под действием силы тяжести. Зависит от гран состава, минералогического свойства, гумусированности, влажности и температуры воздуха.

2.Влагоемкость – способность почвы удерживать то или иное количество влаги. Зависит от механического свойства гумуса и структуры почв. В зависимости от сил, удерживающих влагу, влагоемкость может быть: а) Капиллярная – это количество воды, которое удерживается в капиллярно-подпертом состоянии на постоянном или временном упоре. б) Наименьшая-предельно-полевая влагоемкось – максимальное количество влаги, которое способна удерживать почву при промачивании сверху после стекания свободной гравитационной воды. в) Полная - наибольшее количество воды, которое может вместить почву, при полном заполнением пор водой.

3.Водопроницаемость – это способность почвы впитывать и пропускать через себя воду. Носит отрицательный характер. Считается: правильной, если почва пропускает через 1г больше 1000мл воды: излишне высокой от 500-100мл: хорошей 100-70мл: удовлетворительной 70-30мл: неудовлетворительной – меньше 30мл.

4.Водоподъемная способность - способность почвы поднимать влагу по капиллярам. В песках вода поднимается быстро на небольшую высоту от 50см до 1м. В тяжелых почвах вода поднимается медленно на большую высоту от 3-6м. В засоленных почвах вода поднимается быстро высоко, что приводит к образованию солонцов, солончаков, солодей.

Водный режим.

Совокупность всех процессов поступления воды в почву, ее состояние в почве и расходование из почвы называется водным режимом.

Количественное выражение водного режима называется водным балансом.

Общее выражение водного баланса: приходная статья, расходная статья:

Ог+Вгр+Впов=Еисп+Етр+Вп+Ви Ос (осадки) - сумма осадков за период наблюдения.

Вгр-влага, поступающая из грунтовых вод. Впов-поверхностный приток воды.

Еисп-количество влаги, испарившееся за период наблюдения. Етр-влага, расходуемая на транспирацию.

20