Почвы

6.Значение гранулометрического  состава почв.

Знание гранулометрического  состава почв позволяет определять оптимальные сроки сельскохозяйственных работ, нормы и сроки внесения удобрений и весь комплекс работ по наиболее рациональному использованию и охране почв. Землеустроители, агрономы и другие специалисты учитывают пестроту почвенного покрова по гранулометрическому составу, который указывают на почвенных картах в полном названии почв. 

7.Минералогический состав почвообразующих  пород.

Почвообразующими  породами исследуемых дерново-подзолистых  почв являются бескарбонатные валунные и покровные суглинки. Содержание кальция и магния в покровных суглинках находится в пределах 0,5—1,6% и 0,2—1,7% соответственно, в валунных суглинках — 0,9—4,5% кальция и 0,6—3,1% магния. 
Основными источниками серы в почвообразующих породах, а затем и в почвах являются минералы, содержащие восстановленную серу, сульфиды железа, меди, никеля и других металлов. Содержание серы в глинистых и суглинистых почвообразующих породах европейской территории СССР варьирует от 0,009 до 0,012%, снижаясь в песчаных отложениях до 0,003%. Более высокие величины содержания серы в почвообразующих породах различного гранулометрического состава: в песчаных породах — до 0,03%, в известняках — 0,11, суглинках и глинах — до 0,3%. 
Исследуемые элементы активно участвуют в биологическом круговороте, поглощаются животными и растениями и относятся к энергично накопляемым (сера) и сильно накопляемым (кальций и магний). В результате происходит аккумуляция серы, кальция и магния в верхних органогенных горизонтах. В более глубокие горизонты мигрируют высокодисперсные и органоминеральные соединения этих элементов и их простые соли.

8.Вторичные минералы почв.

Вторичные минералы. В почвах и породах состав наиболее распространенных вторичных минералов, как и первичных, невелик. Среди вторичных минералов различают минералы простых солей, минералы гидроокисей и окисей, глинистые минералы. 
Минералы простых солей образуются при выветривании первичных минералов, а также в результате почвообразовательного процесса. К таким солям относятся кальцит СаСО₃, магнезит MgCO₃, доломит [Са, Mg] (СО₃)₂, сода Na₂CО₃ 10H₂O, гипс CaSO₄-2H₂O, мирабилит Na₂SO₄- 10H₂O, галит NaCl, фосфаты, нитраты и др. Эти минералы способны накапливаться в почвах в больших количествах в условиях сухого климата. Качественный и количественный состав их определяют степень и характер засоления почв. 
Минералы гидроокисей и окисей — это гидроокиси кремния, алюминия, железа, марганца, образующиеся в аморфной форме при выветривании первичных минералов в виде гидратированных высокомолекулярных гелей и постепенно подвергающиеся дегидратации и кристаллизации с образованием окисей и гидроокисей кристаллической структуры. Кристаллизации способствуют высокая температура, замерзание, высушивание, окислительные условия почвы. 
Степень окристаллизованности минералов обусловливает их растворимость: чем больше окристаллизованность, тем меньше растворимость. На растворимость гидратов полутораокисей большое влияние оказывает реакция среды. При рН<5 в ионную форму переходит алюминий, а при рН<3 — трехвалентное железо. 
Глинистые минералы являются вторичными алюмосиликатами с общей химической формулой nSi0₂Al₂0₃-mH₂0 и характерным молярным отношением SiO₂ : А1₂О₃, изменяющимся от 2 до 5. 
Глинистые минералы образуются в результате синтеза из простых продуктов выветривания первичных минералов (гидроокиси, соли) путем постепенного изменения первичных минералов в процессе выветривания и почвообразования. Кроме того, они могут образоваться биогенным путем из продуктов минерализации растительных остатков. 
К наиболее распространенным глинистым минералам относятся минералы группы монтмориллонита, каолинита, гидрослюд, хлоритов, смешаннослоистых минералов. Эти минералы входят в состав природных глин, в связи с чем они и получили название глинистых минералов. 
Глинистым минералам присущи общие свойства: слоистое кристаллическое строение, высокая дисперсность, поглотительная способность, наличие химически связанной воды. Однако каждая группа минералов имеет специфические свойства и значение в плодородии. 
Минералы монтмориллонитовой группы. К этой группе минералов относятся монтмориллонит и его разновидности — нонтронит, бейделлит, сапонит и другие. 
Монтмориллонит и относящиеся к его группе минералы широко распространены в рыхлых породах и почвах, за исключением ферраллитных (где их мало или совсем нет), имеют кристаллическую решетку трехслойного типа, состоящую из двух слоев кремнекислородных тетраэдров и заключенного между ними октаэдрического слоя. Трехслойные пакеты чередуются в кристаллах и придают им слоистую структуру. 

9.Общая оценка минералогического  состава почв.

В отношении  общей оценки минералогического  состава почв в почвоведении существует две точки зрения.Согласно одной из них, наиболее старой, «классической», каждый «зональный» тип почвы характеризуется своим особым минералогическим составом, особенно составом вторичных гли­нистых минералов. Согласно другой, более современной точке зрения, строгой приуроченности специфического минералогиче­ского состава к определенным типам почв, а тем более к природ­ным зонам не существует. Особо резкий спор идет, естественно, в отношении вторичных, прежде всего глинистых минералов.

Аргументов, как фактических, так и концептуальных, много как в пользу первой точки  зрения, так и второй. Пока этот спор нельзя считать однозначно решенным из-за отсутствия надежных методов  идентификации и количественного  определения почвен­ных минералов, особенно глинистых.

Дело в  том, что на минералогический состав почв оказывает влияние очень  большое количество факторов: минералогический и химический состав исходной почвообразующей  породы, биокли­матическая обстановка почвообразования, соотношение рН и  окислительно-восстановительного потенциала среды, условия дренажа, присутствие катионов в среде, возраст выветривания и почвообразования, присутствие хелатизирующих органических компонентов в среде. Разнообразие их сочетаний дает соответ­ствующее разнообразие минеральных ассоциаций в почвах и в отдельных горизонтах почвенного профиля. К этому добавляется и перемещение минералов в пределах профиля и в сопряженных почвенно-геохимических ландшафтах с водными и эоловыми потоками, а в почвенном профиле потоки могут быть как нисхо­дящими, так и восходящими. Соответственно, практически во всех почвах можно обнаружить почти все группы глинистых минералов, хотя в разных соотношениях. Есть определенные типы почв, характеризующиеся специфи­ческим минералогическим составом: в вулканических почвах (андосолях) имеется большое количество первичного вулканиче­ского стекла и вторичных аллофанов; в илистой фракции вер- тисолей преобладает монтмориллонит; ферраллитные почвы, в частности красноземы, состоят почти нацело из трех компонен­тов — кварца, каолинита и минералов группы оксидов железа и алюминия; в болотных почвах преобладают вивианит и оксиды железа, в окисленных маршевых и мангровых почвах преобла­дает ярозит; для ряда типов почв характерна вторичная аккуму­ляция карбонатов и гипса; в солончаках характерны те или иные соли, состав которых определяется типом засоления.

Некоторые минералоги считают, что весь минералогический состав почв унаследован от почвообразующих  пород и в процессе почвообразования вторичное минералообразование не имеет мес­та, а лишь происходит перераспределение тех или иных мине­ральных ассоциаций в пределах почвенного профиля. С этой ор­тодоксальной точкой зрения едва ли можно согласиться, имея в виду, во-первых, перечисленные выше некоторые типы почв со специфической минералогией и, во-вторых, развитие почв на коренных породах, когда выветривание и почвообразование про­текают одновременно и физически совпадают в единой толще коры выветривания (элювия) породы. Есть основания считать, что неосинтез минералов в почвах имеет место, но пока вопрос остается открытым. Нужны модельные эксперименты, необходи­мо точное знание условий образования почвы.

Что же касается роли минералогического состава  почв в определении их свойств, то она никак не может недооцениваться.От него зависят практически все свойства почвы и особенно специфические свойства почв, определяющие их плодородие: резерв питательных элементов, водно-физические свойства, по­глотительная способность во всех видах, наличие доступных элементов питания растений и т. д.

10.Общий химический состав почв.

Поскольку почва является верхней частью коры выветривания литосферы, то именно он почти полностью наследует ее химический состав. Однако именно почти  полностью, а не на 100 процентов, поскольку  вследствие воздействия живого вещества содержание некоторых элементов  претерпит кардинальных изменений  по сравнению с литосферой.

Итак, как в литосфере, так и в  почве около половины занимает кислород. Второе место (почти четвертая часть) — кремний. Примерно десятую часть — алюминий и железо. Всего лишь несколько процентов занимают кальций, магний, натрий, калий. На все другие элементы, за исключением углерода, приходится менее одного процента.

Кроме элементов в почве присутствует вода, газы и органические вещества.

Однако  учтите, что существенные изменения  в содержании биогенных элементов  связаны с живой фазой. В частности, углерода в почвах в более 20 раз  больше, чем в литосфере, а азота — в 10. Поскольку водород является элементом воды, то и его содержание в педосфере выше.

В большинстве случаев грунты почти  на 90% представлены минеральными ЕГЧ, а  потому их валовой химический состав будет определяться в основном составом и количественным соотношением минералов. Среди основных минералов крупную  фракцию составляют кварц и полевые  шпаты, а тонкодисперсную — глинистые алюмосиликаты. Согласно этому, в валовом химическом составе почв преобладают кислород и кремний, меньше алюминия, очень мало железа, титана, кальция и натрия, другие элементы — в микроколичествах

11.Изменение химического состава  по профилю почв.

Изменение химического состава почвы по профилю проявляется в двух формах: абсолютном накоплении или потере элемента за счет переноса его соединений в  пределах почвенного профиля и относительном  накоплении (потере) элемента вследствие потери (накопления) в данном горизонте  других химических элементов. Особенно сильная профильная дифференциация химического состава наблюдается  в почвах, в которых формируются  органогенные (торфянистые), подзолистые, карбонатные и засоленные горизонты. Химический состав почв, унаследованный от почвообразующих пород, постоянно  преобразуется в результате взаимодействия многих процессов:

- перехода химических элементов  из одних соединений в другие  при трансформации минералов;

- поступления веществ из атмосферы  и вовлечения их в реакции  взаимодействия с почвенными  растворами;

- растворения веществ в воде  и выноса их из почвенного  про-филя или из его горизонтов  с боковым или грунтовым сто-ком;

- поступления химических элементов  с боковым притоком и грунтовыми  водами, особенно капиллярным путем;

- осаждения растворенных в почвенной  влаге веществ при испарении;

- перехода химических соединений  из одного состояния в другое  в процессе жизнедеятельности  растений;

- вовлечения продуктов метаболизма  микроорганизмов, животных и человека  в биологический круговорот;

- хозяйственной деятельности человека.

Все процессы, обусловливающие изменения  химического состава в профиле  почв, можно подразделить на три  группы:

- трансформация органических и  минеральных компонентов;

- перенос и осаждение вещества;

- образование отдельных генетических  горизонтов и формирование почвенного  профиля в целом.

Химический  состав оказывает двойственное влияние  на плодородие почв. С одной стороны, с химическим составом связано содержание питательных элементов, необходимых  растениям, с другой — он определяет ряд свойств почв (например, кислотность), которые имеют решающее значение для роста и развития растений. Как дефицит в почве каких-либо элементов пищевого режима растений, так и их избыток неблагоприятно сказываются на продуктивности растений.

12.Химические элементы и их  соединения в почвах.

Химические  элементы, взаимодействуя между собой, приводят к возникновению химических новообразований в почве - результат  химических процессов, которые приводят к возникновению различного рода соединений. Эти соединения могут или осаждаться на месте образования, или, перемещаясь с почвенным раствором в горизонтальном и вертикальном направлениях, выпадать на некотором (иногда значительном) расстоянии от места своего возникновения.

По  форме химические новообразования  разделяют на выцветы и налеты; корочки, примазки, и потеки; прожилки и трубочки, конкреции. Химические новообразования  представлены легкорастворимыми солями, гипсом, углекислой известью, оксидами железа, алюминия и марганца, закисными  соединениями железа, кремнекислотой, гумусовыми и другими веществами.  Цвет почвы определяется окраской тех  веществ, из которых она слагается. Важные для окраски почв следующие  группы веществ:

1. гумус;                                                                                                                                           2. соединения железа;                                                                                                                             3. кремнекислота, углекислая известь.  Гумусовые вещества обусловливают  черную, темно-серую и серую окраски.  Соединения оксидов железа окрашивают  почву в красный, оранжевый  и желтый цвета, закиси железа - всю почву или отдельные горизонты  или участки окрашивает в сизые  и голубоватые тона. Встречающийся,  например, в болотных почвах вивианит: [Fe3(PO4)2 . 8H2O] придает им зеленовато-голубой оттенок. Кремнезем (SiO2), углекислый кальций(CaCO3) и каолинит (H2Al2Si2O8 . H2O) обусловливают белую и белесую окраски. В ряде случаев заметную роль в приобретении почвы белесоватых оттенков могут играть гипс(CaSO4 . 2H2O) и легко растворимые соли (NaCI, Na2SO4 . 8H2O и др.).

Минеральная часть почвы в значительной степени  обусловлена химическим составом горных пород литосферы, имеется сходство почвы с литосферой по относительному содержанию отдельных химических элементов. Как в литосфере, так и в  почве на первом месте стоит кислород, на втором - кремний, затем алюминий, железо и т. д. Однако в почве по сравнению с литосферой в 20 раз  больше углерода и в 10 раз больше азота. Накопление этих элементов связано  с жизнедеятельностью организмов, в  которых содержится углерода 18%, азота 0,3% на живое вещество (по А. П. Виноградову). В почве больше чем литосфере, кислорода, водорода (как элементов  воды), кремния и меньше алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия  и других элементов, что является следствием процессов выветривания и почвообразования. Процессы выветривания горных пород, переотложения их продуктов приводят к образованию рыхлых пород различного химического состава, покрывающих большую часть суши и являющихся главным почвообразующими породами. В верхних горизонтах этих пород формируются почвы.

Химический  состав рыхлых пород обуславливается  как химическим составом продуктов  выветривания первичной горной породы, так и теми изменениями, претерпели продукты выветривания при отложении. При этом процентное содержание отдельных  химических элементов или их окисей может быть вызвано как абсолютным изменением количества каждого из них, так и относительным за счет уменьшения или увеличения других элементов.    Содержание кремнезема в рыхлых породах почти всегда выше чем в магматических, но сильно колеблется в зависимости от генетического типа почвообразующей породы, от ее механического состава. Увеличение количества SiO2 связано с обогащением рыхлых пород кварцем в процессе выветривания, а также переотложением продуктов выветривания, их сортировкой. Обогащение кварцем происходит не только вследствие разрушения других минералов, но и в результате новообразования вторичного кварца из кремнезема, отщепляющегося при выветривании.

В песчаных породах содержится более 90 % кремнезема, в суглинистых и  глинистых его количество снижается  до 50 - 70 %, а содержание Al2O3, Fe2O3 и других окисей возрастает. Связанного кремнезема в рыхлых породах меньше, чем в магматических, так как он частично выщелачивается в процессе выветривания. Менее подвижные полутораокиси железа и алюминия накапливаются в рыхлых породах. Эти закономерности отчетливо выявляются химическим анализом бескварцевой части пород. Потеря связанного кремнезема (десиликация) и накопление окисей алюминия и железа хорошо иллюстрируются расчетом молярных отношений SiO2 : Al2O3 или SiO2 : R2O3 в илистой фракции почв и пород. Выбор отношения SiO2 : R2O3 оправдывается особенно в тех случаях, когда имеется относительная или абсолютная аккумуляция в коре выветривания железа. С.В. Зони (1969) предложил следующие разделение коры выветривания по молярным отношениям SiO2 : R2O3 в илистой фракции: