Почвоведение — наука о почвах их строении составе

Почвоведение - наука о почвах, их строении, составе, свойствах, географическом распространении, закономерностях генезиса, развития, функционирования.

Физика почв (была летняя практика) 2011 Романов Олег Васильевич, к. б. н. , доцент Кафедры почвоведения и экологии почв Биолого-почвенного факультета Санкт-Петербургского государственного университета

Основная литература n n n Е. В. Шеин Курс физики почв. 2005. Изд-во Моск. унта. Шеин Е. В. , Умарова А. Б. Сборник задач по физике почв. 2006. Вадюнина А. Ф. , Корчагина З. А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. 1986. Агропромиздат. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв. 2001. Изд-во Моск. ун-та. Толковый словарь по физике почв. 2003. М. : ГЕОС.

Фундаментальные законы Закон сохранения массы и энергии. Общие правила, которые позволят точно соблюдать этот принцип: n 1) всегда указывать границы того пространства, в котором будут производиться расчёты; 2) всегда точно оговаривать период времени, для которого мы составляем баланс; 3) использовать одни и те же физические единицы (правило соблюдения размерностей).

Принципы изучения почвы как природного естественноисторического тела 1. Принцип масштабности. Все природные явления систематизированы по шкале размера, масштаба. Масштабы рассмотрения почвы по такой системе: n n n Глобальный Континентальный Региональный Водосборный (ландшафтный) Катенный Почвенного покрова (полипедон) Почвенный (педон) Почвенного горизонта Почвенной структуры Текстурный Молекулярный и ионный.

2. Принцип взаимосвязи структуры и функций. n 3. Принцип пространственной неоднородности физических свойств и процессов. n 4. Принцип взаимосвязи почвенных свойств и процессов.

Лекция 1. «Фазы почвы» 1. Предмет физики почв. Определения. 2. Фазы почвы и их количественные характеристики: § § § плотность твёрдой фазы; плотность и порозность почв; плотность агрегатов. Агрегатная и межагрегатная порозность. 3. Методы определения плотности твёрдой фазы, плотности почвы. 4. Использование величин плотности почвы. 5. Дифференциальная порозность почв.

Определение ПОЧВЫ (с физической точки зрения) ПОЧВА - это многофазная, гетерогенная дисперсная, структурированная система с определёнными верхней и нижней границами, обладающая свойствами аккумулировать, проводить, трансформировать и выделять вещества и энергию.

Фазы почвы, их соотношение

Твёрдая, жидкая и газообразная фазы почвы

«Фазы почвы» § § § Твёрдая фаза почвы и количественные характеристики: плотность твёрдой фазы; плотность и порозность почв. Плотность агрегатов. Агрегатная и межагрегатная порозность. Методы определения плотности твёрдой фазы, плотности почвы

Фазы почвы и их характеристики n Плотность твёрдой фазы почвы – масса единичного объёма твёрдой фазы почв [г/см 3]

Почва – полифазная система влажное состояние (НВ) воздушно-сухое состояние дерновый горизонт луговой почвы гумусовый горизонт чернозема солонцовый горизонт солонца твёрдая фаза жидкая фаза газовая фаза живая фаза объёмное соотношение между фазами в почве

Почва – полифазная система По массе в твёрдой фазе преобладают минеральные соединения (90 -99%): минералы, унаследованные от породы; минералы, появившиеся в профиле в результате трансформации унаследованных от породы минералов; минералы, новообразованные в профиле. Органическое вещество почвы.

Схема строения порового пространства почв, агрегатов и микроагрегатов

Плотность почвы – масса абсолютно-сухой единицы объёма почвы со всеми свойственными этому объему пустотами [г/см 3]: n

Порозность почв n Порозность - это отношение объёма пор почвы к объёму почвы [см 3/см 3, %]:

Другие выражения пор почвы n Коэффициент 3/см 3, [см % ]: пористости

V 0 m w Vw m s Vs внутриагрегатная порозность межагрегатная порозность Vпор. агр. Vмежагр. m , V s a

Порозность агрегатов, суммарная агрегатная и межагрегатная n Порозность суммарная агрегатная n Порозность межагрегатная

Типичные значения плотностей различных почв Почвенные объекты Пахотные горизонты минеральных почв: Суглинистые Песчаные Горизонты В и С Торф (верховой) плотность порозность твёрдой почвы, rb, агрегатов, почвы, e, 3 rа , г/см фазы см 3/см 3 г/см 3 почвы, rs, г/см 3 2. 60 2. 65 1. 40 0. 8 -1. 4 -1. 7 1. 5 -1. 8 0. 1 -0. 3 1. 2 -1. 8 1. 4 -1. 9 - 0. 69 -0. 46 -0. 35 0. 43 -0. 32 0. 93 -0. 79

Методы определения плотностей почвы, твёрдой фазы почвы, агрегатов

Определение плотности твёрдой фазы почвы (водный пикнометрический метод) 100 мл V 1 - объём пикнометра по массе воды m 2 навеска почвы + вода m 3 долитая вода + почва

Плотность почв определяют в естественных условиях цилиндром определенного объёма (Vt), вырезающего из почвы массу ненарушенной почвы, сушат (ms). Рассчитывают плотность почв

Вопрос: Как же определить плотность в трещиноватых или каменистых почвах?

Цилиндр с меткой Поверхность почвы пленка объем воды, V 2 Вынутая почва массой m

Плотность почвы и урожай

е ны сч а пе сты е ини сугл Урожай, относит. единицы Зависимость урожая от плотности почвы Оптимум для суглинков Оптимум для Песчаных почв г/см 3

Гранулометрический состав почв - относительное содержание в почве и породе механических элементов (фракций). n Гранулометрический состав почв и пород оказывает большое влияние на почвообразование и плодородие почв. n Гранулометрическим составом почвы определяются её физические и воднофизические свойства (пористость, влагоёмкость, водопроницаемость, водоподъёмная способность, структурность и др. ), а также воздушный и тепловой режимы.

Различиях в удельной поверхности частиц в зависимости от их размера

Классификация почвенных элементов для почв России по Н. А. Качинскому

Гранулометрические фракции (по Н. А. Качинскому)

Оценка гранулометрического состава: Из верхнего горизонта почв отобрать 50 -70 г. почвы, смочить водой до тестообразного состояния и ладонью раскатать шнур (колбаску). По тому, как скатывается шнур и сворачивается ли он в кольцо, судят о гранулометрическом составе почвы.

На электронных фото: частицы органического вещества присутствуют во всех тонких фракция; они отдельны и не окружены минеральными компонентами. Содержание частиц органических веществ уменьшается от пыли к коллоидам. silt clay colloid

Кумулятивные кривые гранулометрического и микроагрегатного составов

Оценки микроагрегированности Коэффициент дисперсности по Качинскому (Кд, %) где Им и Иг – содержание фракции ила (частицы <0. 001 мм) при микроагрегатном и гранулометрическом составах. Степень агрегированности по Бэйверу (Аг, %): где Пм и Пг – содержания фракций песка (частицы >0. 05 мм) при микроагрегатном и гранулометрическом анализах.

Анализы твёрдой фазы почвы Диаметр частиц, мм 10 5 0, 25 АГРЕГАТНЫЙ СОСТАВ: слабое механическое воздействие (сухое просеивание) ВОДОУСТОЙ: ЧИВОСТЬ АГРЕГАТОВ диспергация в воде (мокрое просеивание) увеличение разрушающего воздействия на почву МИКРОАГРЕГАТНЫЙ Воздействия: · химическое (слабый р-р пирофосфата. Na ; ) ·физическое (мягкое растирание). 0, 01 м а к р о ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ Воздействия: · химическое (конц. р-р ) пирофосфата Na; · физическое (интенсивное растирание). м и к р о

n В агрономическом отношении наиболее ценна зернистая и мелкокомковатая структура с размерами агрегатов от 1 до 5 мм. Очень важное качество почвенной структуры — её водопрочность, т. е. неразмываемость агрегатов водой.

Оценки агрегатов Агрономически ценные агрегаты 10 -0. 25 мм: n n n >60% - отличное агрегатное состояние 60 -40 - хорошее <40% - неудовлетворительное

Оценка водоустойчивости агрегатов по сумме агрегатов размерами >0. 25 мм (%): <30 - неудовлетворительная 30 -40 - удовлетворительная 40 -75 - хорошая >75 - избыточно высокая. Показатели агрегатного состава: средневзвешенный (СВД) Mi – весовая доля агрегатов со средним диаметром х, n – количество фракций.

Индекс стабильности структуры(по Хенину) (Henin S. et al, 1958) Обработки образца в 1. В воде; 2. Предварительно в спирте - для снижения содержания защемленного воздуха; 3. В бензине - для снижения агрегирующих свойств органического вещества.

СХЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ВОДОУСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВЕННЫХ АГРЕГАТОВ водоустойчивый агрегат гидрофобное вещество гидрофильное вещество разрушающийся в воде агрегат зона высокого расклинивающего давления гидрофильное вещество

ВАЖНЫЙ ВЫВОД: n Фундаментальные физические свойства, такие, как гранулометрический состав, плотность почвы, микро- и макроструктура, оказывают непосредственное влияние на урожай в виде создания оптимальных диапазонов содержания воды, воздуха, тепла в почве.

Формирование устойчивой агрегатной структуры n n n Коагуляционная гипотеза «Биологическая» В. Р. Вильямса Значение амфифильных свойств почвенного органического вещества

Хроматограммы гумусовых веществ из чернозема (а) и дерново-подзолистой почвы Увеличение гидрофобности

Схема образования водоустойчивого агрегата

Значение амфифильных органических веществ в формировании водоустойчивого агрегата «минеральная частица-(гидрофильная-гидрофобная)+ (гидрофобная-гидрофильная)-минеральная частица»

Спасибо за внимание!