Органические минеральный состав почв
Глава 3. МИНЕРАЛЬНАЯ ФАЗА ПОЧВЫ И ЕЁ СОСТАВ
§1. Химический и минералогический состав почвы
Почва состоит из четырех фаз: твердой, жидкой, газообразной и живой (рис. 3). Твердая часть в свою очередь подразделяется на минеральную и органическую часть и составляет 50 % от общего объема почвы. В гумусовых горизонтах на долю минеральной части приходится 87 – 98 %, органической – только 2 – 13 %, в более глубоких доля минеральной части возрастает до 99 –100 %.
Поскольку почва есть продукт изменения горной породы, то она наследует в общих чертах химический и минералогический состав этой породы. В состав почвы входят все химические элементы периодической таблицы. Основу твердой части составляют: О (47,0 %), Si (33,0 %), Al (7,13 %), Fe (3,8 %), Ca (1,37 %), K (1,36 %), Н (1 %), Na и Mg (по 0,63 %), на остальные элементы приходится около 4 %, из них на С приходится 0,023 %, на N2 – 0,002 %, на Р – 0,081 %, на S – 0,085 %.
Химические элементы и их соединения образуют минералы, а они в свою очередь объединяются в горные породы. Минералы – однородные по химическим свойствам природные тела с определенными физическими свойствами, образовавшиеся в земной коре при различных физико-химических процессах. Известно около 4000 минералов, но из них в состав горных пород входит около 50.
Минералы горных пород по химическому составу делятся на следующие классы:
1. Самородные элементы: минералы, находящиеся в свободном состоянии: золото, платина, серебро, из металлоидов – сера, графит, алмаз, составляющие менее0,1% массы земной коры, преимущественно редкие.
2. Сульфиды – соли сероводородной кислоты, составляющие 0,25% массы земной коры, в основном руды (пирит FeS2 или железный или серный колчедан, халькопирит CuFeS2, или медный колчедан, галенит PbS, или свинцовый блеск, киноварь HgS).
3. Галогениды – соли галоидноводородных кислот (HCl, HF), относятся к вторичным минералам, образующимся при осаждении из растворов (галит NaCl или каменная соль, сильвин KCl, флюорит CaF2, или плавиковыйшпат).
4. Оксиды и гидроксиды – широко распространенные породообразующие минералы, играющие важную роль в геологических процессах (кварц SiO2 – самый распространенный породообразующий минерал 65 % в земной коре, халцедон SiO2, опал SiO2•nH2O, илигидроксид кремния, магнетит F3O4, или магнитный железняк, гематит Fe2O3 – красный железняк, лимонит 2Fe2O3•3H2O, или бурый железняк, корунд Al2O3, боксит Al2O3•2H2O, пиролюзит MnO2, или марганцевая руда).
5. Карбонаты – соли угольной кислоты (кальцит CaCO3, или известковый шпат, магнезит MgCO3, доломит CaMg(CO3)2, сидерит FeCO3, или железный шпат).
6. Сульфаты – соли серной кислоты (гипс CaSO4•2H2O, мирабилит Na2SO4•10H2O, или глауберова соль).
8. Нитраты – соли азотной кислоты (натриевая селитра NaNO3, калиевая селитра KNO3).
9. Силикаты и алюмосиликаты – самые распространенные в природе минералы, они составляют 95 % массы земной коры (полевые шпаты – ортоклаз K(AlSi3O8), слюды – мусковит KАl2[AlSi3О10], или бесцветная слюда, биотитK(Mg,Fe)3[Si3Al10](OH)2),или черная слюда).
10. Органические соединения – это углеводородные соединения, образовавшиеся из отмерших остатков биоты (нефть, ископаемые угли, янтарь).
По происхождению минералы делятся на первичные, или магматические, образовавшиеся в недрах Земли при затвердевании магмы в определенных температурах и давлении, и вторичные, или экзогенные, претерпевшие химические изменения, из которых формируются рыхлые осадочные породы. Наиболее распространенными первичными минералами являются кварц, полевые шпаты, слюды, преобладающие в крупных фракциях почвы. От количества первичных минералов зависят физические свойства почв, и они являются резервным источником зольных элементов питания растений, в результате их видоизменения образуются вторичные минералы. Вторичными минералами являются минералы простых солей, минералы оксидов и гидроксидов, глинистые минералы. Минералы простых солей (кальцит, магнезит, доломит, гипс и др.) определяют качественный и количественный состав засоления почв. Минералы оксидов и гидроксидов благодаря своей огромной поверхности поглощают много фосфора, делают его малодоступным растениям. Глинистые минералы (монтмориллонит, каолинит, гидрослюды и др.) преобладают в тонкодисперсных фракциях, в сочетании с гумусовыми кислотами способствуют улучшению водно-физических свойств почв, являются источниками элементов минерального питания для растений, обусловливают поглотительную способность почв.
§2. Гранулометрический состав почвы
Твердая фаза почвы состоит из частиц различной величины, которые называются механическими элементами и могут быть органическими, минеральными и органо-минеральными. Соотношение частиц разного диаметра, выраженное в процентах, называется гранулометрическим (механическим) составом почвы. В почве соотношение частиц разного диаметра зависит в значительной мере от того, на какой материнской породе она формируется и очень мало меняется в процессе почвообразования. Так, кислые, богатые кварцем породы дают много крупного песчаного материала, элювий основных, богатых легко выветривающимися минералами пород (известняк) дает много тонкодисперсных частиц.
Свойства механических элементов зависят от их размеров. Близкие по размерам элементарные частицы объединяются во фракции. Группировка частиц по размерам во фракции называется классификацией гранулометрических элементов. Наиболее широко применяется классификация, разработанная Н.А.Качинским (табл.1).
Несмотря на некоторую условность границ фракций, в целом данная классификация отражает реально существующие различия в свойствах частиц разного диаметра, что в свою очередь определяет свойства почвы в зависимости от преобладания той или иной фракции в составе почвы.
Камни и гравий представлены обломками горных пород и минералов, большое содержание этих фракций придает почвам неблагоприятные физические свойства – провальную водопроницаемость, отсутствие водоподъемной способности и низкую влагоёмкость, затрудняет использование сельскохозяйственных машин и орудий, является механическим препятствием для роста и развития растений. В малом количестве рыхлят почву.
Песчаные фракции состоят из обломков первичных минералов с преобладанием кварца, имеют высокую водопроницаемость, слабое набухание, непластичны. Однако в отличие от гравия обладают некоторой влагоемкостью и капиллярностью, поэтому на природных песках возможно выращивание сельскохозяйственных растений.
Пыль крупная по минералогическому составу и некоторым физическим свойствам мало отличается от песка, непластична, слабо набухает и обладает невысокой влагоемкостью.
Пыль средняя и мелкая состоит из первичных и вторичных минералов. В связи с этим она способна к коагуляции и структурообразоваиию, обладает поглотительной способностью, обогащена гумусовыми веществами, имеет повышенную пластичность, связность и водоудерживающую способность. Однако почвы с высоким содержанием этих фракций имеют такие неблагоприятные свойства, как низкая водопроницаемость, липкость, высокая набухаемость. Такие почвы содержат много недоступной для растений воды.
Илистая фракция состоит преимущественно из высокодисперсных вторичных минералов, имеет большое значение в плодородии почв, обладает высокой поглотительной способностью, содержит много гумусовых веществ, элементов минерального питания, активно участвует в структурообразовании.
На практике часто упрощают классификацию Н.А.Качинского и подразделяют все элементы на крупнозем (скелет или каменистая часть почвы > 1 мм) и мелкозем ( 80 %.
В Республике Беларусь, где преобладают песчаные и супесчаные почвы (рис.4), учитывают каждый процент глины, классификация почв по механическому составу несколько иная (табл. 2).
Различные по гранулометрическому составу почвы значительно отличаются по содержанию элементов питания, водным, воздушным и тепловым свойствам и по сопротивляемости обработке делятся на легкие и тяжелые.
Легкие почвы – песчаные и супесчаные – легко обрабатываются, весной быстрее прогреваются, полевые работы на них можно проводить раньше. К отрицательным свойствам песчаных и супесчаных почв относятся невысокое содержание гумуса и элементов питания, низкая влагоемкость и поглотительная способность. Эти почвы считают бедными и сухими.
Классификация почв Беларуси по гранулометрическому составу
Содержание физической глины (в % от веса почвы)
Для повышения плодородия легких почв необходимо применять органические и минеральные удобрения, возделывание бобовых для запахивания в качестве удобрений – эффективная мера повышения их плодородия. Иногда применяют глинование. Тяжелые почвы – глинистые и тяжелосуглинистые – содержат много элементов питания, но отдают их с трудом, имеют плохие водно-физические свойства. Во влажном состоянии они вязкие, липкие, при высыхании становятся твердыми, тяжело обрабатываются. Для повышения плодородия тяжелых почв необходимо улучшать их структуру путем систематического внесения органических удобрений. Среднесуглинистые и легкосуглинистые почвы сочетают достоинства легких и тяжелых почв и обладают наиболее благоприятными водно-воздушными, питательными, тепловыми свойствами.
Вместе с тем следует учитывать, что в различных климатических условиях значение одного и того же гранулометрического состава проявляется по-разному. В северных областях, где короткое лето и недостаток тепла, легкие почвы ценятся за способность быстро прогреваться, что позволяет раньше провести посев и увеличить продолжительность вегетационного периода. В районах засушливого климата предпочтительнее почвы тяжелые при условии их оструктуривания. Различные сельскохозяйственные культуры также неодинаково относятся к гранулометрическому составу почв. Так, люпин, сераделла, сорго, картофель, кукуруза, гречиха, просо – предпочитают легкие почвы. Пшеница, ячмень, свекла капуста дают устойчивые урожаи на среднесуглинистых почвах, а овес – даже на тяжелосуглинистых и глинистых.
Механический состав почв можно определить и непосредственно в поле. Перед собственно определением механического состава небольшой образец почвы смачивается водой и размешивается до консистенции густого теста – вода из почвы не отжимается, но почва блестит и мажется. Раскатывается на ладони в шнур и сворачивается в колечко. Толщина шнура около 3 мм, а диаметр кольца около 3 см. По признакам, приведенным на рис. 5, определяется гранулометрический состав.
Рис. 5. Мокрый способ определения механического состава почв в поле
Гранулометрический состав имеет большое значение для почвообразовательного процесса и влияет на следующие свойства почв: 1) водопроницаемость и скорость фильтрации воды; 2) водоподъемную силу; 3) влагоёмкость; 4) аэрацию (воздухообеспеченность); 5) набухание и усадку; 6) тепловые свойства; 7) структурность; 8) способность накопления гумуса; 9) запасы питательных элементов и их доступность растениям; 10) затраты энергии на обработку.
Знание гранулометрического состава почв позволяет определить оптимальные сроки сельскохозяйственных работ, дозы и сроки внесения удобрений и весь комплекс мероприятий по рациональному использованию и охране почв.
Источник
Состав почвы. Органическая и минеральная часть почвы.
1). Почва состоит из трех фаз – твердой, жидкой или почвенного раствора, и газообразной, или почвенного воздуха, которые находятся в тесной взаимосвязи.
Почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа и несколько меньшим – кислорода. В атмосферном воздухе со-держится 0,03 % СО2, а в почвенном – 0,3-1,0 (иногда 2-3 % и более). Почвенный раствор – наиболее подвижная и активная часть почвы, в к ото-рой совершаются различные химические процессы и из которой растения усваивают питательные вещества. Представляет собой воду с растворенными в ней минеральными солями. Твердая часть почвы состоит из минеральной части (разрушенные горные породы), на которую в большинстве почв приходится около 90-99 % массы твердой фазы, и органической части. Почти половина твердой фазы приходится на кислород, одна треть на кремний, более 10 % на алюминий и железо и только 7 % – на остальные элементы. Азот почти целиком содержится в органической части почвы.
Важнейшей частью почвы является органическое вещество. Органическая часть подразделяется на две группы: 1) негумифицированные органические вещества растительного и животного происхождения;2) органические вещества специфической природы или перегнойные.
В группу негумифицированных веществ входят отмершие, но не разложившиеся или полуразложившиеся остатки растительного и животного происхождения. Они являются источником питательных веществ для растений, легко разлагаются в почвы и переходят в доступную для растений минеральную форму.mОколо 85-90 % общего количества органического вещества приходится на долю гумусовых веществ – высокомолекулярных азотсодержащих соединений. Гумусовые вещества по составу и свойствам делят на следующие группы: гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумины.
Содержание гумуса в верхнем слое наших дерново-подзолистых почв колеблется от менее 1 до 3 % и более, в черноземах – до 10-12 % и более.
Незначительная часть гумусовых веществ в почве находится в свободном состоянии, остальная часть вступает во взаимодействие с минеральной частью, образуя органоминеральные соединения, которые позволяют закреплять гумус в почве.
Следует указать, что в жизни почвы – в ее генезисе и развитии плодородия –огромная роль принадлежит не только гумусовым веществам, но и неразложившимся органическим остаткам. Органическое вещество является источни-ком элементов питания (N, P , K, Ca, микроэлементов), служит материалом для создания структурных агрегатов, регулирует связность почвы (уменьшает силу сцепления глины и увеличивает сцепление песка), снижает сопротивление при обработке почв, улучшает газообмен, что положительно влияет на жизнедеятельность микроорганизмов, улучшает водно-воздушный, тепловой режимы почвы.
Основными приемами, способствующими повышению содержания гумуса в почве, являются: систематическое внесение органических удобрений, посев сидеральных культур, многолетних трав, известкование кислых почв, рациональ-ная система обработки почвы, проведение мелиоративных мероприятий.
Минеральная часть почвы состоит преимущественно из частиц различных минералов. Частицы различных размеров принято называть механическими элементами. Частицы более 1 мм называют скелетом почвы или ее каменистой частью, все частицы мельче 1 мм – мелкоземом. В мелкоземе выделяют две фракции: физический песок (размер частиц более 0,01 мм) и физическую глину (менее 0,01 мм). Относительное или процентное содержание в почве частиц различного размера называют гранулометрическим составом почвы. Процентное соотношение фракций физического песка и физической глины положено в основу классификации почв по грансоставу. Гранулометрический состав – важная агрономическая характеристика поч-вы. Он оказывает огромное влияние на ее механические свойства, на водный, воздушный, тепловой и пищевой режимы, удельное сопротивление и износ рабочих органов почвообрабатывающих орудий. По отношению к механической обработке выделяют легкие и тяжелые почвы. Легкие почвы (песчаные и супесчаные) обладают хорошей водопроницаемостью и аэрацией, слабо удерживают влагу, они бесструктурны, бедны гумусом и элементами питания. Тяжелые почвы (глинистые) плохо водопроницаемы, но способны удерживать много влаги длительное время. В тяжелых почвах на-капливается больше гумуса и элементов питания, они способны к оструктури-ванию. Такие почвы оказывают большое сопротивление при обработке, так как обладают большой связностью и липкостью во влажном состоянии.
9. Понятие о плодородии почв. Категории почвенного плодородия.Учение о плодородии пахотных земель и его воспроизводстве – теорети-ческая основа научного земледелия.Как мы уже говорили ранее плодородие почвы – основное специфическое свойство, которое отличает ее от материнской породы. Понятие почва и плодо-родие – неразрывны. Оно формируется в результате длительного развития при-родного почвообразовательного процесса, на который, при сельскохозяйствен-ном использовании почв, налагается процесс окультуривания.В соответствии с современными представлениями под плодородием следу-ет понимать способность почвы удовлетворять потребности растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством воздуха, тепла и физико-механической средой, благоприятной для нормального роста и развития. Плодородная почва содержит достаточное количество питательных веществ и воды, имеет оптимальный воздушный и тепловой режимы; такая почва устой-чива к различным факторам разрушения и пригодна для применения новейших технологий; она чиста от сорняков , болезней и вредителей и быстро «излечива-ется» от почвоутомления.Плодородие – это одно из условий получения высоких урожаев, хотя и не обязательно характеризуется его величиной, так как здесь действует еще целый ряд факторов – климат, растения, время, труд земледельца и др.Различают три категории плодородия почвы: естественное, или природное; Естественное – плодородие, которым обладает почва в природном состоянии без вмешательства человека, формирующееся под влиянием природных факто-ров почвообразования.Эффективное (искусственное) плодородие свойственно пахотным почвам, используемым в сельскохозяйственном производстве, и проявляется в виде их способности поддерживать тот или иной уровень урожая с/х культур. Зависит от уровня развития науки и техники, от возможности наиболее полно использо-вать природное плодородие.Экономическое плодородие – экономическая оценка участков почв в связи с ее потенциальным плодородием и экономическими характеристиками участка: расстояние от дорог, центров энергоснабжения, водоемов, размер и конфигура-ция поля и т. д.Выделяют еще и потенциальное плодородие – это суммарное плодородие почвы, определяемое ее свойствами, как приобретенными в процессе почвооб-разования, так и созданными или измененными человеком.Как уже отмечалось плодородие почвы – это обеспечение растений всеми почвенными факторами жизни. К ним относятся весь комплекс агрофизических, биологических и химических свойств почвы и их годовое изменение. Выделяют три группы факторов: биологические, агрохимические и агрофизические.К биологическим факторам относятся: содержание и состав органическ о-го вещества, почвенная биота и чистота почвы от сорняков, вредителей и возбу-дителей болезней.Важнейшим показателем является содержание в почве органического веще-ства. Оно обеспечивает высокий уровень азотного питания растений, а за счет увеличения емкости поглощения почвы создает условия для восприятия, акку-муляции и распределения влаги и вносимых удобрений, поддерживает опти-мальный воздушный и тепловой режимы почвы. Основными источниками ор-ганического вещества, поступающего в почву являются растительные остатки и вносимые органические удобрения. По данным БелНИИПА в условиях РБ в почву с растительными остатками поступает от 2 до 3,5 т органического веще-ства на 1 га, что составляет 500-600 кг/га гумуса.По количеству органического вещества, оставляемого после уборки, основ-ные с/х культуры можно разделить на 3 группы: 1. многолетние бобовые и злаковые травы оставляют максимальное количе-ство растительных остатков;2. однолетние зерновые и зернобобовые культуры сплошного сева;3. пропашные культуры – оставляют после себя минимальное количество растительных остатков.Второй источник получения органического вещества – внесение органиче-ских удобрений. От внесенной 1 т этих удобрений образуется 35-50 кг гумуса. В условиях РБ при современном ведении производства ежегодно минерализуется 1,2 т/га гумуса, причем от 400 до 700 кг его образуется за счет растительных ос-татков, остальное необходимо довнести с органическими удобрениями. Поэто-му для простого воспроизводства гумуса необходимо вносить 12,6 т/га навоза, что позволит поддерживать содержание гумуса в почве на уровне 2-3 %.Также плодородие почве в значительной степени определяется фитосани-тарным состоянием почвы, т. е. чистотой ее от сорняков, вредителей и болезней, токсических веществ, выделяемых растениями, микрофлорой и продуктами их разложения.Группу агрохимических факторов плодородия составляют содержание и режим питательных веществ, а также щелочно-кислотные и поглотительные свойства почвы. Необходимо в почвенном растворе создавать оптимальные со-отношения между питательными элементами. Это достигается внесением ми-неральных удобрений, известкованием или гипсованием. Более подробно об этом мы поговорим в дальнейшем.В группу агрофизических факторов следует отнести гранулометрический состав почвы, структура и строение пахотного слоя, мощность пахотного гори-зонта и т . д.По характеру воздействия на организмы факторы плодородия могут быть разделены на группы: 1) необходимые для жизни; 2) косвенные; 3) токсические; 4) случайные.К необходимым факторам плодородия относятся световая энергия, пита-тельные вещества, тепло и др.Косвенные факторы плодородия влияют на интенсивность и характеры дей-ствия необходимых факторов жизни. Их набор и особенности определяются средой обитания.Токсические факторы нарушают физиологические функции организма рас-тений. С нарастанием их содержания в среде происходит снижение продуктив-ности и гибель растений (химические соединения, фитонциды).
Источник