Тепловой режим почвы это совокупность и определенная

Тепловой режим почвы – это совокупность и определенная последовательность явлений теплообмена в системе: приземный слой воздуха → растения → почва → подстилающая порода, а также совокупность процессов теплопереноса, теплоаккумуляции и теплорассеивания в самой почве.

Температура почвы — динамичная величина, она быстрее, чем другие параметры почвы, приходит в равновесие с окружающей средой.

День: тепловой поток направлен сверху вниз профиля; Ночь: снизу вверх вследствие активного излучения тепла поверхностью почв. С глубиной амплитуда колебания температур снижается → суточная динамика на глубине около 50 см практически полностью затухает.

Факторы, влияющие на суточный режим почв: погодные условия местности, влажность почв, гранулометрический состав почв, состояние поверхности, количество органического вещества, окраска. Затемненные растительностью почвы имеют менее выраженный суточный цикл температур, чем открытые участки.

Систематика тепловых режимов почвы Классы (группы) I Промерзающие Подклассы (типы) 1. Мерзлотные 2. Длительно-сезоннопромерзающие II Непромерзающие 3. Сезонно-промерзающие 4. Непромерзающие охлаждающиеся 5. Непромерзающие теплые 6. Непромерзающие жаркие

Мерзлотные почвы типичны для территорий с многолетней мерзлотой. Среднегодовая температура почв отрицательная, преобладает процесс охлаждения. Евроазиатская полярная и Восточно. Сибирская мерзлотно-таежные области.

Длительно-сезонно-промерзающие почвы - преобладает положительная среднегодовая температура профиля, длительность промерзания не менее 5 мес. Температура самого теплого месяца на глубине 0, 2 м от 10 до 25°С. Глубина промерзания более 1 м, но сезонное промерзание не смыкается с многолетнемерзлыми породами, если они присутствуют.

Сезонно-промерзающие почвы имеют положительную среднегодовую температуру. Длительность промерзания не более 2 мес. Подстилающие породы не мерзлые.

Непромерзающие почвы имеют положительные среднегодовые температуры по профилю, включая температуру самого холодного месяца. Промерзания нет. Местности теплой европейской фации умеренного пояса и области субтропических и тропических поясов.

Непромерзающие охлаждающиеся почвы имеют положительные температуры самого холодного месяца на глубине 0, 2 м, но не выше 5°С. Непромерзающие теплые почвы имеют на глубине 0, 2 м в самый холодный месяц от 5 до 20°С. Непромерзающие жаркие почвы имеют температуру на глубине 0, 2 м в течение всего года выше 20 градусов.

Морфологические свойства почв

Почва - это многофазное природное тело, вещество которого представлено следующими физическими фазами: твердая; жидкая, газовая и живое вещество. Твердая фаза почвы - это ее основа, матрица, формирующаяся в процессе почвообразования из материнской горной породы и в значительной степени унаследующая ее состав и свойства. Она состоит из остаточных минералов или обломков горной породы и вторичных продуктов почвообразования растительных остатков, продуктов их частичного разложения, гумуса, вторичных глинистых минералов, простых солей и оксидов элементов, освобожденных при выветривании породы.

Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, сложением, структурой.

Жидкая фаза почвы - это вода в почве, почвенный раствор, динамичная по объему и составу часть почвы, заполняющая ее поровое пространство. Газовая фаза почвы - это воздух, заполняющий в почве поры, свободные от воды, состав, которого существенно отличается от атмосферного и очень динамичен во времени. Живая фаза почвы - это населяющие ее организмы, непосредственно участвующие в процессе почвообразования. К ним относятся многочисленные микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли), представители почвенной микро- и мезофауны (простейшие, насекомые, черви и пр. ) и корневые системы растений.

Морфологическое строение почвы Почва - иерархическая природная система, состоящая из морфологических элементов разного уровня. Почвенный профиль - первый уровень морфологической организации почвы как природного тела, почвенный горизонт - второй.

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

Состав почвы - соотношение (массовое или объемное) компонентов почвенного материала, выражаемое в процентах его общей массы или объема, либо в долях единицы. Выделяют фазовый, агрегатный (структурный), микроагрегатный, гранулометрический, минералогический и химический состав почвы.

Почвенный профиль - определенная вертикальная последовательность генетических горизонтов в пределах почвенного индивидуума, специфическая для каждого типа почвообразования.

Почвенные горизонты 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 почв.

Поверхностные органогенные горизонты. Т - торфяный горизонт, формирующийся на поверхности в условиях постоянного избыточного увлажнения, но встречающийся иногда и в толще профиля при полициклическом почвообразовании, например - в поймах рек, и характеризующийся специфической консервацией органического вещества растительных остатков без превращения его в гумус или сгорания.

Торф по составу может быть: древесным, травяным (тростниковый, осоковый), моховым (зеленомошный, сфагновый), лиственным, лишайниковым, смешанным. Содержание органического вещества в торфе более 35% по массе (более 70% по объему): То - олиготрофный (верховой) торф (ныне ТО – олиготрофно-торфяный), Тт - эутрофный (низинный) торф (ныне ТЕ – эутрофноторфяный).

О (Ао или АО по старой системе) - лесная подстилка - маломощный (до 20 см) поверхностный слой разлагающегося органического вещества, частично перемешанного с минеральными компонентами (преимущественно механически). Содержит более 35% по массе органического вещества. АО (по новой кл. ) – грубогумусовый горизонт темнобурого или темно-коричневого цвета, состоящий из грубого органического материала.

Ad - дернина - органоминеральный гумусоаккумулятивный поверхностный горизонт почв, формирующийся под травянистой растительностью, особенно луговой, и состоящий по крайней мере на половину по объему из корней растений.

АТ - перегнойный горизонт (ныне Н) – гумусоаккумулятивный горизонт. Содержит от 15 до 35% по массе органического вещества, иловатый, черный, мажущийся, творожистой структуры или бесструктурный, постоянно или периодически насыщенный водой.

А - гумусовый горизонт - поверхностный или лежащий под горизонтами О и Ad, темноокрашенный (наиболее темный в профиле) гумусово-аккумулятивный горизонт. Содержит 15% по массе органического вещества. В нынешней классификации: AJ – светлогумусовый, светло-серый или палево-серый, содержание гумуса менее 4%. AY – серогумусовый или дерновый, серый или буроватосерый; содержит 4 -6% гумуса. AU – темногумусовый, темно-серый до черного с бурым оттенком, содержание гумуса превышает 6%.

Поверхностные неорганические горизонты. S - солевая корка - белая корка солей или обильные выцветы солей на поверхности почвы. В совр. классификации сюда относятся галоморфные горизонты, среди которых S – солончаковый, характеризуется наличием в верхнем слое почвенного профиля легкорастворимых солей – 1%.

Подповерхностные горизонты. Е - элювиальный горизонт - осветленный, обычно белесый (палево-белесый, серо-белесый, сизо-белесый, белый), располагающийся под каким-либо из органогенных горизонтов и подстилаемый обычно иллювиальным горизонтом.

В совр. классификации - EL; по происхождению может быть: подзолистый (кислотный гидролиз минералов и вынос продуктов разрушения), лессивированный или псевдоподзолистый (вынос пылеватых 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, а также от горизонтов Е, G, С, D. Горизонт В в почвоведении - это очень сложное и сборное понятие: с одной стороны, он включает иллювиальные процессы, среди которых выделяются: (глинисто-иллювиальные (Bt) – (BI), железисто-иллювиальные (Вf), гумусово-иллювиальные (Bh), солонцовые (Вnа), карбонатные (Вса), солевые (Bsa), гипсовые (Bcs)

С другой стороны - метаморфические процессы, образованные при трансформации минералогического состава на месте: сиаллитнометаморфический (Вm), ферраллитно-метаморфический (Вох). Иллювиальный горизонт называют обычно - текстурный BT, а метаморфический - BM. В случае неясного состава и генезиса символ В употребляется без дополнительного индекса.

G - глеевый горизонт - минеральный горизонт, формирующийся в условиях постоянного избыточного увлажнения, характеризующийся преобладанием тусклой голубоватой, сизой, оливковой окраски, иногда с ржавыми пятнами. Грунтовое оглеение подчеркивается снизу (G), а поверхностное - сверху (G). Глееватые горизонты имеют в дополнение к основному символу малый индекс g, например Ag, Bg, Cg, когда степень оглеения недостаточна для выделения самостоятельного глеевого горизонта.

Подпочвенные горизонты. С - материнская горная порода, а точнее горизонт, лежащий под любым из описанных выше почвенных горизонтов, сходный с ними литологически и не имеющий их признаков (предположительно материнская порода). D - подстилающая порода - рыхлая горная порода, лежащая под горизонтом С и отличающаяся от него в литологическом отношении. R (М) - плотная (массивно-кристаллическая) почвообразующая или подстилающая порода. ТТ – органогенная порода, представленная торфяной залежью.

В случае выделения в пределах генетического горизонта подгоризонтов они обозначаются по порядку сверху вниз дополнительными индексами, например В 1, В 2, В 3 и т. д. Переходные горизонты, обладающие свойствами как вышележащего, так и нижележащего, при постепенной смене одного другим обозначаются смешанными символами, например АЕ, АВ, ЕВ, ВС и т. п. Смешанные горизонты, включающие в себя морфологически оформленные участки вышележащего и нижележащего горизонтов, также получают комбинированные символы, но обозначаемые иначе: А/Е, А/В, Е/В, В/С и т. д.

Погребенные горизонты выделяются квадратными скобками [А]. В случае литологической смены в пределах почвенного профиля соответствующие слои обозначаются сверху вниз порядковыми римскими номерами, например IA, IIIВ, IIIC.

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

са - наличие карбонатов кальция, однако в совр. классификации помимо этого в зависимости от формы нахождения карбонатов индексы могут быть следующие: mc – карбонаты в виде прожилок и трубочек, lc – карбонаты в виде налетов на структурных отдельностях, nc – карбонаты в виде мучнистых скоплений округлой формы – белоглазка, bc – карбонаты диффузно рассеяны и образуют расплывчатые пятна, ic – натечные карбонаты мощностью до 10 мм;

cs -наличие гипса (в этом случае не отмечается наличия карбонатов); sa - присутствие легкорастворимых солей (в этом случае не отмечается наличие ни гипса, ни карбонатов); t - присутствие иллювиированной глины; h - наличие иллювиированного гумуса; nа (sn) - присутствие солоноватости; m (mk) - сиаллитная метаморфизация; наличие признаков аккумуляции железа и т. д.

Особым значком впереди символа обозначается наличие мерзлоты в почве: горизонта знак ┴ обозначает мерзлые водоупорные цементированные льдом горизонты (льдистая мерзлота); знак ↓ используется для обозначения неводоупорных мерзлых горизонтов (сухая мерзлота).

Указанная символика генетических горизонтов позволяет записывать строение почвенного профиля соответствующим образом, например: Дерново-подзолистая и серая почвы O-AY-EL-BT-C;

Типы строения почвенного профиля Выделяют несколько типов почвенного профиля, которые, связаны с определенными типами почвообразования, возрастом почв и их нарушенностью природными или техногенными педотурбациями.

Переходы между горизонтами Характер перехода между почвенными горизонтами - имеет диагностическое значение и служит критерием интенсивности почвообразования, его направления и даже возраста.

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

Границы между горизонтами в профиле обычно выделяются по ряду признаков: в первую очередь по окраске, изменения которой всегда отражают изменения состава почвы. по структуре, по сложению, по плотности, по характеру и обилию новообразований, по наличию тех или иных включений.

Постепенные переходы между горизонтами характерны для молодых слаборазвитых почв на рыхлых породах и для очень древних почв на мощных корах выветривания. Чем более дифференцирован профиль на генетические горизонты, тем более четко выражены переходы между ними.

Окраска почв Горизонты в пределах почвенного профиля различаются между собой обычно по окраске, изменения которой отражают изменения состава почвы и ряда других ее свойств, поскольку окраска почвы в первую очередь 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 специфического почвенного органического вещества. Чем больше гумуса в почве, тем она темнее окрашена. Однако это правило не является абсолютным и действует только в пределах конкретных типов почв: не всякий гумус придает почве черную окраску - он может быть светлоокрашенным, как в некоторых тундровых, лесных или пустынных почвах

Белая окраска и соответственно светлые тона других окрасок вызваны в почве преимущественно присутствием в ее составе таких компонентов, как кварц, каолинит, известь, водорастворимые соли, гипс. Светлую окраску придают почве и некоторые первичные минералы, например полевые шпаты. Красная окраска обусловлена накоплением в почве оксидов железа, в основном в форме гематита. Чем более окислена и менее гидратирована богатая оксидами железа почва, тем более яркую красную окраску она имеет.

Желтая окраска определяется наличием гидроксидов железа, прежде всего лимонита. Яркую соломенно-желтую окраску дает ярозит - сульфат железа в осушенных маршевых почвах. Бурую окраску имеют почвы с высоким содержанием иллита, слюдистых минералов, гидратированных оксидов железа. Пурпурную и фиолетовую окраску почвам иногда придают оксиды марганца.

Синеватые, голубоватые, зеленоватые, оливковые, сизые тона окраски связаны с наличием в почве соединений железа (II) вследствие преобладания анаэробиозиса в условиях избыточного увлажнения. Описанные окраски редко существуют в почвах в чистом виде, значительно чаще - в виде переходных или смешанных окрасок, это смешение образуется при смешении в разных пропорциях трех компонентов: Fе 2 Оз*n. Н 2 О (красный цвет); Si 02, Аl 2 Оз, Са. СОз (белый цвет) и гумуса (черный цвет).

Окраска почвы в сильной степени зависит от ее увлажнения (влажная почва всегда темнее, чем сухая), степени агрегированности.

Новообразования в почве

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), 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.

Гранулометрический состав почв

Гранулометрический состав почвы – массовое соотношение (относительное содержание в процентах ) в ее составе твердых частиц разной крупности, выделяемых в пределах условных групп крупности (гранулометрических фракций).

Гранулометрический состав почв в значительной степени унаследован от соответствующих почвообразующих (материнских) горных пород и мало меняется в процессе почвообразования.

Классификация механических элементов почв Почва – смесь механических элементов различных размеров. На основе различий в водно-физических и химико-минералогических свойствах механические элементы сгруппированы в пределах определенных размерных интервалов гранулометрических фракций.

Классификация механических элементов почв (по Н. А. Качинскому)

«Легкие» почвы – почвы, в гранулометрическом составе которых преобладают крупные фракции. К легким относятся песчаные и супесчаные почвы. «Тяжелые» почвы характеризуются преобладанием в их составе тонких фракций, особенно ила. К тяжелым относятся тяжелосуглинистые и глинистые почвы.

Органическое вещество почв

Органическое вещество почв — это совокупность живой биомассы и органических остатков растений, животных, микроорганизмов, продуктов их метаболизма и специфических новообразованных органических веществ почвы — гумуса.

Источники почвенного гумуса Потенциальные источники органического вещества почв – все компоненты биоценоза, которые попадают на поверхность почв или в толщу почвенного профиля и участвуют в процессах почвообразования. Фитомасса – основной источник формирования органического вещества почв

Разложение органических остатков в почве Распад органического вещества — это процесс частичного или полного превращения сложноорганизованных структур и молекул в более простые, в том числе и в продукты полной минерализации (СО 2, NH 3, Н 2 О и др. ).

Распад органических компонентов включает механическое разрушение, биохимическую трансформацию и химические процессы.

Группы организмов, участвующие в трансформации органического вещества почв Бактерии разлагают почти все органические соединения. Разрушают с большой скоростью.

Актиномицеты – многочисленная группа почвенных микроорганизмов, активно участвующих в разложении органического вещества. Менее конкурентноспособны, чем бактерии и грибы, так как активны только при температуре 5— 10°С и влажности 91, 5— 99%. Основные трансформаторы органического вещества черноземов.

Грибы – обладают большим спектром ферментов для процессов трансформации органического вещества, однако разложение идет медленно. Расщепляют преимущественно ароматические соединения, лигнин и танины Грибы осуществляют и разложение гумуса.

Почвообитающие водоросли –участвуют в создании органического вещества почв. Основная масса водорослей обитает на поверхности или в самых верхних слоях почвы. Прижизненные выделения водорослей становятся пищей грибов и бактерий. Водоросли выделяют биологически активные вещества.

Почвенные беспозвоночные животные – разлагают органическое вещество путем физического раздробления и измельчения растительных остатков, делая их доступными для дальнейшего разрушения грибами и бактериями. Беспозвоночные животные разлагают химические компоненты растительных остатков благодаря широкому спектру ферментов в пищеварительном тракте, что ускоряет процесс трансформации органического вещества.

Позвоночные животные (2% от общей зоомассы) – продукты их метаболизма включены в биологический круговорот веществ. Как и беспозвоночные, оказывают воздействие на физические свойства почв и перемещение почвенной массы.

Почвенные ферменты Ферменты – структурированные белки, содержащие множество функциональных групп, осуществляющих катализ. Главное свойство – специфичность катализируемых ими реакций

§ § Источники почвенных ферментов: бактерии, актиномицеты, беспозвоночные животные растения. Почвенные ферменты участвуют в трансформации органических остатков, ускоряя течение химических реакций распада и синтеза органических веществ в миллионы раз.

Неспецифические органические вещества в почве Поступают в почву в процессе трансформации остатков растений, животных и микроорганизмов, а также при поступлении в почву продуктов их метаболизма. Составляют 10— 15% вещества почвы. от органического

Белки, углеводы, липиды, ароматические соединения, элементы зольные

Гумусообразование Гумификация — сложный биофизикохимический процесс трансформации промежуточных высокомолекулярных продуктов разложения органических остатков в класс специфических органических соединений — гумусовые кислоты.

Факторы, влияющие на скорость и характер гумификации: § количество и характер поступления растительных остатков, § химический состав растительных остатков, § режим влажности и аэрации, § реакция среды и восстановительные условия, окислительно-

§ интенсивность деятельности микробиологической и групповой состав микроорганизмов, § гранулометрический, минералогический и химический почвы. состав минеральной части

Основные типы гумификации органических остатков в почве: § фульватный (почвы с кислой реакцией среды), § гуматный (почвы с щелочной реакцией среды).

Специфические органические вещества в почве Гумусовые вещества (продукт гумификации) – специфическая гетерогенная полидисперсная система высокомолекулярных азотсодержащих ароматических соединений кислотной природы. Представлены гуминовыми кислотами, фульвокислотами и негидролизуемым остатком или гумином.

Органоминеральные соединения в почве Соединения – образующиеся в результате взаимодействия органических веществ с минеральной частью почвы. Выделяют 3 группы органоминеральных соединений

Гумусное состояние почв — совокупность морфологических признаков, общих запасов, свойств органического вещества и процессов его создания, трансформации и миграции в почвенном профиле.

Классификация почв по содержанию гумуса, в % безгумусные <1 очень низкогумусные 1 -2 низкогумусные 2 -4 среднегумусные 4 -6 высокогумусные 6 -10 очень высокогумусные 10 -15 перегнойные 15 -30 торфяные 30