Почва фазовый состав почвы

Фазовый состав почв

Почву в почвоведении представляют как многофазное природное тело, которое организовано веществами, находящимися в трёх фазовых состояниях (твердом, жидком и газообразном), а также веществом, населяющих почву живых организмов.

Твердая фаза почвы– это поликомпонентная, полидисперсная органоминеральная система, формирую­щаяся в процессе почвообразования из материнской горной поро­ды и образующая твердый каркас почвенного те­ла. Она содержит обломки горной породы, остаточные минералы, раститель­ные остатки и продукты их разложения, гумус, вторичные глинистые минералы, простые соли и оксиды. Твердую фазу почвы характеризуют структурой, порозностью, гранулометрическим, минералогическим и химическим составами.

Жидкая фаза почвы –это вода в почве, или почвенный раствор – динамичная (изменяющаяся) по объему, химическому и фазовому составу часть почвы, заполняющая ее поровое пространство. Жидкая фаза почвы при низких температурах переходит в твердое состояние, пре­вращаясь в лед, при повышении температуры часть почвенной воды испа­ряясь, переходит в газовую фазу почвы. Жидкая фа­за – основный фактор дифференциации почвенного профиля, поскольку лишь в результате вер­тикального и латерального передвижения воды в почве происходит перемеще­ние тех или иных веществ в виде суспензий или раство­ров.

Газовая фаза почвы–это воздух, заполняющий в почве поры, свободные от воды. Состав этого воздуха существенно отличается от атмосферного воздуха и дина­мичен во времени.

Живая фаза почвы–это населяющие ее живые организмы, участвующие в процессе почвообразования.К ним относят различные бактерии, грибы, водоросли и представителей почвенной микро- и мезофауны: простейшие, насекомые, черви и пр., а также кор­невые системы растений.

Все четыре фазы почв неразрывны. Они существуют и функционируют как единое тело биогеосферы.

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

Почва фазовый состав почвы

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 CuFeS_2, 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