Модуль II СОСТАВ ПОЧВЫ ФАЗОВЫЙ ПО АГРЕГАТНОМУ СОСТОЯНИЮ

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ФАЗОВЫЙ ПО АГРЕГАТНОМУ СОСТОЯНИЮ Твердая фаза КОМПОНЕНТНЫЙ ПО ПРИЗНАКУ ЖИЗНИ Живое вещество Неорганическое вещество Жидкая фаза Газообразная фаза Биогенное Биокосное ПО ПРИСУТСТВИЮ УГЛЕРОДА Органическое вещество Косное ХИМИЧЕСКИЙ ПО АТОМНОЙ МАССЕ О Са Si Mg Др. ПОЧВА - СИСТЕМА МНОГОФАЗНАЯ МНОГОКОМПОНЕНТНАЯ ПОЛИЭЛЕМЕНТНАЯ

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ l ФАЗОВЫЙ (АГРЕГАТНЫЙ) СОСТАВ ПОЧВ l Все компоненты почвы находятся в трех агрегатных состояниях: l · твердом; l · жидком; l · газообразном. l Почва существует и функционирует в единстве своих фаз с живым веществом как единое природное тело - многофазная система.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА Твердая фаза почвы – l это ее каркас, матрица, пустоты которой заполнены водой, воздухом и живыми организмами (биостромой). l

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА Твердая фаза почвы l занимает от 20 до 70 % объема почвы: l – 1 – живые организмы, 2 – твердая фаза, 3 – жидкая фаза, 4 – газовая фаза

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА ПЛАЗМА СКЕЛЕТ < 0, 001 мм > 0, 001 мм

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА l Плазма (<0, 001 мм) - тонкодисперсная часть почвы (или коллоиды) представлена: 1. вторичными минералами; 2. сгустками гумусовых веществ; 3. телами мелких бактерий, грибов, клеточных оболочек и корневых окончаний живых корешков растений.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА Специфическими особенностями коллоидов являются: 1. Наличие свободной поверхностной энергии 2. Грандиозная суммарная поверхность

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА 1. НАЛИЧИЕ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭНЕРГИИ СТРОЕНИЕ КОЛЛОИДНОЦ ЧАСТИЦЫ

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА 2. ГРАНДИОЗНАЯ СУММАРНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ Длина ребра, см Число кубиков Общая поверхность l граней, см 2 1 1 6 0, 1 103 60 0, 01 106 600 0, 001 109 6 000 0, 0001 1021 60 000

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА l У коллоидов выражена способность: 1. поглощать (адсорбировать) ионы и молекулы 2. обмениваться поглощенными ионами и молекулами окружающей средой

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА Общее количество всех поглощенных (обменных) катионов в почве - емкость катионного обмена (ЕКО) или емкость поглощения. l Емкость катионного обмена (мг-экв. /100 г почвы) в почвенных компонентах отличается в сотни раз: l · каолинит 3 - 20 l · монтмориллонит 60 - 150 l · гумус 100 - 200 l · гуминовые кислоты 350 - 500 l · фульвокислоты 800 – 120 l ЕКО различных почв неодинакова и зависит от: l · содержания гумуса в почве; l · состав а гумуса; l · минералогического состава; l · содержания коллоидной фракции (гранулометрического состава почв). l

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА l l Коллоиды в почве могут находиться в различном физическом состоянии: золь – разобщенные коллоиды, усиливают степень дисперсности, находятся в высокоподвижном состоянии; l гель – осадок, соединенные между собой коллоидные частицы, которые уменьшают степень дисперсности в результате склеивания и агрегирования.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА l ПЕПТИЗАЦИЯ ЗОЛЬ ГЕЛЬ КОАГУЛЯЦИЯ 1. Состав поглощенных катионов (Fe, А 1, Са, катионов (Nа, К, NH 4); Мg); 2. Подщелачивание 2. Подсушивание, почвенного раствора обезвоживание, быстрое воздействие отрицательных и положительных температур l

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА Роль l высокодисперсной части почвы исключительно велика: l 1. почва является активнейшей областью протекания процессов трансформации, обмена веществом, энергией и информацией в биосфере; 2. является вместилищем питательных веществ; 3. регулирует обмен и взаимодействие в системе почва - растение; 4. определяет многие свойства почвы: водные, физические (способностью к набуханию, связыванию жидкостей), тепловые, поглотительные, морфологические

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ТВЕРДАЯ ФАЗА Скелет - это опорная система, предохраняющая плазму от переуплотнения и разделяющая ее на отдельные потоки. Скелет относительно устойчив, трудно перемещается, плохо концентрируется и в основном представлен: l · первичными минералами; l · обломками горных пород. Значение скелета в почве: l · является источником для образования вторичных минералов плазмы; l · склеивается коллоидами в комки, агрегаты. Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим, минералогическим составом. l

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ЖИДКАЯ ФАЗА l Жидкая фаза – это свободная вода в почве, очень динамичная по составу и объему часть почвы, которая передвигается по почвенному профилю в разных направлениях.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ЖИДКАЯ ФАЗА l Вода - важный компонент почвы. l Содержание влаги в почве колеблется в очень широких пределах l Ø от десятков %, когда почвенная вода занимает практически все поры l Ø до единиц и долей %, когда почвенная влага в виде парообразной воды занимает ничтожно объем почвы.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ЖИДКАЯ ФАЗА l Источники воды в почве : · конденсационные пары; l · атмосферные осадки; l · грунтовые воды (поливные воды в орошаемых условиях ). l

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ЖИДКАЯ ФАЗА Категории воды в почве: l 1. Твердая вода – лед, имеет сезонный или многолетний l характер; l 2. Химически связанная (кристаллизационная) входит в состав кристаллической решетки минералов ( мирабилит); 3. Парообразная - водяной пар в почвенном воздухе, который содержится в крупных порах; l 4. Физически связанная (сорбированная) - слой l молекул воды. сорбированных на поверхности почвенных частиц. l l Эти категории воды не передвигаются в почве и недоступны растениям и составляют мертвый запас влаги.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ЖИДКАЯ ФАЗА l 5. Свободная вода в почве - это жидкость, которая передвигается по профилю почв вверх и вниз. l Она доступна растениям и , если ее недостаточно в почве, растения увядают. l СВОБОДНАЯ ВОДА l составляет l ЖИДКУЮ ФАЗУ l почвы

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ЖИДКАЯ ФАЗА СВОБОДНАЯ ВОДА (ЖИДКАЯ ФАЗА) Капиллярная вода (поры от 3 мкн до 8 мм) Гравитационная вода Перемещается под действием силы тяжести Подвешенная Просачивающаяся Подпертая Накапливающаяся

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ЖИДКАЯ ФАЗА l Свободная почвенная влага - всегда раствор, который принято называть почвенным раствором. l Состав почвенного раствора: l · органические вещества; l · минеральные вещества.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ЖИДКАЯ ФАЗА Географические закономерности формирования состава почвенного раствора КИСЛЫЕ р-ры Концентрация Низкая 80 -90 мг/л Преобладают: ФК, ионы Н, А 1, сульфаты Почвы Лесных Ландшафтов (подзолы, Красноземы, Желтоземы, Ферралитные) НЕЙТРАЛЬНЫЕ-ры Концентрация 1 -3 г/л Преобладают минеральные компоненты - карбонаты Са, Мg. Почвы: Степных Ландшафтов 9 черноземы, каштановые, Коричневые, Красно-коричневые ЩЕЛОЧНЫЕ-ры Концентрация Высокая 200 -300 г/л Преобладают Карбонаты, Хлориды, Сульфаты Na, К, Са, Мg и растворенное Органическое Вещество Почвы Пустынь и Полупустынь (серозмы, солончаки и др. )

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ ЖИДКАЯ ФАЗА l Значение почвенного раствора: l l l · источник воды для Ж. О. ; · источник питательных элементов для растений; · среда, в которой осуществляется передвижение элементов; · среда, в которой активно протекают химические реакции.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. ГАЗОВАЯ ФАЗА l Газовая фаза - почвенный воздух l Почвенный воздух ( 25 - 70 % от Y почвы ) состоит из смеси газов: lØ заполняет поровое пространство, свободное от воды lØ адсорбируется на поверхности твердых частиц lØ растворяется в почвенном растворе

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. ГАЗОВАЯ ФАЗА l Почвенные газы образуются в результате след. процессов: l Ø СО 2 - при разложении органических остатков; Ø СО 2 - при дыхании корней; Ø СО 2 - в результате жизнедеятельности микрорганизмов; Ø О 2 - выделяют анаэробы, но очень мало; Ø Н 2 О- при разрушении минералов микроорганизмами. l l l

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. ГАЗОВАЯ ФАЗА Атмосферный воздух Почвенный воздух NO 2 О 2 СО 2 Поскольку почва - пористое тело, то меду почвой и атмосферой постоянно происходит газообмен. Воздухообмен до глубины 1 м завершается за несколько часов, но поступивший воздух немедленно меняет свой количественный состав.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. ГАЗОВАЯ ФАЗА l Значение почвенного воздуха: l защитная функция в поддержании газового состава атмосферы; l перехватывает идущие из гдубины NН 4 и СН 4. l

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система ПОЧВА – ПОЛИКОМПОНЕНТНАЯ СИСТЕМА ОРГАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ БИОМАССА ОРГАНИЧЕСКИЕ ОСТАТКИ, ПРОДУКТЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТ И ГУМУС МИНЕРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ОБЛОМКИ ГОРНЫХ ПОРОД ПЕРВИЧНЫЕ МИНЕРАЛЫ ВТОРИЧНЫЕ МИНЕРАЛЫ

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система l Органическая часть почвы (органическое вещество) – это совокупность: l биомассы; продуктов жизнедеятельности, органических l остатков; l l гумуса

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система l Биомасса – количество живого вещества населяющих почву организмов, выраженное в единицах массы на единицу площади. На долю почвенной флоры и фауны приходится около 5% от общего количества органического вещества почвы, органические остатки составляют десятую часть, подавляющая часть представлена гумусом.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система Средний состав органической части почвы (составлено по Д. Шредеу, 1978 с дополнениями)

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система l Органическая часть почвы включает вещества, относящиеся по химическому составу и строению к различным классам соединений: – органические вещества индивидуальной (неспецифической) природы; – органические вещества специфической природы.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система Среди органических веществ индивидуальной природы выделяют следующие группы: азотсодержащие вещества (белки, аминокислоты); углеводы; липиды; ароматические соединения (лигнин, дубильные вещества). l l l органические вещества индивидуальной природы заметно отличаются по устойчивости к микробиологическому разложению и минерализуются в почвах с различной скоростью.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система l Органические вещества специфической природы: гуминовые кислоты; l фульвокислоты; l l гумин, или негидролизуемый остаток.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система l Первичные минералы: l l l составляют скелет (мелкоземную часть); перешли в скелет при разрушении и выветривании магматических, метаморфических, осадочных пород; сохранили свою индивидуальную основу (состав, строение, свойства); различаются по степени дисперсности (более 0, 001 мл); различаются по содержанию в различных почвообразующих породах.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система l Первичные минералы: В почвах распространены примерно 50 -60 минералов (1. 6 - 2. 0 % от общего количества магматических и метаморфических минералов). l В процессе выветривании и разрушения соотношение их изменяется в зависимости от устойчивости и прочности: l Устойчивость этих минералов к выветриванию неодинакова, возрастает в ряду: слюды – амфиболы и пироксены - полевые шпаты - кварц. l l Наиболее устойчивые минералы дробятся слабее и сохраняются в виде крупных частиц, менее прочные разрушаются быстрее и переходят в мелкие гранулометрические фракции.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система l Первичные минералы: слюды (мусковит, биотит) – источник калия для растений, выветриваются сравнительно быстро, образуя каолинит, гидрослюды; l амфиболы, пироксены (роговая обманка, авгит) – легко выветриваются, поэтому часто встречаются в молодых почвах, в древних исчезают. При выветривания – источник кальция, магния, натрия для растений; l полевые шпаты – относительно стойкие минералы, сосредоточены в основном в крупных фракциях; l кварц – один из наиболее распространенных минералов многих пород, очень прочный, инертный минерал, накапливается в крупных фракциях. l По химическому составу первичные порообразующие

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ Почва как органоминеральная система l l Первичные минералы: Роль первичных минералов в почве многообразна: основа для образования вторичных; l источник ряда важных элементов питания растений; l являются источником микроэлементов; l определяют многие свойства почвы, что обусловлено их долей участия в гранулометрическом составе (плотность, удельный вес – плотность твердой фазы, липкость, структура почвы и т. д. ). l

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ Почва как органоминеральная система l l Вторичные минералы 1. Глинистые минералы – монтмориллонит, гидрослюы, каолинит, смешаннослойные минералы) (определяют минералогический состав глин) – составляют основную долю вторичных минералов. 1. 1. Обладают такими свойствами как: l высокая дисперсность; l поглотительная способность; l

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ l Вторичные минералы l 1. Глинистые минералы: 1. 2. очень различны по составу и строению: – двухслойные – каолинит – наличие его в почве свидетельствует о бедности их кальцием и магнием, при увлажнении не набухает (наиболее часто в почвах влажного лесного холодного, особенно тропического и субтропического почвообразования), почвы бедны К и Мg;

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ Вторичные минералы: l 1. Глинистые минералы: 1. 2. очень различны по составу и строению: – трехслойные и четырехслойные обладают высокой емкостью поглощения монтмориллонит – образуется при щелочной реакции среды, характерен для почв аккумулятивных ландшафтов п/п и пустынь; хлорит – образуется при выветривании основных и ультраосновных пород, ЕКО больше, чем к каолинита. l

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ Почва как органоминеральная система l Вторичные минералы 2. минералы оксидов и гидрооксидов железа, алюминия, кремния, марганца l придают почвам хорошую оструктуренность, пленки на поверхности агрегатов делают их более влагоемкими; l минералы оксидов алюминия характерны для латеритов и красноземов, свидетели глубокого распада первичных минералов и диагностируют «древние» почвы; l способствуют поглощению анионов, l водные оксиды железа придают почвам бурые, темнобурые, коричневые, оранжевые и красные тона; l в почвах образуют конкреции, плиты, панцири. l

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ Вторичные минералы l 3. минералы воднорстворимых солей – в зависимости от т степепни увлажнения, температурного режима могут либо растворяться и переходить в почвенный раствор, повышая его концентрацию дот токсических величин для растений и микроорганизмов, либо выпадать в осадок при высыхании, становясь компонентом твердой фазы почвы: l Ш кальцит, арагонит (Са. CO 3), Ш сода (Na 2 COx 10 H 2 O), гипс (Ca. SO 4 x 2 H 2 O), мирабилит (Na 2 SO 4 x 10 H 2 О)), галит (Na. Cl), селитры (Na. NO 3, KNO 3), Ш Ш

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система l Гумусовые вещества обладают высокой реакционной способностью и активно взаимодействуют с минеральной частью почвы. По характеру взаимодействия выделяют 3 группы органоминеральных веществ: l 1. Простые соли гумусовых кислот; l l 2. Комплексные соли; l 3. Адсорбционные комплексы.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система l l l 1. Простые соли гумусовых кислот ( ГК, ФК+ щелочные и щелочноземельные элементы). В образовании гуматов и фульватов принимают участие: 1. зольные элементы растений, освобождающиеся при разложении, а также катионы , выделяемые живыми организмами в процессе жизнедеятельности; 2. соли почвенного раствора; 3. катионы диффузного слоя почвенных коллоидв, входящие в состав кристаллической решетки почвенных минералов.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система l l l 2. Комплексные соли – хелаты или внутрикомплексные соединения, в которых металл (Fe, А 1, Мg, Сu, Zn) заключен во внутреннюю сферу молекул. Хелатизация металлов - мощный фактор биохимического выветривания и извлечения ионов из кристаллической решетки минералов. В хелатах катион металла практически защищен от реакции осаждения. Хелаты фульвокислот очень подвижны и счпособствуют выносу Х. Э. из почв и ландшафтов; Хелаты гуминовых кислота, наоборот, неподвижны и предохраняют Х. Э. от выноса.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система 3. Адсорбционные комплексы- продукты взаимодействия гумусовых веществ с кристаллическими и аморфными минералами или продукты поглощения гумусовых веществ минералами : l алюмо-железогумусовые комплексы - минералорганические соединения; l глинисто - гумусовые соединения ( минеральная часть имеет огромную суммарную поверхность - взаимодействуя с обменными Са, Мg глинистых минералов гумус не связывается с кристаллической решеткой, а выпадает в осадок на ее поверхности - одна из форм закрепления гумуса на поверхности минералов). l

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ – Почва как органоминеральная система На прочность связи ГВ с минералами влияет: l гидротермическйи режим; l минералогический состав. l l l Способствует образованию устойчивых органоминеральных соединений^ процесс дегидратации; обогащение почв Са; минералами гр. монтмориллонита.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ Элемен ты Литосф ера Почва О 47, 20 49, 00 C 0, 10 2, 00 Si 27. 00 33, 0 S 0, 09 0, 085 Fl 8, 80 7, 13 Mn 0, 09 0, 085 Fe 5, 10 3, 80 P 0, 08 Ca 3, 60 1, 37 N 0, 01 0, 10 Na 2, 64 0, 63 Cu 0, 01 0, 002 K 2, 60 1, 36 Zn 0, 005 Mg 2, 10 0, 60 Co 0, 003 0, 0008 Ti 0, 60 0, 46 B 0, 0003 0, 001 H 0, 15 0. 04 -0, 2 Mo 0, 0003

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ l l l 1. В почве, как и в литосфере, преобладает кислород (50% массы всех элементов. 2. Второе место в почве и литосфере занимает кремний (> 25%), в почве его доля больше, чем в литосфере. Следующую по порядку содержания группу составляют алюминий и железо (10%). Еще меньшую долю (несколько процентов) составляют кальций, магний, натрий, калий. Все остальные элементы, исключая углерод, составляют менее одного процента. Наиболее существенными отличиями химического состава почв от состава литосферы - возрастание содержания углерода (в 20 раз) и содержания азота (в 10 раз) за счет биогенного поступления.

Модуль II. СОСТАВ ПОЧВЫ. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ В почве выделяют l 1. макроэлементы (О, Si, Al, Fe, Cа, Na, K, Mg, Ti, H, C, S, Mn, P ) -99, 73% l 2. микроэлементы и рассеянные элементы (0, 23%) l. Химический состав почв зависит от гранулометрического и минералогического состава. l Каждый отдельный химический элемент находится в почве в составе разнообразных органических и минеральных соединений. l Форма соединения элемента определяет его подвижность и доступность растениям. l