Почва и ее структура
Оглавление
Введение
Почва и ее структура
Гумус почв и
его свойства
Происхождение
и состав плодородного слоя почвы
Химический
состав почв
Физические свойства почв
Почвенные коллоиды
Заключение
Список
литературы
Введение
Почва - это поверхностный слой земной коры, который образуется и
развивается в результате взаимодействий, живых микроорганизмов, горных пород и
является самостоятельной экосистемой.
Важнейшим свойством почвы является плодородие почвы, т.е. способность
обеспечить рост и развитие растений. Это свойство представляет исключительную
ценность для жизни человека и других организмов. Почва является составной
частью биосферы и энергии в природе и поддерживает газовый состав атмосферы.
Почва и ее
структура
Почва - это слой вещества, лежащий поверх горных пород земной коры,
особое природное образование, играющее очень важную роль в наземных
экосистемах. Почва является связующим звеном между биотическим и абиотическим
факторами биогеоценоза.
В состав почвы входят четыре важнейших компонента:
минеральная основа (50-60 % от общего объёма)
органическое вещество (до 10 %)
воздух (15-25 %)
вода (25-35 %)
Почвы состоят из частиц различного размера, начиная от крупных валунов и
заканчивая мелким грунтом (частицы мельче 2 мм в диаметре) и коллоидными частицами
(< 1 мкм). Обычно частицы, составляющие почву, делят на глину (мельче 0,002
мм в диаметре), ил (0,002-0,02 мм), песок (0,02-2,0 мм) и гравий (больше 2 мм).
Механическая структура почвы имеет очень важное значение для сельского
хозяйства, определяет усилия, требуемые для обработки почвы, необходимое
количество поливов и т. п. Хорошие почвы содержат примерно одинаковое
количество песка и глины; они называются суглинками. Преобладание песка делает
почву более рассыпчатой и лёгкой для обработки; с другой стороны, в ней хуже
удерживается вода и питательные вещества. Глинистые почвы плохо дренируются,
являются сырыми и клейкими, но зато содержат много питательных веществ и не
выщелачиваются. Каменистость почвы (наличие крупных частиц) влияет на износ
сельскохозяйственных орудий.
В состав почвы входят песок и алеврит (формы кварца (кремнезёма) SiO2 с
добавками силикатов (Al4(SiO4)3, Fe4(SiO4)3, Fe2SiO4) и глинистых минералов
(кристаллические соединения силикатов и гидроксида алюминия).
Органические
вещества в почве образуются из остатков растений и животных. Важную роль в
процессе разложения играют сапрофиты. В результате образуется аморфная масса -
гумус - тёмно-коричневого или чёрного цвета. Химический состав гумуса - фенольные
соединения, карбоновые кислоты, эфиры жирных кислот. В почве частицы гумуса
прилипают к глине <http://nerud-m.ru/produktsiya/glina.html>, образуя
единый комплекс. Гумус улучшает свойства почвы, повышая ее способность
удерживать влагу и растворённые минеральные вещества. В болотистых почвах
образование гумуса идёт очень медленно. Органические остатки спрессовываются
здесь в торф.
Некоторые химические элементы (азот, фосфор, сера) в процессе разложения
переходят из органических соединений в неорганические. Происходит так
называемый процесс минерализации вещества.
Воздух и вода удерживаются в почве в промежутках между её частицами.
Часть воды просачивается сквозь почву, образуя грунтовые воды; остальная вода
остаётся в почве благодаря силам поверхностного натяжения либо адсорбируется на
поверхностях кристаллов кварца или глины.
Почва образуется из горной породы в результате выветривания и
деятельности живых организмов. Суточные температурные колебания приводят к
расширению и сжатию горных пород. Неравномерное расширение ведёт к их
постепенному разрушению. Вода, просачиваясь в трещины, при замерзании создаёт
огромное давление, что также способствует разрушению породы. Перемещаемые водой
и ветром частицы вызывают эрозию. Наконец, выветривание вызывается вымыванием
из горной породы различных химических веществ водой. Важным фактором,
определяющим образование почвы, является рельеф местности.
Единая международная классификация почв пока ещё не разработана. Почвы
одного типа обычно образуют широтные зоны, вытянутые вдоль областей с
одинаковым увлажнением и среднегодовой температурой. В горах чётко
прослеживается высотная зональность почв.
Почва образуется вследствие продолжительных процессов изменения
материнской породы и содержит как продукты выветривания этих пород, так и
продукты разложения живых организмов. Такое сочетание продуктов выветривания и
продуктов разложения образует сложнейший химический состав и большое
многообразие химических элементов, которые содержатся в почве. В состав почвы
входят практически все известные химические элементы, но особый интерес
представляют те из них, которые необходимы для питания растений.
Гумус почв и его свойства
В естественных условиях гумификация растительных остатков в почве
осуществляется не только микробами и дождевыми червями, но и многими другими
фитосапрофагами. Они создают мелкоземистость и рыхлость, влияют на физические
свойства и структуру, на химическиепроцессы, приводят к смешению химических
элементов, их аккумуляции и стабилизации в форме гумусовых веществ, определяющих
почвенное плодородие. Чем больше гумуса в почве, тем лучше водный, воздушный и
тепловой режимы плодородного слоя, тем лучше питание растений, тем активнее
идет образование нитратов и углекислоты, необходимых для фотосинтеза и фиксации
атмосферного азота свободноживущими в корнеобитаемом горизонте
микроорганизмами. Физико-химическое взаимодействие новообразованных гумусовых
кислот с минералами предохраняет их от быстрого вовлечения в биохимический
кругооборот и способствует закреплению гумуса в почве.
Органические вещества растительных остатков с помощью бактерий и червей
превращаются в гумусные кислоты и фульвокислоты. В растительных остатках
содержатся и так называемые зольные элементы - различные металлы, кремний и
т.д. Гумусные кислоты и фульвокислоты взаимодействуют с металлами и образуют
соли - гуматы и фульваты. Гуматы лития, калия, натрия растворимы, легко
вымываются водой. Они же представляют наиболее ценную часть гумуса, легко
доступную растениям. Гуматы кальция, магния, кремния и тяжелых металлов
нерастворимы и составляют ту часть гумуса, которую можно назвать консервами
почвенного плодородия. Они накапливались в черноземах весь послеледниковый
период. Эти гуматы способны растворяться под влиянием ферментов корневой
системы растений, но в количествах, удовлетворяющих только их потребность. Они
не подвержены гидролизу, но оказывают большое влияние на создание агрономически
ценной, связной, водопрочной и пористой структуры, не подверженной влиянию
эрозийных воздействий.
Особо следует подчеркнуть, что гуматы тяжелых металлов еще более
устойчивы к гидролизу ферментами корневой системы растений и практически не
усваиваются ими. Это есть главное экологическое свойство гумуса - связывание
тяжелых металлов в почве и предохранение всего живого на Земле от их
токсического воздействия, в том числе от тяжелых радионуклидов! Это защитное
свойство столь же важно для всего живого, как и защитное свойство озонового
слоя вокруг Земли. Чем больше гумуса в почве, тем ярче выражено такое буферное
свой-ство почв: пищевая и кормовая продукция, выращенная на высокогумусных
почвах, является экологически чистой.
Буферное свойство гумусных почв можно проиллюстрировать следующими
данными. По расчетам академика В. А. Ягодина (1990), при ежегодном сжигании в
мире 33 млрд т угля вместе с золой рассеивается до 220 тыс. т урана и 280 тыс.
т мышьяка (для сравнения: мировое производство этих двух металлов составляет
соответственно 30 и 40 тыс. т в год). Кроме того, металлургические предприятия
ежегодно выбрасы-вают на поверхность земли (с дымами) более 150 тыс. т меди,
120 тыс. т цинка, 90 тыс. т свинца, 30 т ртути, массу других металлов и многие
миллионы тонн серной, соляной, азотной, фосфорной и других кислот. С выхлопными
газами на поверхность почвы попадает более 250 тыс. т свинца. В процесс
техногенного загрязнения окружающей среды вносит свой "вклад" и
промышленность, производящая минеральные удобрения, в частности фосфорные (Р.
Е. Елсшев, А. Л. Иванов, М. Шахаджахан, 1991). В почву попадают при этом все
остальные элементы таблицы Д. И. Менделеева, включая кадмий, стронций, селен,
фтор и т.д. и т.п. Трудно себе представить массу этих и других элементов,
попавших в почву хотя бы за послевоенный период. Но вселенской катастрофы и
гибели живого не произошло, отмечались лишь локальные болезни лесов, озер, и
только в северных регионах Канады, Скандинавии, Сибири, где в почвах мало
гумуса. Регионы с большим содержанием гумуса в почве пострадали меньше, а в
странах, где производство гу-мусных удобрений освоено достаточно широко, быстро
произошло оздоровление почвы, животных и людей (США, Канада, Западная Европа,
Япония, страны Южной Азии и другие).
Гумус - это "хлеб для растений". В нем сосредоточено 98%
запасов почвенного азота, 60% фосфора, 80% калия и содержатся все другие минеральные
элементы питания растений в сбалансированном состоянии по природной технологии.
В инертном гумусе пахотного слоя заключено до 87,5% энергии.
Наиболее богаты гумусом черноземы, где богатая травянистая растительность
и активная деятельность микроорганизмов и дождевых червей способствуют
обильному образованию гумусовых веществ, а высокое содержание глинистых
минералов обеспечивает их закрепление в почве. Так формировался гумусовый фонд
почвы - итоговый результат длительных (десятилетия и столетия) и разнообразных
процессов разложения и консервации веществ растительного и микробного
происхождения.
Запасы гумуса в почвенном покрове земли распределены неравномерно: больше
всего его в черноземах луговых степей - от 400 до 700 т/га, меньше - в почвах
тундр и пустынь - всего 0,6...0,7 т/га.
Гумус не только участвует в снабжении растений азотом, фосфором, калием и
другими важными макро- и микроэлементами питания, неоспорима его роль и в
других важнейших процессах почвообразования и обеспечения плодородия почв, таких,
как предохранение почв от выветривания, создание их гранулярной структуры,
снабжение растений необходимой для фотосинтеза углекислотой, биологически
активными ростовыми веществами. Поэтому сохранение и преумножение запасов
гумуса - одна из первоочередных задач земледельцев.
Агрономическая ценность гумуса в значительной степени определяется
соотношением содержащихся в нем гуминовых кислот и фульвокислот. При
преимущественном синтезе гуминовых кислот в почвах формируется четко выраженный
гумусовый горизонт, обладающий высоким плодородием. Такие почвы характеризуются
водопрочной, водоемкой структурой и гидрофильностью, богаты органическими
формами азота, фосфора и других элементов питания растений.
При интенсивном образовании фульватного гумуса почвы легко обедняются
щелочными катионами и другими элементами, приобретают кислую реакцию среды,
обеструктуриваются. Повышение плодородия этих почв связано с длительным
окультуриванием и внесением больших доз биогумуса (до 100 т/га).
В гумусе сосредоточено огромное количество энергии. При расчете ее
теплотворная способность гумуса для всех типов почв условно принимается равной
4000 калорий на 1 г. Из изученных почв по энергетике гумуса резко выделяется
чернозем - 20000 калорий в призме сечением 1 см2 и мощностью до 300 см. Гумус
других типов почв характеризуется значительно меньшими запасами энергии -
4000...8000 калорий в том же объеме почвы. Если сравнить содержание энергии на
1 га земли, имеющем запас энергии в призме 4000 малых калорий, то общий ее
запас сопоставим с 50000 л бензина, а на черноземах - 250000 л.
Огромные запасы аккумулированной в гумусе энергии играют чрезвычайно
важную роль в самых разнообразных почвенных процессах;
Гумус - основной источник энергии для процессов превращения в почве
минеральных соединений, биосинтетических реакций, жизнедеятельности
микроорганизмов, роста и формирования растений и т.д. Черноземы, как было
отмечено, характеризуются преобладающей аккумуляцией энергии в гумусе (88%
суммы энергии в гумусе и растительном веществе), что хорошо согласуется с
выдающимся и устойчивым плодо¬родием черноземов.
Плодородие полей и огородов напрямую связано с количеством и качеством
гумуса в почвах. Наиболее богаты им черноземы. В знаменитых черноземах
Центрального и Северокавказского регионов содержалось 10...14% гумуса, а
мощность слоя чернозема - до 1 м.
Хорошо изучена важная роль гумусовых веществ как физиологически активных
соединений для растений. Высокогумусированные почвы отличаются более высоким
содержанием физиологически активных веществ. Гумус активизирует биохимические и
физиологические процессы, Повышает обмен веществ и общий энергетический уровень
процессов в растительном организме, способствует усиленному поступлению в него
элементов питания, что сопровождается повышением урожая и улучшением его
качества.
В литературе накоплен огромный экспериментальный материал, показывающий
тесную зависимость урожая от уровня гумусированности почв. Коэффициент
корреляции содержания гумуса в почве и урожая составляет 0,7...0,8 (данные
ВНИПТИОУ, 1989). Так, в исследованиях Белорусского научно-исследовательского
института почвоведения и агрохимии (БелНИИПА) увеличение количества гумуса в
дерново-подзолистых почвах на 1% (в пределах его изменения от 1,5 до 2,5...3%)
повышает урожайность зерна озимой ржи и ячменя на 10...15 ц/га. В колхозах и
совхозах Владимирской области при содержании гумуса в почве до 1% урожай
зерновых в период 1976-1980 гг. не превышал 10 ц/га, при 1,6...2% составлял 15
ц/га, 3,5...4% - 35 ц/га. В Кировской области прирост гумуса на 1% окупается
получением дополнительно 3...6 ц зерна, в Воронежской - 2 ц, в Краснодарском
крае - 3...4 ц/га.
Еще более существенна роль гумуса в увеличении отдачи при умелом
применении химических удобрений, эффективность его при этом увеличивается в
1,5...2 раза. Однако необходимо помнить, что химические удобрения, внесенные в
почву, вызывают усиленное разложение гумуса, что приводит к снижению его
содержания.
Практика современного сельскохозяйственного производства показывает, что
повышение содержания гумуса в почвах является одним из основных показателей их
окультурирования. При низком уровне гумусовых запасов внесение одних
минеральных удобрений не приводит к стабильному повышению плодородия почв.
Более того, применение высоких доз минеральных удобрений на бедных органическим
ве¬ществом почвах часто сопровождается неблагоприятным действием их на
почвенную микро- и макрофлору, накоплением в растениях нитра-тов и других
вредных соединений, а во многих случаях и снижением урожая сельскохозяйственных
культур.
Происхождение
и состав плодородного слоя почвы
К органической части почвы относятся неразложившиеся и полуразложившиеся
остатки растений, почвенных животных и гумус. Остатки растительных и животных
организмов, постепенно разлагаясь, восстанавливают и пополняют в почве запасы
гумуса. Процесс происходит при активном участии микроорганизмов и животных
(дождевых червей, личинок насекомых). Этот сложный биохимический процесс
распада и синтеза идет одновременно.
Во время разложения органического вещества вследствие действия ферментов,
которые выделяют грибы и бактерии, происходят процессы повторного синтеза,
полимеризации и конденсации с образованием новых высокомолекулярных соединений
коллоидного характера. Образуется сложное органическое вещество, получившее название
гумус (почвенный перегной). Почвы сильно отличаются по содержанию, составу и
свойствам гумуса.
В состав гумуса входят гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумины.
Гуминовые кислоты - это группа веществ темного цвета, которые выделяются
из почвы щелочами и осаждаются кислотами. Они характеризуются высоким
содержанием углерода (50-62 %), аморфным состоянием, полидисперсностью
(различной величиной частиц) и гетерогенностью.
При взаимодействии с катионами гуминовые кислоты образуют соли - гуматы.
Гуматы одновалентных катионов К+, Na+, N+ образуют в почве коллоидные растворы
- золи, которые легко растворяются и вымываются из почвы. Гуматы двух- и
трехвалентных катионов (Са2+, Mg2+, Al3+, Fe3+) находятся в почве в виде
нерастворимых гелей, не вымываются, накапливаются в местах образования, больше
всего их в верхних слоях почвы.
Гуминовые кислоты - наиболее ценная часть гумуса, они имеют большую
собирательную поверхность, играют важную роль в образовании агрономически
ценной структуры почвы и основного фонда питательных веществ (прежде всего азот
для растений).
Фульвокислоты - это гуминовые вещества желтого или красного цвета,
которые остаются в растворе после выпадения в осадок гуминовых кислот.
Фульвокислоты отличаются от гуминовых меньшим содержанием азота, более высокой
кислотностью, высокой растворимостью в воде их соединений с минеральной частью
почвы. Благодаря высокой кислотности фульвокислоты разрушают почвенные минералы
и способствуют перемещению продуктов разложения в нижние слои почвы.
Гумины представляют собой комплекс гуминовых веществ с меньшим
содержанием углерода и состоят из тех же гуминовых и фульвокислот, высоко
полимеризованных, уплотненных и более тесно связанных между собой.
Состав перегноя и соотношение гуминовых и фульвокислот в разных почвах
неодинаковы. Состав перегноя в значительной мере определяется составом высших
растений, остатки которых составляют основу его образования, а также
соотношением групп микроорганизмов, особенностями увлажнения и распада
органического вещества, а в обрабатываемых почвах - способами обработки и
удобрением почвы, севооборотами.
Гумус играет важную роль в процессах, происходящих в почвах. Он улучшает
его химические, физико-химические и биологические свойства. Свежий почвенный
перегной насыщает комочки почвы, склеивает их, а кальций и магний цементирует,
способствуя образованию прочной, агрономически ценной структуры. Медленно
разлагаясь, гумус является источником зольных элементов и азота для растений, а
вбирая растворимые элементы питания (калий, фосфор), предотвращает их
вымывание.
Факторы почвообразования, внешние условия в значительной мере влияют на
накопление, особенности образования органических остатков и состав гумуса.
Решающую роль в этом имеют растительность и соответствующая ей микрофлора
почвы, которая разлагает остатки этой растительности. Например, древесный опад
хвойных лесов медленно разлагается преимущественно грибной микрофлорой почвы,
вследствие чего образуется гумус с содержанием большого количества
фульвокислот. Они растворяют минеральные вещества верхнего слоя почвы, и
почвообразующий процесс идет по типу подзолообразования. Этому содействуют
повышенная кислотность материнской породы (морена, моренные отложения),
достаточное количество осадков.
В почвах, покрытых травянистой растительностью, особенности и химический
состав отмерших остатков другие, разлагаются они преимущественно бактериями,
вследствие чего образуется больше малорастворимых гуминовых кислот, которые
вступают в соединения с кальцием, магнием и другими катионами почвы, закрепляя
в гумусе питательные вещества. Это способствует образованию хорошей структуры и
других благоприятных физических свойств почвы.
Незначительное проникновение осадков в глубокие слои почвы, содержание в
материнской породе карбонатов кальция и магния способствуют накоплению в ней
значительных количеств гумуса. В таких условиях образовались черноземы и
лугово-черноземные почвы, содержание гумуса в которых составляет 5-6 %, а в
отдельных случаях- 10-12 %.
От содержания и качества почвенного перегноя в значительной мере зависит
плодородие почвы.
Разные типы почв содержат неодинаковое количество гумуса. Бедные на гумус
подзолистые и дерново-подзолистые почвы полесья содержат его от 0,5 до 2 %,
серые лесные почвы лесостепи - 1,5-3,0%. В черноземах лесостепной и степной зон
Украины от 3 до 6 % гумуса, а в черноземах Сибири его накапливается до 10-12 %.
Торфяные почвы, в которых остатки водной и болотной растительности разлагаются
без доступа воздуха, содержат 80-90 % органического вещества.
Гумус почвы необходимо не только сохранять, но и заботиться об увеличении
его содержания и повышении качества. С этой целью вносят в почву перегной,
торф, компосты, высевают многолетние травы, люпин и т. д. Внесение достаточного
количества минеральных удобрений и окультуривание способствуют развитию в почве
микрофлоры, что, в свою очередь, усиливает процессы образования гумуса с
преобладанием в нем гуминовых кислот. Противоэрозионная безотвальная обработка
предотвращает разложение и способствует накоплению гумуса.
Химический состав почв
В основном в состав почв входят следующие элементы (в % к валовому
количеству):
ü кислород (содержится преимущественно в органическом веществе)
- 55;
ü кремний (значительная часть в кварце) - 20;
ü углерод (в гумусе, органических остатках) - 2;
ü водород (больше в гумусе) - 5;
ü азот (в основном в гумусе) -0,1;
ü фосфор (в гумусе, в минеральной части) - 0,08;
ü сера (в гумусе) - 0,04;
ü железо - 2;
ü кальций - 2;
ü калий - 1;
ü натрий - 1.
В пределах нашей страны выделяют пять основных почвенно-климатических
зон, в которых развиваются следующие типы почв: подзолистые и
дерново-подзолистые, черноземы, каштановые, сероземы, почвы влажных субтропиков
(красноземы и желтоземы). Кроме того, выделяются разнообразные болотные почвы,
почвы речных долин, горные почвы.
Все эти почвы далеко не равноценны по плодородию, и агрохимический состав
их различен. Например, общее содержание основных элементов азота, фосфора и
калия в пахотном слое дерново-подзолистых почв в среднем составляет (в
процентах):
ü азота - 0,04 - 0,13;
ü фосфора (в окислах) -0,02-0,15;
ü калия (в окислах) -0,5-2,5.
В низинных торфах с травяной растительностью количество азота в десятки
раз, фосфора в 2-5 раз больше, а калия в несколько раз меньше. Резко отличается
содержание азота, фосфора и калия в почвах с разным механическим составом:
например, в глинистых почвах, как правило, больше азота, чем в
легкосуглинистых, а последние богаче песчаных. Это различие усиливается под
влиянием естественной растительности.
Под хвойным лесом почвы бедны азотом, а в лиственных лесах, наоборот,
содержание последнего выше, особенно если в них растет ольха, на корнях которой
обитают клубеньковые бактерии, фиксирующие азот. Почвы смешанных лесов имеют
более высокий общий запас азота в слое 30 и 50 см. В почвах болотного типа с
низинным торфом количество азота, как это указывалось раньше, во много раз
больше, чем в минеральных почвах.
Плодородный слой почвы - верхняя гумусированная часть почвенного покрова,
обладающая благоприятными для роста растений химическими, физическими и
биологическими свойствами.
Гумус - это сложный динамический комплекс органических соединений,
образующихся при разложении органических остатков. Содержание гумуса в почвах
определяется условиями и характером почвообразовательного процесса; оно
колеблется в верхних горизонтах от 1 - 2 до 12 - 15%, резко или постепенно
уменьшаясь с глубиной.
В составе почвенного гумуса выделяют специфическую часть (85 - 90 % всего
гумуса), представленную гумусовыми веществами, и неспецифическую часть (10 -
15%), представленную негумифицированными органическими веществами. Последние по
своему составу могут, быть весьма разнообразны и включать: азотистые соединения
(белки, ферменты, аминокислоты), углеводы (моносахариды, олигосахариды,
полисахариды), липиды (жиры, воски, фосфолипиды), дубильные вещества (таннины,
галловая кислота, флобафены и другие полифенолы), органические кислоты; кроме
того, лигнины, смолы, спирты, альдегиды.
Гумусовые вещества почвы представлены гуминовыми и фульвокислотами, а также
гуминами.
Гуминовые кислоты - это высокомолекулярные азотсодержащие (до 3 - 6%)
органические кислоты, имеющие циклическое строение, не растворимые в воде и
минеральных кислотах, но растворимые в слабых щелочах и некоторых органических
растворителях.
Гуминовые кислоты состоят из углерода (50 - 62%), водорода (3 - 7%),
кислорода (31 - 40%) и азота (2 - 6%). Их элементный состав зависит от типа
почвы, химического состава разлагающихся остатков, условий гумификации. Так,
гуминовые кислоты в подзолистых почвах в отличие от черноземов и каштановых
почв содержат меньшее углерода, но больше водорода.
В составе гуминовых кислот может содержаться от 1 до 10 % зольных
элементов, однако они не являются постоянными компонентами молекулы, а
присоединяются в результате химических реакций.
Молекулы гуминовых кислот неодинаковы по размерам и химическому составу.
Молекулярная масса их колеблется от 4000 до 100 000, поэтому они легко
разделяются на фракции. Гуминовые кислоты в почвах находятся преимущественно в
виде гелей, которые под действием минеральных кислот слабо гидролизуются, а под
действием щелочей переходят в раствор.
Взаимодействуя с минеральной частью почвы, гуминовые кислоты образуют
соли - гуматы, сложные органо - минеральные комплексы, которые могут устойчиво
и прочно адсорбироваться поверхностью глинистых минералов.
Гуматы щелочей (натрия, калия, аммония) хорошо растворимы в воде,
образуют истинные и коллоидные растворы, могут вымываться из верхних горизонтов
почв, а при соответствующих условиях - иллювироваться в глубину почвенного
профиля и там осаждаться и накапливаться. Это хорошо выражено в осолоделых
солонцах и солонцеватых почвах.
Гуматы кальция и магния нерастворимы в воде и закрепляются в почве в виде
гелей. Они способны склеивать и цементировать механические элементы в агрегаты
и способствуют образованию водопрочной структуры. Это наблюдается в
черноземных, лугово - черноземных и дерново - карбонатных почвах.
При взаимодействии гуминовых кислот с несиликатными соединениями
образуются сложные органо - минеральные комплексы. Железо с гуминовыми
кислотами связывается прочно и в последующем в реакциях обмена не участвует. В
комплексах с алюминием часть алюминия проявляет способность к обмену.
Образование комплексных соединений гуминовой кислоты способствует ее прочному
закреплению в почве.
Основная часть гуминовых кислот в любой почве (рН более 5) находится в
форме нерастворимых в воде органо - минеральных соединений, а в почвах с кислой
реакцией (рН менее 5) - в форме дегидратированных гелей и частично растворяется
при действии щелочных растворов, образуя молекулярные и коллоидные растворы.
Фульвокислоты, как и гуминовые кислоты, представляют собой
высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они растворяются в
воде, кислотах, слабых растворах щелочей, пирофосфата натрия и водном растворе
аммиака, образуя водорастворимые соли - фульваты. Кроме того, они растворяются
во многих органических растворителях. Их растворы в зависимости от концентрации
имеют окраску от соломенно - желтой до оранжевой. Водные растворы их обладают
сильнокислой реакцией (рН 2,2 - 2,8). Фульвокислоты состоят из углерода,
водорода, кислорода и азота, но меньше, чем гуминовые кислоты, содержат
углерода и больше кислорода. В среднем в фульвокислотах содержится углерода 40
- 52 %, водорода 4 - 6 %, кислорода 40 - 48 % и азота 2 - 6 %
Фульвокислоты благодаря сильнокислой реакции и хорошей растворимости в
воде энергично разрушают минеральную часть почвы.
Фульватные соли (фульваты) щелочных и щелочно - земельных металлов хорошо
растворимы. Комплексные соединения фульвокислот с железом и алюминием также
частично растворимы, причем фульватно - железистые сильнее, чем комплексы с
алюминием. Степень подвижности таких комплексных соединений зависит от
насыщенности их металлом. При высокой насыщенности комплекс становится
нерастворимым и выпадает в осадок.
Гумины представляют ту часть гумуса, которая не извлекается из
декальцинированной почвы щелочами. Они почти полностью извлекаются при
попеременном воздействии на остаток почвы с гуминами различных кислот и
щелочей. Исследования показали, что в большинстве случаев гумины состоят из тех
же групп гуминовых и фульвокислот, что и извлекаемые щелочью из гумуса. Эти
кислоты в гуминах находятся в сложных и проч ных связях как между собой, так и
с минеральной частью почвы.
В группу гуминов входят также инертные карбонизированные углистые частицы
и неполностью гумифицированные органические остатки. Содержание гуминов в
гумусе составляет 15 - 20%, а в некоторых почвах даже 40 - 48 %.
Физические
свойства почв
Огромное разнообразие почв существует благодаря разнообразию
растительного мира, которое зависит от климата, а также разнообразия
поверхностных геологических пород, форм рельефа. Есть почвы глинистые, которые
обладают большим количеством органического вещества, есть супесчаные или
песчаные, то есть в них совсем отсутствует органика, есть суглинистые, то есть
со средним увлажнением, и т.д. Предположим, торфяные почвы невозможно
использовать для сельского хозяйства, если предварительно их не осушили и не
окультурили. Минеральные почвы получили свое название из-за физического смысла.
Существует крупнозем, а также мелкозем. К крупнозему относятся частицы
геологических пород, размер которых превышает 1 мм. У них нет липкости, либо
пластичности, отсутствуют химические реакции. Они представляют собой неактивный
скелет почвы.
Мелкоземом же считаются частицы менее 1 мм. Он делится на
"физический песок", когда частицы от 0,05 до 1,0 мм, крупную пыль
(0,05 - 0,01мм) и "физическую глину" (менее 0,01 мм). От доли "физической
глины" будут зависеть физические свойства почвы, а также название,
связанное с механическим составом. В случае песчаных почв доля "физической
глины" не должна быть больше 10%, у супесчаных - не более 20%, в
легкосуглинистых - 30%, в среднесуглинистых - 40%, а в тяжелосуглинистых - 45%.
Если в почве содержание "физической глины" превышает 45%, то она
будет считаться глинистой. Для земледелия почвы подразделяются на легкие и
тяжелые. К первым относятся песчаные и супесчаные почвы, а ко вторым - суглинистые
вместе с глинистыми.
Самыми активными считаются минимальные частицы почвенной массы, обычно их
диаметр составляет тысячную долю миллиметра. Такая почва способна активно
взаимодействовать с водными растворами солей, кислот, а также с корнями растений.
Наиболее "тяжелые" почвы имеют около 90% таких частиц, размер которых
не превышает 0,001 мм. Вот только данные почвы не всегда подходят для
сельскохозяйственного использования. Помимо этого размеры частиц вместе с
химическим составом зависят от плотности сложения почвы. Самая сухая почва
создается при помощи удаления из нее всей влаги, исключая ту воду, которая
связана в кристаллических решетках минералов.
У "тяжелых" и кислых почв наиболее высокая плотность, чаще
всего она превышает 1,5 г/ см куб. Растения не могут укорениться в настолько
плотной почве. А если помимо этого такая почва будет обработана гусеничной,
либо колесной техникой, то плотность достигнет 1,8 - 1,9 г/см куб. В теории же
плотность не может быть выше 2,0 г/см куб. Естественно, что данная почва
абсолютно не подходит для растений.
У любой части почвенной толщи есть определенный объем в естественном
состоянии. Если предположить, что из почвы можно вырезать кубик, имеющий
стороны 10 см, то в сухом состоянии он будет содержать в себе исключительно
почвенные частицы и воздух. По соотношению химических элементов и их плотности
определяется масса почвенных частиц, в большинстве случаев она не больше 2,5 -
2,75 г/см куб. То есть кубический дециметр сухой почвы должен весить 2,5 - 2,75
кг, но в реальности он весит примерно 1,3 - 1,6 кг, ведь любые частицы не могут
занять весь объем. Эту разницу в массе занимает воздух, который находится в
поровом пространстве.
Самой важной агрофозической характеристикой почвы является объем пор,
либо пористость. Данная характеристика будет зависеть от влажности почвы и
механического состава. Количество влаги, находящееся в почве, зависит от
структуры порового пространства. В случае крупных пор вода будет стекать
свободно, оказываясь под давлением собственной тяжести. Если поры мельче, то
влагу они удерживают гораздо лучше. Если взять сухой песок в пригоршню, то он
рассыплется при разжимании ладони. Если же добавить влагу, то из песка можно
слепить комок, вот только когда влага будет исчезать, комок также распадется.
Глина же, напротив, твердая как камень, если даже пористость достаточно велика.
Раскрошить ее можно только молотком, но изменения плотности не произойдет. Если
глину смочить, то она станет очень мягкой и пластичной, при сжатии произойдет
изменение пористости влажной минеральной массы. Произойдет слипание крупных
пор, и они исчезнут. А в мелких порах происходит удержание воды с такой силой,
что растениям невозможно взять ее из почвы.
Если выбирать почву по агрофизическим и водно-физическим свойствам, то
наиболее оптимальной считается легкий, либо средний суглинок с плотностью 1,1 -
1,3 г/см куб. У такой почвы пористость будет примерно 45-55%.
Количество влаги, которое может удержать почва, называется наименьшей
влагоемкостью почв. Вот только не стоит путать влагоемкость почвы и запасы воды
в почве. У почвенной влаги есть несколько категорий:
доступная,
несвязанная,
плёночная,
рыхлосвязанная,
гигроскопическая (прочносвязанная),
кристаллизационная (абсолютно прочносвязанная).
Если в почве есть только гигроскопическая вода, то для ладони такая почва
будет казаться совсем сухой. В данном состоянии почва имеет свойство пылить.
Идентична по ощущениям почва, у которой на стенках пор остается пленка воды
после того, как растения высосали доступную влагу.
У
наиболее мелких пор, сила поверхностного давления на воду чаще всего гораздо
выше, чем давление сосущей силы корней, в связи с чем вода остается
недоступной. В случае суглинистых почв общий объем всех форм воды составляет
примерно 30 -50 % от наименьшей влагоемкости. Вся же остальная вода является
запасом, который используется растениями и микроорганизмами. Возможно
увеличение водоудерживающей способности почвы, в случае улучшения внутренней
структуры порового пространства. Для этого добавляется глина в песчаные почвы
и, наоборот, песок в глинистые. Во только заранее лучше просчитать, насколько
целесообразно и выгодно такое мероприятие на вашем дачном участке
<http://www.narzem.ru/>.
почва
гумус растительный плодородный
Почвенные
коллоиды
Почва, как уже отмечалось, является сложной многофазовой системой,
включающей твердую, жидкую и газообразную фазы. Кроме того, почва -
полидисперсная система, т. е. содержит разные дисперсные системы:
грубодисперсные, тонкодисперсные (коллоидные) и гомогенные (растворы). В
коллоидных системах отдельные частицы имеют размеры 1 - 100 нм.
Высокодисперсные системы, отдельные частицы которых имеют диаметр меньше 1 нм,
относят к категории молекулярных или истинных растворов. Системы с частицами
больше 100 нм называют суспензиями или эмульсиями.
Коллоидные системы состоят из дисперсионной фазы (массы коллоидных
частиц) и дисперсной среды (почвенный раствор), в которой распределяются
коллоидные частицы.
Почвенные коллоиды образуются в результате раздробления крупных частиц
при выветривании или путем конденсации молекул или ионов. По своему
происхождению и составу все почвенные коллоиды можно разделить на три группы:
минеральные, органические и органо-минеральные. Минеральные коллоиды образуются
в результате выветривания горных пород и минералов. Они представлены
преимущественно глинистыми минералами, гидроокисями кремния SiО2•nH2О,
железаFe(OH)3•nH2O, алюминия А1(0Н)3•nH2О, марганцаMn2O3•nH2O, а также
некоторыми первичными минералами, раздробленными до коллоидного состояния
(кварц).
Органические коллоиды образуются в процессе разложения и гумификации
органических остатков. Они представлены в основном гумусовыми кислотами и их
солями (гуматами, фульватами, алюможелезо-гумусовыми соединениями), а также
белковой плазмой микроорганизмов, величина которых находится в интервале
фракций коллоидной системы. При взаимодействии гумусовых веществ с
высокодисперсными минеральными частицами образуются комплексные соединения
более сложного состава - органо-минеральные коллоиды. Чем тяжелее почва по механическому
составу и чем больше в ней гумуса, тем больше в ней коллоидов. Почвы глинистые
и суглинистые, содержащие значительное количество гумуса, содержат больше
коллоидов, чем песчаные и супесчаные, бедные органическим веществом. Количество
коллоидов в почве колеблется от 1-2 до 30-40% от массы почвы. В большинстве
почв преобладают минеральные коллоиды, составляющие 85-90% их общей массы.
Заключение
Почва - колоссальное природное богатство, обеспечивающее человека
продуктами питания, животных - кормами, а промышленность сырьем. Веками и
тысячелетиями создавалась она. Чтобы правильно использовать почву, надо знать,
как она образовывалась, ее строение состав и свойства. Почва обладает особым
свойством - плодородием, она служит основой сельского хозяйства всех стран.
Почва при правильной эксплуатации не только не теряет своих свойств, но и
улучшает их, становится более плодороднее. Однако ценность почвы определяется
не только ее хозяйственной значимостью для сельского, лесного и других отраслей
народного хозяйства; она определяется также незаменимой экологической ролью
почвы как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы земли в
целом. Через почвенный покров земли идут многочисленные экологические связи
всех живущих на земле организмов (в том числе и человека) с литосферой,
гидросферой и атмосферой. Из всего выше сказанного ясно, как велики и
разнообразны роль и значение почвы в народном хозяйстве и вообще в жизни
человеческого общества. Так, что охрана почв и их рациональное использование, является
одной из важнейших задач всего человечества.
Список литературы
1. Ю. В.
Новиков «экология, окружающая среда и человек»; м., 1999г.
. Л. Дотто
«Планета Земля в опасности»; м., 1988г.
. Г. Иванов
«В судьбе природы - наша судьба»; м., 1990г.
. А. П.
Ошмарин «экология»; Ярославль, 1998г.
. Т. В.
Афанасьева «Почвы СССР» Москва,1979г.
.
http://nedvi-jimosti.ru
.
http://www.narzem.ru/