Что такое фазовый состав почвы

Фазовый состав почвы

Почва представляет собой сложную саморегулирующуюся по­ликомпонентную многофазную систему. Выделяют четыре физи­ческие фазы почвы — твердую, жидкую, газовую и живую.

Твердая фаза — скелет почвы, прочная основа, состоящая из минеральной (95—99 %) и органической частей. Минеральная часть сформировалась из материнских геологических пород и со­держит остаточные (обломки и частицы исходных пород и мине­ралов) и вторичные (вновь образованные) минералы, а также ок­сиды, соли, элементы и соединения, образовавшиеся в процессе выветривания и почвообразования.

Твердая фаза почвы полидисперсна, состоит из частиц и агре­гатов различных формы и величины: от крупных глыб, обломков породы, комков и песчинок до коллоидных частиц. Основные ха­рактеристики твердой фазы, почвы: минералогический, химичес­кий, гранулометрический (механический) и агрегатный составы, структура, плотность, пористость (скважность), связность.

Жидкая фаза почвы представляет собой почвенный раствор, который формируется из воды, поступающей в почву с атмосфер­ными осадками, из грунтовых вод, при конденсации водяных па­ров. Объем и химический состав почвенного раствора динамичны и зависят от количества поступающей воды, водно-физических свойств и химического состава почвы.

Почвенный раствор, или почвенная вода, занимает имеющиеся в твердой фазе почвы пустоты (поры, капилляры), адсорбируется коллоидными частицами, образуя различные по доступности растениям и связности в почве формы влаги (гравитационная, капил­лярная, пленочная, гигроскопическая вода и т.д.). Замерзая или испаряясь, почвенная вода переходит соответственно в твердую или газовую фазу.

Жидкая фаза почвы играет важную роль в почвенном плодоро­дии (питание растений) и в процессах почвообразования и фор­мирования почвенного профиля, осуществляя перенос различных частиц и соединений в виде суспензий, взвесей, коллоидных и ис­тинных растворов.

Основные характеристики жидкой фазы: концентрация, состав и реакция почвенного раствора, буферность, осмотическое давле­ние.

Газовая фаза почвы представлена почвенным воздухом, который заполняет свободные от воды пустоты (поры) в почве. Источни­ком почвенного воздуха являются воздух атмосферы и образую­щиеся в почве газы. Состав почвенного воздуха отличается от ат­мосферного и весьма динамичен. Вода и воздух в почве находятся в динамическом равновесии на основе антагонизма: чем больше воды, тем меньше воздуха, и наоборот. Основные характеристики газовой фазы: объем, состав и газообмен с атмосферой.

Живая фаза почвы представлена живыми организмами, населя­ющими почву и участвующими в почвообразовательном процессе. Это в первую очередь различные микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы, водоросли), а также про­стейшие, насекомые, черви и др. Основные характеристики живой фазы: общая биологическая активность почвы, микробиологичес­кая и ферментативная активность, общая численность микроорга­низмов, дождевых червей и других живых организмов в почве.

Органическая часть — это неразложившиеся и полуразложив­шиеся остатки живых, главным образом растительных и животных организмов, продукты их разложения и синтеза, гумус.

Твердая, жидкая, газовая и живая фазы находятся в тесном вза­имодействии, составляя единую биокосную систему — почву.

Источник

Понятие о фазовом составе почвы

Почвы отличаются от других природных тел своим сложным составом.

Компонентами почвы являются минеральное, жидкое, газовое и органическое вещество, в том числе живые организмы, населяющие почву, вода и воздух. Принято выделять в составе почвы фазы, которые непрерывно изменяют свое состояние. Выделяют четыре фазы: твердую, жидкую, газообразную и живую. Межфазные взаимодействия играют главную роль в процессах образования почвы. Продукты межфазного взаимодействия перемещаются по почвенному профилю под влиянием разных причин и градиентов.

Фазовым составом почвы называется соотношение компонентов почвенного материала (фаз), выражаемое в процентах его общей массы или в долях единицы.

Соотношение фаз и их свойства специфичны для каждого генетического горизонта, а характер распределения фаз по профилю связан с генезисом почв и изменяется в процессе их развития.

Твердая фаза почв состоит из минерального и мертвого органического вещества. На долю минеральной составляющей почвы приходится больше 90 % твердой фазы почвы. Исключением являются торфяные почвы, твердая фаза которых целиком представлена органическим веществом — торфом. Вещества почвы в твердой фазе перемещаются в профиле с другими фазами, в связи с эрозионными и криогенными процессами, при обработке почвы человеком, под действием почвенных обитателей и воды.

Почвенные животные, осваивая жизненное пространство, передвигаются в почве самостоятельно. Почвенные растворы, суспензии и газы перемещаются по профилю и за его пределы по физическим законам.

Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим, агрегатным, минералогическим и химическим составом, содержанием мертвых органических остатков и гумуса.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Фазовый состав почв (Материальная часть почвы)

Фазовый состав почв (Материальная часть почвы)

Почва – многофазное тело, состоящее из твердой (минеральной и органической), жидкой, газообразной и живой фаз. В состав твердой фазы почвы входят почти все элементы, но они отличаются по количеству и содержанию в минеральной и органической части почв.

В твердой части почвы содержатся основные запасы питательных элементов. Она состоит из минеральной (90–99 % массы) и органической частей (1–10 %). Минеральная часть почвы в свою очередь на 90 % состоит из трех элементов: кислорода, кремния и алюминия. Углерод, водород, кислород, фосфор и сера содержатся в почве как в минеральной, так и органической части. Азот почти целиком содержится в органической части, калий – только в минеральной части почвы.

Химический состав твердой фазы почвы в % (кларк): 49О, 33 Si, 7,1Al, 3,8 Fe, 1,4 Ca, 1,4 K, 1,0Н, 0,6Mg, 0,6 Na, 0,46 Ti, 2,0 C, 0,09 S, Mn, 0,08 P, 0,1 N… Почвы содержат также значительное количество микроэлементов и ультрамикроэлементов, также важных для почвенных процессов и жизни растений.

С, О, Н, N используются для построения клеток растений, многие другие нужны для выполнения различных частных функций.

Химический состав почвы в значительной степени наследуется от почвообразующих пород. Химические показатели могут отражать свойства почв (химический состав, содержание подвижных форм элементов, реакция среды, ОВП) и проявление почвообразовательных процессов (соотношение SiO2/R2O3, C/N). Для характеристики условий развития растений используют и показатели запасов тех или иных веществ или элементов в определенном слое почв (в т/га или кг/га).

По минеральному составу в сформировавшейся почве наряду с первичными (унаследованными от коренной породы) мы находим и вторичные минералы – результат химического выветривания, а также органо-минеральные соединения – результат деятельности живых организмов.

Породы, из которых состоит литосфера, по своему происхождению распределяются на три группы: 1) магматические, или изверженные, 2) осадочные, 3) метаморфические.

Магматические (или массивно-кристаллические) породы составляют 95% литосферы. Они образуются при остывании расплавленной жидкой магмы, составляющую следующую за литосферой внутреннюю оболочку Земли. В зависимости от условий остывания магмы магматические породы имеют более или менее выраженное кристаллическое строение. При медленном остывании на глубине образуются интрузивные (или глубинные породы), которые состоят из крупных, хорошо различимых кристаллов (например, гранит). Когда при вулканических извержениях магма достигает дневной поверхности и быстро и неравномерно остывает, образуются эффузивные горные породы. Они имеют вид плотной массы, включающие иногда отдельные и крупные кристаллы (например, порфиры).

В зависимости от состава магмы и условий ее остывания магматические породы различаются между собой по химическому и минералогическому составу. По содержанию кремнезема различают кислые (SiO2 более 75 %), средние, основные и ультраосновные породы.

Метаморфические породы — образуются из осадочных и магматических пород вследствие воздействия на них высокой температуры и давления, в результате чего минералогический состав и структура породы значительно изменяются, однако химический состав их остается неизменным. Например, рыхлый известняк в процессе метаморфических процессов превращется в плотный кристаллический мрамор. Большинство метаморфических пород относятся к древним геологическим образованиям и под воздействием сложных денудационных процессов покрыты мощным осадочным чехлом. Поэтому метаморфические породы редко служат материнскими породами для почв и встречаются в основном в горных областях. К метаморфическим породам относятся разнообразные сланцы.

Осадочные породы. Первичные магматические породы, попав на дневную поверхность, подвергаются разрушению, разрыхлению, разной степени измельчения и последующего переноса и переотложения. В результате этого образуются осадочные породы. Они залегают непосредственно на поверхности Земли и занимает приблизительно 75% ее площади. Осадочные породы делятся на: обломочные, химические, органогенные.

Часть осадочных пород представляет собой результат механического дробления магматических пород или нерастворимые продукты их химических превращений. К ним относятся брекчии, конгломераты, щебень, пески, песчаники, глины, илы и т.д., объединяемые под названием обломочных пород. В некоторых случаях они бывают сцементированными растворимыми солями и образуют плотные породы (кремнистые, известковые песчаники).

Растворимые продукты выветривания в виде хлоридов, сульфатов, карбонатов, фосфатов и других простых солей образуют такие породы как каменная соль, гипс, известняк, доломит, железистые туфы, фосфориты. Их возникновение связано с осаждением из растворов морских и континентальных вод. К осадочным породам химического происхождения относятся также карбонатные породы и кремнистые сланцы.

Некоторые осадочные породы имеют органическое происхождение. Они образуются на дне морей и других водоемов из скелетов отмерших организмов и состоят из кремнекислоты, углекислоты, фосфорнокислой извести. К ним относятся известняки, мел, трепел, торф, сапропели.

По данным ряда авторов соотношение пород следующее: глины — 65-80%, более грубые обломочные породы — 15-30%, химические и органогенные — 5% осадочных пород.

Всего известно более 2000 минералов, 230 – породообразующие. 60 % — полевые шпаты, 17 – силикаты, 12 – кварц, примерно по 4 % — слюды, рудные и иные минералы.

Минеральный состав почв существенно различается по размерам механических элементов. Решающую роль в хозяйственной деятельности человека играют почвы, состоящие в значительной мере из высокодисперсных частиц. В почвенных частицах более 0,001 мм преобладают первичные минералы, особенно алюмосиликаты и силикаты, содержание которых в земной коре составляет около 85%. Главными составными их частями являются кислород, кремний, алюминий. Преимущественно это – полевые шпаты. К первичным относятся также мусковит, флогопит, серицит, кварц, слюды, карбонаты. Среди илистых частиц преобладают вторичные минералы, важнейшими признаками которых является их дисперсность, кристаллохимическая природа, что имеет следствием высокую адсорбционную способность и пластичность.

Глинистые минералы, особенно монтмориллонит, бейделлит, нонтронит, галлузит хорошо набухают, то есть происходит расширение кристаллической решетки перпендикулярно силикатным слоям. Глинистые минералы подразделяют на 4 основные группы:

• каолинита – диоктаэдрические слоистые алюмосиликаты жесткой кристаллической решетки, не набухающие, имеющие ЕКО до 25 смоль/кг; минералов этой группы много в тропиках и субтропиках;

• гидрослюд (иллита) – трехслойные алюмосиликаты с нерасширяющейся решеткой, содержащие 6-8% К2О, имеющие ЕКО 45-50 смоль/кг; к ним близок вермикулит, имеющий ЕКО до 100 смоль/кг;

• монтмориллонит (смектита) – трехслойные алюмосиликаты с сильно расширяющейся решеткой, отличающиеся очень высокой дисперсностью, имеющие ЕКО 80-120 смоль/кг; для них характерно много изоморфных замещений, их много в почвах с нейтральной реакцией почвенной среды (черноземы, каштановые, солонцы);

•смешаннослойные – минералы с неоднородным составом; они составляют 30-80% всех глинистых минералов в почвах умеренного пояса, особенно часто встречается сочетание хлорита с вермикулитом.

Под влиянием процессов почвообразования формируется специфическая кора выветривания: в тундре, тайге, широколиственных лесах – сиаллитная, в степях – сиаллитная карбонатная, в пустынях – сиаллитная засоленная, в субтропических и тропических лесах – ферралитная.

Дисперсность почвы обычно характеризуется гранулометрическим составом. Этот важный показатель подробно описан в предыдущем разделе.

Фракции состоят из минеральных зерен, и сам гранулометрический состав во многом определяется минеральным составом породы, так как разные минералы не одинаково поддаются выветриванию. Так, кварц наиболее устойчивый мине¬рал, поэтому обычно он накапливается в крупных фракциях, полевые шпаты преобладают в среднем песке.

Минеральный состав почв, особенно их глинистой фракции, может меняться в зависимости от типа почв (на зональном уровне). Особенно четко зональны водорастворимые минералы: карбонаты, гипс, соли натрия и т.п. Они отсутствуют в гумидных и присутствуют, часто в больших ко¬личествах, в аридных почвах.

Существуют также классификации почв по гранулометрическому составу, учитывающие содержание трех фракций: песка (1(2)—0,05 мм), пыли (0,05-0,001 мм) и глины (ила). В классификации, принятой в Беларуси, построенной на основании содержания физической глины, выделяют две фракции. На последнее место ставят преобладающую фракцию. Наименьшую по содержанию фракцию в название не включают. Почва, содержащая 32 % физической глины, 20 % ила, 25 % пыли и 55 % песчаной фракции называется пылевато-песчанистый средний суглинок. В зарубежной литературе используют несколько другую, более подробную, классификацию почв по гранулометрическому составу, построенную на содержании пыли, песка и ила.

Источник

Фазы (части) почвы

Факторы почвообразования. Климат. Рельеф.

Фазы (части) почвы

Лекция 2.

Почва состоит из четырех (фаз или частей): твердой, жидкой, газообразной и живой.

Твердая фаза почвы. В состав твердой фазы почвы входят минералы и химические соединения, унаследованные от исходной горной породы и неизмененные при последующем выветривании и почвообразовании – их называют первичными. Твердую фазу почвы формируют разнообразные компоненты вторичного происхождения. Они образуются при выветривании исходной горной породы и почвообразовании. Это: вторичные глинистые минералы, простые соли, оксиды и гидроксиды, растительные остатки и продукты их трансформации типа детрита, гумусовые вещества и их органо-минеральные производные. Эти продукты образуются на месте или же приносятся агентами геохимической миграции — поверхностными, внутрипочвенными и грунтовыми водами, а также аэральным путем.

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

Жидкая фаза почвы. Это влага, циркулирующая в пределах почвенного профиля вместе с растворенными в ней разнообразными минеральными, органическими и органо-минеральными соединениями. Она называется почвенным раствором. Почвенный раствор представ ляет собой исключительно динамичную фазу почвы, он играет важную роль в жизни живых организмов, а также в процессах миграции веществ в почвенном профиле. Динамика почвенного раствора тесно связана с характером атмосферного и грунтового увлажнения почвы, температурным и окислительно-восстановительным режимами, деятельностью живых организмов.

Газовая фаза почвы. Представляет собой почвенный воздух, который заполняет разнообразные пустоты (поры, трещины и т. п.), имеющиеся в почве и не занятые водой. Почвенный воздух существенно отличается от атмосферного и динамичен во времени.

Живая фаза почвы. Эта фаза представлена живыми организмами, населяющими почву, которые помимо всего прочего служат важнейшим фактором почвообразования. В состав живой фазы почвы входят разнообразные микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли), почвенная микро- и мезофауна (простейшие, насекомые, черви и т. д.), корневые системы зеленых растений.

Все фазы почвы взаимосвязаны, оказывают взаимное влияние друг на друга и существуют как единое целое, между почвой и окружающей средой происходит постоянный обмен веществом и энергией, т. е. почва — открытая система.

Взаимодействие почвы с другими природными телами осуществляется через следующие процессы:

• многосторонний обмен газами (О2, СО2, 2 и др.) и влагой (жидкой и парообразной)

в системе атмосфера—почва—растения—порода;

• обмен коротко- и длинноволновой радиацией в системе Солнце_почва_атмосфера;
• многосторонний обмен тепловой энергией в системе атмосфера—почва—порода;
• обмен биофильными элементами в системе почва—растения;
• одностороннее поступление в почву органического вещества, синтезированного зелеными растениями и несущего в себе химическую энергию (трансформированную лучистую энергию Солнца).

Почва — сложная структурная система .

По Б.Г.Розанову (1975), под структурным уровнем организации того или иного объекта понимается такая группа материальных объектов, все индивидуальные представители которой характеризуются принципиально однотипным характером превращений вещества и энергии и однотипными как по направлению, так и по интенсивности взаимодействиями. Каждый структурный уровень характеризуется своим особым комплексом природных законов поведения и взаимодействия (внутри себя и с окружающей средой) составляющих его объектов и явлений.

Каждый последующий более высокий структурный уровень организации включает в себя все объекты, явления и взаимодействия более низких уровней и, кроме того, имеет дополнительно некоторые иные явления и взаимодействия, что делает его принципиально иным природным образованием. Переход от одного структурного уровня к последующему определяется прежде всего изменением характера взаимодействия.

Выделяют следующие уровни структурной организации почвы.

Атомарный уровень. Взаимодействия, происходящие на этом уровне, преимущественно связаны с радиоактивностью почв, возникающей при распаде естественных радионуклидов семейства урана, радия, тория и некоторых искусственных нуклидов. Распад радиоактивных элементов сопровождается выделением энергии. Процесс распада и превращения радиоактивных элементов, вероятно, представлен во всех почвах. Хотя радиоактивные элементы обычно присутствуют в почвах в ультрамикроконцентрациях, процесс их распада, растянутый во времени, может вносить заметный вклад в энергетический баланс почв и оказывать определенное воздействие на биологические процессы и выветривание минералов. Реально в почве мигрируют и трансформируются не атомы, а ионы, молекулы и более сложные образования.

Ионно-молекулярный уровень. В качестве элементов на этом уровне структурной организации почвы выступают активные центры молекулярно-ионной природы, находящиеся на поверхности раздела твердой фазы почвы, а также молекулы и ионы жидкой и газообразной фаз, взаимодействующие с активными центрами и между собой.

Ионы — главный компонент почвенных растворов, они играют исключительно важную роль в таких процессах и явлениях, как кислотность и щелочность почв, питание растений, окислительно-восстановительное состояние, засоление и рассоление, обменные реакции, формирование разнообразных органо-минеральных производных и др.

Молекулярный (вещественный) состав почвы чрезвычайно разнообразен. Это тысячи различных соединений, многие из которых до настоящего времени не идентифицированы. Исключительная сложность вещественного состава — одна из характерных особенностей почвы, отличающих ее от других природных объектов. Например, относительно полно изучен состав кристаллических минеральных соединений (почвенных минералов) некоторых типов почв, идентифицированы многие органические соединения индивидуальной природы (сахара, аминокислоты, фенолы, кислоты жирного ряда, ферменты и др.), получены сведения о составе и свойствах комплексных органо-минеральных соединений. Почвенные соединения в молекулярной и ионной формах присутствуют преимущественно в почвенном растворе. Основная часть соединений твердой фазы почвы находится в агрегированном состоянии и формирует следующие уровни структурной организации почвы.

Уровень элементарных почвенных частиц. Элементарные почвенные частицы — это частицы различных размеров и различной природы (минеральные — кристаллические и аморфные, органические и органо-минеральные), унаследованные от материнской породы, измененные и новообразованные в процессе почвообразования. На этом уровне происходят основные превращения веществ в почве. Особую роль здесь играют почвенные коллоиды, которые определяют многие важнейшие свойства почвы — воднофизические, сорбционные, буферную способность и др.

Агрегатный уровень. Элементарные частицы в почвах обычно существуют не изолированно, а объединяются между собой под действием различных факторов в характерные для каждого типа почвообразования агрегаты и новообразования (за исключением песчаной). На агрегатном уровне происходит и локализация почвенных процессов, например передвижение влаги и растворенных в ней веществ по межагрегатным полостям и трещинам и т. д. Многие биохимические и химические явления, связанные с превращением веществ и составляющие важную часть почвообразования, протекают не на поверхности, а внутри агрегатов.

Горизонтньый уровень. Почвенный горизонт — относительно однородный слой почвы, обособившийся в процессе почвообразования. Формирование горизонта связано с преобразованием, аккумуляцией, привносом или выносом веществ, что отражается на взаимодействии и способе организации агрегатов и почвенных новообразований. В пределах почвенного горизонта протекают не только вертикальные, но и боковые процессы перемещения вещества и энергии, приводящие к формированию тех или иных особенностей горизонтов. Каждый тип почвы всегда характеризуется наличием горизонтов, наиболее ярко отражающих специфику почвообразования.

Профильный уровень. Закономерные сочетания отдельных почвенных горизонтов, взаимодействующих между собой, образуют почвенный профиль или собственно почву как особое природное тело. Это не просто арифметическая сумма горизонтов, а структурный уровень почвенной организации . Почвенные горизонты связаны между собой непрерывным обменом веществ и энергии, что составляет главную черту профильного уровня организации почвы. Именно на этом уровне наиболее полно проявляется специфика почвы как единого целого. Профильный метод изучения почв, введенный еще В.В.Докучаевым, лежит в основе всех почвенных исследований.

Уровень почвенного покрова. Этот уровень структурной организации представляет собой почвенный покров определенной территории, на которой в зависимости от особенностей рельефа, почвообразующих пород и других местных условий формируются почвенные комбинации, представленные разными почвами.

Для получения исчерпывающей информации о почве как природном объекте необходимо проведение исследований на всех уровнях ее организации.

Источник