СВОЙСТВА ПОЧВ Почва характеризуется следующими свойствами

СВОЙСТВА ПОЧВ

Почва характеризуется следующими свойствами: • • • Гранулометрический состав, Органическое вещество, Химический состав, Поглотительная способность (почвенный поглощающий комплекс), Физические и физико-механические свойства, Водные свойства, Почвенный раствор, Воздушные свойства, Плодородие.

Гранулометрический состав почв • Классификация механических элементов, • Классификация почв по гранулометрическому составу, • Методы определения • Значение гранулометрического состава, • География гранулометрического состава почв.

Механические элементы почвы: • Наследуется от почвообразующей породы, • Представлены минералами и их агрегатами. • В процессе почвообразования наблюдается изменения гранулометрического состава за счет перераспределения механических элементов или возникновения новых.

Гранулометрические фракции почвы Фракция частиц – Крупнозем почвы: группа частиц близко • Камни - >3 мм размера, обладающих • Гравий – 3 -1 мм сходными свойствами Мелкозем почвы: • Песок – 1 -0, 05 мм • Пыль крупная – 0, 05 -0, 01 мм • Пыль мелкая – 0, 01 -0, 001 мм • Ил – <0, 001 мм

• Физическая глина (ил)– частицы размером < 0, 01 мм – частицы, проявляющие свойства глин. • Физический песок – частицы размером > 0, 01 мм - частицы, проявляющие свойства песка.

Физическая глина • Высокая влагоёмкость, • Плохая воздухо- и водопроницаемость, • Высокая поглотительная способность, • Высокая плотность, • Высокая коагуляционная способность, • Сложный химический состав. Физический песок • Низкая влагоёмкость, • Хорошая воздухо- и водопроницаемость, • Низкая поглотительная способность, • Низкая плотность, • Низкая коагуляционная способность. • Более простой химический состав.

Классификация почв по гранулометрическому составу Н. А. Качинского (краткая шкала) Содержание физической глины (частиц < ), %, в почвах Краткое название по степного типа гранулометрическому подзолистого типа почвообразования, составу почвообразования красноземы и желтоземы солонцов и солонцеватых Песок: 0 -10 0 -15 Супесь 10 -20 10 -15 Суглинок: 20 -50 20 -60 15 -40 Глина: 50 -80 и < 60 -85 и < 40 -65 и < Песчаные и супесчаные - легкие Глинист и суглинистые - тяжелые

Каменистость почвы (содержание частиц > 3 мм) • • < 0, 5 % - некаменистая почва, 0, 5 - 5 % - слабая каменистая, 5 – 10 % - среднекаменистая, > 10% - сильнокаменистая почва

Методы определения гранулометрического состава почв • Полевой (органолептический) – Сухой – Мокрый • Лабораторный – Метод просеивания – Метод «пипетки» по Н. А. Качинскому – Метод отмучивания по А. Н. Сабанину – Метод набухания

Седиментационный метод (Н. А. Качинского) и метод отмучивания (А. Н. Сабанина)

а - Элювий плотных осадочных или магматических пород б – озерные и речные пески и супеси

в – интенсивный вынос илистых частиц из верхних горизонтов г – образование илистых частиц в переходном горизонте

Значение гранулометрического состава • Определяет воздухо- и водопроницаемость; • Определяет способность удерживать воду; • Определяет количество доступных хим. эл. ; • Определяет поглотительную способность и буферность почв; • Определяет оструктуренность почвенных отдельностей; • Влияет на эрозию почв.

Органическое вещество почв • • Источники; Превращение и образование гумуса; Состав органического вещества; Значение и география органического вещества.

Источник орг. в-ва почвы - растения Количество орг. вещества зависит: • Количества поступающего в-ва; • Состава поступающего в-ва; • Процессов преобразования (разложения орг. в -ва). Значительная часть органического вещества в почве представлено гумусом

Основные вещества живых организмов Неорганические (ЗОЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) БЕЛКИ Органические УГЛЕВОДЫ АРЕНЫ ЛИПИДЫ

Объект Зольность Белки Углеводы Арены Липиды сахара Целлюлоза другие Танины и др. лигнин ХВОЯ 3 10 15 30 6 15 ЛИСТЬЯ 7 12 15 20 8 20 2 6 ЗЛАКИ 10 11 12 30 15 3 10 9 БОБОВЫЕ 8 25 25 20 8 3 6 5 Интенсивность разложения: хвоя < злаки < листья < бобовые

Соотношение гумуса и опада в различных ландшафтных зонах

Растительность природных зон Элемент в кол-ве более 50% Элемент в кол-ве более 20% Тундровая N Ca, K Таежная - N, Ca, K Широколиственных лесов Ca N, K Степная Si N, Ca, K Полукустарничковых пустынь Ca N, Na, Cl Влажных тропических лесов Si Ca, N, Fe+Al, K+Mg

Превращение органического вещества и образование гумуса Зависит от: температуры (тепло → быстрое разложение → мало гумуса); влажность (влажно → быстрое разложение → мало гумуса). Много гумуса – там, где есть зимние морозные сезоны или там, где есть сухие сезоны, когда прекращается микробиологическая активность

Трансформация органического вещества в почве Минерализация – распад органического вещества до конечных продуктов (воды, диоксида углерода, простых солей). (процесс обратный фотосинтезу) Гумификация – совокупность физикохимических и биохимических процессов трансформации продуктов разложения органических остатков в гумусовые вещества.

Состав органического вещества и его значение

Органическое Вещество почвы живое мертвое Неспецифические вещества Органические остатки Специфические Вещества (ГУМУС) белки МОР углеводы МОДЕР Арены и липиды МЮЛЬ

Мюль = ГУМУС Фульвокислоты гуминовые кислоты Черные (связаны с Ca) гумин Бурые (связаны с Fe)

• Гумин – гумусовые угли – неизвлекаемые из почвы гумусовые вещества, связанные с глинстым веществом. • Мало влияет на плодородие почвы.

Элементный состав гуминовых и фульвокислот, % Соединения С H O N Гуминовые кислоты 46 -62 3 -5 32 -38 3 -6 Фульвокислоты 36 -44 3 -5 45 -50 3 -4

Строение гуминовой кислоты

Строение фульвокислоты

Свойства гумусовых кислот Гуминовые кислоты Фульвокислоты • Растворяются в щелочах, • Не растворяются в оде и кислотах, • Легко создают соединения с важнейшими элементами питания, • Содержат больше углерода и азота • Малоподвижны, • Определяют плодородие почв, • Высокая поглотительная способность. • Растворяются в воде, щелочах и кислотах; • Очень подвижны – легко мигрируют, • Содержат меньше углерода и азота, • Создают соединения лишь с некоторыми элементами питания, • Ухудшают плодородие почв, • Меньшая поглотительная способность.

Географические закономерности распространения органического вещества (гумуса).

Состав гумуса различных почв ЕТР

Тип гумуса: ГК/ФК Гуматный >2 Фульватно-гуматный 1 -2 Гуматно-фульватный 1 -0, 5 фульватный < 0, 5

Отношение ГК/ФК в различных почвах ЕТР

Химический и минералогический состав почв

• Химический состав характеризует в основном ее минеральную часть. • Отражает состав твердой фазы почвы содержание Si. O 2, Fe 2 O 3, Al 2 O 3, Mn. O, Ca. O, Mg. O, Тi. O 2, Na 2 O, K 2 O, Р 2 O 5. • Показывает перераспределении элементов по профилю почв.

Элементный состав, % Элемент Сравнение среднего химического состава литосферы, почв и живых организмов Литосфера Почва Организмы О 47, 2 49 70 Si 27, 6 33 0, 15 А 1 8, 8 7, 13 0, 02 Fe 5, 1 3, 8 0, 02 Са 3, 6 1, 37 0, 5 Na 2, 64 0, 63 0, 02 К 2, 6 1, 36 0, 07 Mg 2, 1 0, 63 0, 2 Ti 0, 6 0, 46 0, 0008 Н 0, 15 5 10, 5 С 0, 1 2 18 S 0, 09 0, 085 0, 05 Mn 0, 09 0, 085 0, 007 Р 0, 08 0, 07 Cl 0, 045 0, 01 0, 04 N 0, 01 0, 3

Химические элементы в почвах • Кремний — определяется содержанием кварца и в меньшей степени первичных и вторичных силикатов и алюмосиликатов. • Содержание Si. O 2 - от 40 до 70 % в глинистых почвах и до 90 — 98 % в песчаных.

• Алюминий — обусловлен присутствием полевых шпатов, глинистых минералов и других богатых алюминием первичных минералов, например слюд, эпидотов. • В почве может содержаться и свободный глинозем в виде бёмита, гидраргилита в аморфной или кристаллической форме. • Валовое содержание Аl 2 O 3 в почвах обычно колеблется от 1 — 2 до 15 — 20 %, • В ферраллитных почвах тропиков и в почвах на бокситах может превышать 40 %. • Влияет на кислотность почвы – подкисляет.

• Железо — присутствует в почвах в виде магнетита, гематита, глауконита, роговых обманок, биотита, хлоритов, глинистых минералов, минералов группы оксидов железа. • Много в почвах и аморфных соединений Fe (гетит, гидрогетит и др. ). • Валовое содержание Fe 2 O 3 колеблется в очень широких пределах: от 0, 5 — 1 % в кварцево-песчаных почвах, • 3 — 5 % в почвах на лессах, • 8— 10 % на элювии плотных ферромагнезиальных пород, • 20 — 50% в ферраллитных почвах и латеритах тропиков.

Формы железа Валовое Fe Силикатное Свободное Окристаллизованное аморфное Подвижное Свызанн. с орг. в-вом

Соединения железа в почве представлены в следующих формах: • силикатное железо, входящее в состав железо кристаллических структур первичных минералов и вторичных (глинистых) минералов; • несиликатное (свободное) железо: окристаллизованное оксидов и гидрооксидов; аморфных соединений (железистых и гумусово-железистых); подвижных соединений (обменных и воднорастворимых). • Важный элемент питания растений.

• Кальций — содержание Са. О в бескарбонатных суглинистых почвах составляет 1 — 3 % и определяется присутствием глинистых минералов полевых шпатов и силикатов, а также гумусом и органическими остатками. Кальций содержится также в обломках карбонатных пород. • В почвах сухостепной и аридной зон в процессе почвообразования идет накопление вторичного кальцита или гипса. • Важный элемент питания растений.

• Магний — по содержанию близок к Са. О, что обусловлено присутствием монтмориллонита, хлорита. В крупных фракциях магний сосредоточен в обломках доломитов, роговых обманок, пироксенах. • Очень важен для синтеза хлорофила.

• Калий — содержание К 2 О в почвах составляет 2 — 3 %. Он присутствует в тонкодисперсных фракциях, особенно в гидрослюдах, а также в составе первичных минералов — биотита, мусковита, калиевых полевых шпатов. • Важный элемент питания растений.

• Натрий — содержание Na 2 О в почвах составляет около 1 — 3 %, преимущественно в натрийсодержащих полевых шпатах. • В аридных почвах натрий присутствует в основном в виде хлоридов. • Дефицита натрия в почвах, как правило, не наблюдается, но его избыток обусловливает неблаго-приятные физические свойства почв.

• Углерод, азот, фосфор — важнейшие органогенные элементы. • Углерод сосредоточен в гумусе, а также в органических остатках и карбонатах. • Азот также связан с гумусом и наряду с фосфором играет очень важную роль в плодородии почв. • В почвах, как правило, наблюдается дефицит фосфора, его валовое количество незначительно и в основном его содержат гумус и органические вещество

Формы химических элементов в почве Форма нахождения элемента в почве Носитель элемента Силикатные Первичные и вторичные силикаты Связанные с полуторными Оксиды и гидроксиды окислами Fe, Mn и Al Связанные с сульфатами и Минералы классов сульфаты и карбонатами карбонаты (в нейтральных и щелочных почвах) Связанные с органическим Почвенные гумус, веществом органические остатки, неспецифические органические соединения Сорбированные Поверхность крупных (поглощенные формы) органических молекул и тонкодисперсных частиц Водорастворимые Одиночные и комплексные ионы в почвенном растворе Степень мобилизации в процессе гипергенеза и почвообразования Доступность растениям Очень слабо Практически не доступны Слабо Мало доступны Средне доступны Средняя Средне доступны Высокая Легко доступны Очень высокая Очень легко доступны

• Материнская (почвообразующая) порода определяет минеральную часть почвы. • Минеральная часть – основа твердой фазы почвы. На нее приходится от 80 до 98% массы почвы в сухом состоянии.

• Почвообразующая порода – матрица на которой происходит образование почвы; – всегда представлена продуктами гипергенеза (корами выветривания) или продуктами их переотложения.

• Гипергенез (выветривание) – процесс преобразования горных пород и минералов на поверхности Земли под действием экзогенных факторов. • В рамках гипергенеза выделяют частные процессы: физические, химические и биохимические. • Выделяют 2 уровня гипергенеза: – Гипергенез почвообразующей породы – Гипергенез внутрипочвенный

В процессе гипергенеза химические элементы покидают кристалло-химическую структуру минералов почвообразующей породы и переходят в иные формы, связанные с разными фазами и компонентами почвы.

• За счет своих химических свойств различные элементы характеризуются различной степенью подвижности в зоне гипергенеза, т. е. вовлеченностью в геохимические и почвенно-геохимические процессы.

Миграционные ряды элементов в коре выветривания (по Б. Б. Полынову, 1947) Миграционные ряды элементов Состав ряда миграции Энергично выносимые Сl(Вr, I), S Легко выносимые Са, Na, Mg, К Подвижные Si (первичных силикатов), Р, Мn Инертные (слабо подвижные) Fe, Al Практически неподвижные Si. O 2 (кварца)

• Почвообразующей породой могут являться: – Грубообломочный элювий магматических, метаморфических и осадочных пород; – Верхние горизонты коры выветривания, преимущественно тяжелого гранулометрического состава – Продукты выветривания переотложенные различными экзогенными агентами (отличаются разным гранулометрическим составом) – покровные отложения.

Стадии выветривания • На первой стадии происходит физическая дезинтеграция породы, в результате чего образуются россыпи грубого обломочного материала обломочная кора выветривания. • Распространены в горах и предгорьях

• Большей подвижностью хлоридов и сульфатов и относительной устойчивостью соединений кальция обусловлено возникновение второй стадии — обызвесткованной коры выветривания. • Распространены в аридных областях

• На третьей стадии продукты выветривания утрачивают кремнекислоту (Si. O 2 ) силикатов вследствие их разрушения и перестройки с образованием глинистых минералов. • Кора выветривания этой стадии, обогащенная вторичными глинистыми алюмосиликатами, получила название сиаллитной. • Распространены в гумидных областях.

• На четвертой стадии продукты выветривания лишаются большей части кремнезема и слагаются почти исключительно гидроксидами железа и алюминия. Подобная кора выветривания носит название аллитной коры. • Распространена в жарких влажных областях.

1 — аллитный элювий; 2 — сиаллитная аккумуляция; 3 — карбонатная аккумуляция; 4 — хлоридно-сульфатная аккумуляция; 5 — отложения береговой зоны

Минералы почв и почвообразующих пород • Первичные минералы – наследуются от породы (кварц, амфиболы и пироксены, слюды, глины, карбонаты, сульфаты, оксиды, фосфаты и сульфиды) • Вторичные минералы образуются в процессе почвообразования (оксиды и гидрооксиды Fe, Al, Mn, глинистые минералы, карбонаты, сульфаты, хлориды)

Распространенные почвообразующие породы Аллювиальные (легкие) Озерные (легкие и тяжелые) Морские (легкие) Глинистые (коры выветривания) (тяжелые) Эоловые (легкие) Ледниковые (моренные, флювиогляциальные, покровные суглинки, лессы) - разные • Элювий коренных пород - легкие • • •

ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ.

Почвенный поглощающий комплекс • ППК - совокупность нерастворимых в воде органических, минеральных и органо -минеральных соединений, находящихся преимущественно в высокодисперсном состоянии и имеющих высокую реакционную и ионообменную способность.

• Реакция обмена между ионами почвенного раствора и ионами, удерживаемыми ППК, — наиболее характерная особенность ППК.

• Основа ППК: – Минеральные частицы (глины, нерастворимые соли, гидрооксиды) – Гумусовые вещества, представленные в виде гелей и комплексов гумусовых веществ с минералами.

• Коллоиды представляют собой наиболее дисперсную часть твердой фазы почвы. • Их размеры колеблются в пределах 0, 2 0, 001 мкм. • При размере менее 0, 1 - 0, 2 мкм резко возрастает адсорбционная емкость частиц благодаря быстрому росту их удельной поверхности.

• Коллоиды служат цементом для более крупных частиц и агрегатов, влияя на структуру почвы, от которой зависит ее водно-воздушный режим.

• Коллоиды образуются в процессе выветривания и почвообразования путем раздробления крупных частиц до коллоидных размеров, а также в результате соединения молекул и ионов до размеров коллоида. • Содержание коллоидов в почве различно — от 1. . . 2 до 30. . . 40 % от массы почвы. • В воде они образуют коллоидные растворы или системы, состоящие из дисперсной фазы (массы коллоидных частиц) и дисперсионной среды (почвенного раствора).

Коллоиды Минеральные Органические Органоминеральные

• К. К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв: – механическую; – физико-химическую ( обменную); – химическую – биологическую

МЕХАНИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ • Это свойство почвы как пористого тела задерживать в своей толще различные частицы, находящиеся в воде, фильтрующейся через почву

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ • Связана со способностью живых организмов, населяющих почву, поглощать различные соединения и элементы.

ФИЗИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ • Способность почвы изменять (увеличивать или уменьшать) концентрацию молекул различных веществ у поверхности соприкосновения тонкодисперсных частиц с почвенным раствором.

ХИМИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ (ХЕМОСОРБЦИЯ) • Образование труднорастворимых соединений при взаимодействии отдельных компонентов почвы с образованием новой твердой фазы.

• Из катионов, находящихся в почвах, чаще всего ТРУДНОРАСТВОРИМЫЕ соединения образуют катионы Са 2+, Mg 2+, Al 3+, Fe 3+, а среди анионов— СО 32 -, РО 4 -, SO 42 -.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ, ИЛИ ОБМЕННАЯ, ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ (ИОНООБМЕННАЯ СОРБЦИЯ) • Способность почвы обменивать ионы, находящиеся в компенсирующем слое коллоидов, на эквивалентное количество ионов почвенного раствора Na+, K+, NH 4+, Ca 2+, Mg 2+, Al 3+, H+

• В зависимости от степени поглощения почвой катионы образуют следующий ряд: Li+ < Na+ < NH 4+ < К+ < Rb+ < Cs+ < Mg 2+

Размер частиц, мм ЕКО, мг-экв/100 г почвы 0, 25. . . 0, 005. . . 0, 001 15 0, 001. . . 0, 00025 37, 2 < 0, 00025 69, 9

• Емкость катионного обмена различных компонентов почвы варьирует в широких пределах • Компонент • • • • Монтмориллонит Вермикулит Каолинит Галлуазит Хлорит Мусковит Иллит Аллофаны Цеолиты Гидроксиды Fe и Аl (р. Н 8) Альбит Биотит Гуминовые кислоты Фульфокислоты Гумус в целом ЕКО, мг • экв/100 г почвы * ' 80. . . 150 100. . . 150 3. . . 15 5. . . 50 10… 40 10. . . 50 10. . . 40 50. . . 100. . . 300 0, 5. . . 1, 0 1 3 500. . . 900 700. . . 1200 200. . . 300

Кислотность почвы • Обусловлена наличием в почвенном растворе водородных (Н+) и гидроксильных (ОН-) ионов и их соотношением. • Реакцию почвы характеризуют величиной р. Н, представляющей собой отрицательный логарифм активности ионов водорода. • При увеличении концентрации Н+ величина р. Н снижается, а когда концентрация Н+-ионов уменьшается, величина р. Н возрастает.

КИСЛОТНОСТЬ АКТУАЛЬНАЯ ОБМЕННАЯ H+ Переходит в водный раствор H+ Обменивается на Нейтральной соли (KCl, Na. Cl, NH 4 Cl) ГИДРОЛИТИЧЕСКАЯ H+ Вытесняется из ППК Na-уксуснокислым

• Органическое вещество, углекислый газ – увеличивает кислотность (p. H<7); • Ионы щелочных и щелочноземельных металлов – понижают кислотность (р. Н>7)

Почвенный раствор - представляет собой жидкую фазу почвы, содержащую растворенные соли, органические и органо-минеральные соединения, газы и коллоидные золи.

• В почвенном растворе вещества находятся в виде ионов, молекул или коллоидов. • Питание растений происходит через почвенный раствор.

• Катионы представлены Са 2+, Mg 2+, Na+, К+, NH 4, + Н+. • В сильнокислых почвах в почвенном растворе содержатся Al 3+, Fe 3+ и Мn 4+, в переувлажненных почвах — Fe 2+ и Мn 2+.

• Железо и алюминий, а также многие микроэлементы (Сu, Zn, Mn и др. ) в почвенных растворах находятся преимущественно в виде устойчивых комплексных соединений с органическими веществами. • Часть металлов представлена гидролизованными формами типа Ме(ОН)2 и Me (OH)2+.

• В верхней части профиля почвенные растворы обогащены органическим веществом, количество которого варьирует в пределах 100. . . 700 мг/л, а в лесных подстилках достигает 3. . . 4 г/л.

• Почвенные растворы имеющие кислую реакцию (р. Н 4. . . 5), содержат мало щелочных и щелочно-земельных металлов (2. . . 5 мг/л К+, 10. . . 30 мг/л Са 2+, 5. . . 10 мг/л Mg 2+), в них обязательно присутствуют кремний (10. . . 20 мг/л Si. O 2), железо (1. . . 10 мг/л Fe 2 O 3) и алюминий (5. . . 25 мг/л Аl 2 O 3) в подвижных формах.

• В почвах с нейтральной средой (около 7) содержится много Ca, Mg, K. • Из анионов преобладают карбонат-ионы (CO 3). Присутствуют сульфат-ионы (-SO 4).

• В почвах с щелочной средой (> 7) в растворе содержатся Mg, Na, сульфаты и хлориды

Почвенный воздух • Совокупность газов почвы. • Воздух почвы существенно отличается от атмосферного прежде всего меньшим содержанием кислорода (17— 20%) и большим — углекислого газа (0, 1— 1, 0%). • Обеспечивает дыхание растений, животных и микроорганизмов.

• Кислород - поступает в почву из атмосферного воздуха; содержание его может меняться в зависимости от свойств самой почвы (её рыхлости, влажности), от количества организмов, использующих кислород для дыхания и процессов метаболизма;

• Углекислый газ образуется в результате дыхания организмов почвы, то есть в результате окисления органических веществ;

• Метан и его гомологи (пропан, бутан), образуются в результате разложения более длинных углеводородных цепей;

• Азот - более вероятно образование азота в виде более сложных соединений (например, мочевины).

Вода в почве. Водный режим. • Категории и формы воды в почве: ВОДА Химически связанная Конституционная Кристаллизационная Свободная Твердая (лед) Газообразная (пар) Жидкая

Жидкая вода Физически связанная Свободная Гигро- Гравита- скопическая ционная Пленочная Капилярноподвеш. Капилярноподпертая

Типы водного режима • Мерзлотный тип, • Промывной тип (КУ > 1), • Периодически промывной тип (КУ = 1, при колебаниях от 1, 2 до 0, 8), • Непромывной тип (КУ < 1), • Выпотной тип (КУ < 1), • Застойный.

Промывной тип водного режима

Непромывной тип водного режима

Выпотной тип водного режима

Выпотной тип водного режима