Состав почв минералогический гранулометрический химический

Состав почв минералогический гранулометрический химический

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

Гранулометрический состав почв и пород. Классификация механических элементов. Химический и минералогический состав гранулометрических фракций. Скелетность почв.

Почва – сложная полидисперсная система, состоящая из четырех фаз: твердой (минеральные и органические частицы), жидкой (почвенный раствор), газообразной (почвенный воздух) и живой (почвенные организмы).

Твердая фаза почв и почвообразующих пород состоит из частиц различного размера. Отдельные частицы (гранулы) называются механическими элементами. В почве преобладают минеральные частицы, образовавшиеся при выветривании горных пород. Кроме минеральной части в почве содержаться органические частицы, происхождение которых обусловлено биологическими процессами; наличие небольшого количества органо-минеральных фракций в почве связано с процессами взаимодействия минеральных и органических компонентов. Близкие по размеру и свойствам частицы объединяют в следующие фракции.

Частицы более 1 мм называют скелетом почвы, менее 1 мм – мелкоземом. В мелкозем входят: физический песок (частицы более 0,01 мм) и физическая глина (частицы менее 0,01мм). В разных почвах содержание мелких и крупных фракций сильно варьирует.

Гранулометрическим составом почвы называют соотношение частиц различной крупности, выраженное в процентах.

Камни –это обломки горных пород. Наличие камней в почвах затрудняет работу сельскохозяйственной техники, препятствует появлению всходов, росту и развитию растений.При значительном содержании камней в почве проводят мелиоративные работы по их удалению.

По содержанию агрегатов размером более 3 мм (в % от массы почвы) выделяют почвы: некаменистые – 0,5 и менее, среднекаменистые – 5-10 и сильнокаменистые – более 10.

Гравий представляет собой обломки первичных материалов. При высоком содержании гравия ухудшаются свойства почвы, снижается ее способность удерживать влагу, что неблагоприятно влияет на развитие сельскохозяйственных культур.

Песок – состоит из обломков кварца и полевых шпатов, обладает высокой водопроницаемостью и низкой влагоемкостью, не набухает, не пластичен. Песчаные фракции имеют низкое содержание элементов питания.

Пыль крупная характеризуется некоторыми свойствами песка: не пластична, имеет низкую влагоемкость, не набухает.

Пыль средняя – более дисперсная система по сравнению с крупной пылью, лучше удерживает влагу, имеет повышенную пластичность и связность.

Пыль мелкая – обладает рядом свойств, не присущих более крупным фракциям: содержит повышенное количество гумусовых веществ, способна образовывать структурные агрегаты, обладает поглотительной способностью. Однако при высоком содержании мелкой пыли в неагрированном дисперсном состоянии почва имеет следующие отрицательные свойства: низкую водопроницаемость, липкость, плотное сложение.

Ил оказывает положительное влияние на все свойства почвы. Илистая фракция имеет высокую физико-химическую поглотительную способность, содержит много гумуса и элементов питания. Эта фракция благодаря своей способности коагулировать склеивает механические элементы в агрегаты, создавая ценную структуру почвы. Структурная почва даже при высоком содержании ила имеет благоприятные физические свойства. Однако илистая фракция, находясь в дисперсном распыленном состоянии, характеризуется отрицательными физическими свойствами.

Химический и минералогический составы также зависят от размера фракций. Песчаные и пылеватые фракции в основном состоят из первичных минералов и отличаются высоким содержанием оксида кремния и низким содержанием оксидов алюминия, железа, кальция, магния, калия, фосфора и др. В илистой фракции, наоборот, содержание оксида кремния снижается и значительно повышается содержание всех элементов питания.

В песчаных и пылеватых фракциях преобладают такие первичные минералы, как кварц и полевые шпаты (ортоклаз, микроклин, альбит), а также инертные соединения кремниевой кислоты.

Классификация почв по гранулометрическому составу. Почвы состоят из фракций механических элементов, находящихся в различных количественных соотношениях. Различные фракции механических элементов имеют неодинаковые физические и химические свойства.

В основе классификации почв по гранулометрическому составу лежит соотношение фракций физической глины и физического песка. В классификации, предложенной Н. А. Качинским, учитываются генетические особенности почв.

Согласно классификации, сначала различают почвы по соотношению физической глины и песка, а затем учитывают преобладающие фракции. Полное название почвы по гранулометрическому составу дают с учетом трех фракций: глины, песка и преобладающей фракции. Причем фракцию, имеющую более высокий показатель, ставят в конце названия почвы. Например, если в подзолистой почве содержится 10% песка, 52% крупной пыли, 15% средней и мелкой пыли, 23% ила, то по гранулометрическому составу она относится к среднесуглинистой иловато-крупнопылеватой. В состав этой почвы входит 35% физической глины и 65% физического песка, а преобладающими фракциями являются крупная пыль – 52% и ил – 23%.

Химический и минералогический состав гранулометрических фракций. Скелет почв

Классификация механических элементов массы почвы – следует рассматривать не зависимо от типовой принадлежности. Форма элементов самая разнообразная и неправильная. И принято эту разнородную массу элементов классифицировать преобладанием в почве того или иного размера определяет в значительной мере многие физические свойства почвы.

Гранулометрический состав (механический) – относительно процентное содержание в почве фракций механических элементов.

Минеральная часть почв и почвообразующих пород представляет собой совокупность твердых частиц определенных размеров и форм.

Твердая фаза почвы состоит из частиц разного размера, которые называются механическими элементами. Разделение механических элементов во фракции называют классификацией механических элементов.

Наиболее широко используются две классификации механических элементов по крупности. Классификацию Охотина применяют в грунтоведении, Качинского – почвоведении:

· Частицы крупнее 1 мм называют скелетной частью почвы;

· Мельче 1 мм – мелкоземом;

· Более 0, 01 мм – физическим песком;

· Менее 0,01 мм – физической глиной.

Понятие «песок», «пыль», «ил» используют для обозначения различных механических фракций.

В основу разделения положены различия водно-физических свойств. В пылеватых почвах вода по капиллярам может подниматься вверх от уровня грунтовых вод, плохая водопроницаемость во влажном состоянии фракция ила высыхает и сжимается при этом выделении фракции представляет двоякий интерес:

1.Для последующего минерального анализа;

2.Для последующего определения гранулометрического состава почвы;

Классификация почв по гранулометрическому составу – подразделение почв и грунтов на группы по относительному процентному содержанию в них различных механических фракций. В настоящее время используется классификация Качинского, в которой в основное подразделение проводится по содержанию физического песка и физической глины.

Основа классификации была заложена Сибирцевым который разделял две группы почв:

Позднее привилась классификация по гранулометрическому составу почвы по Качинскому главным в ней было соотношение между физическим песком и физической глиной. И в настоящее время на основании физических показателей дается классификация почв по гранулометрическому составу почвы.

При использовании в народном хозяйстве различных почв название дается по верхнему горизонту, хотя профиль почвы состоит из разного рода гранулометрического состава почвы.

Содержание частиц физической глины:

· Песчаные почвы 0,1%

· Супесчаные 10 — 20%

· Легкосуглинистые 20 — 30%

· Среднесуглинистые 30 — 40%

· Тяжелосуглинистые 40 – 50%

· Глинистые более 50%

Существует классификация почв по скелетности:

(По процентному содержанию щебня, камней, гальки в почве)

Слабоскелетные 1 – 20%

Среднескелетные 20 – 40%

Сильноскелетные более 40%

Характерные изменения гранулометрического состава почв по генетическому профилю:

Профиль – чередование отдельных генетических горизонтов.

Гранулометрический состав почв отражает данные фракции во всех горизонтах почв, почвообразующей породе.

При гранулометрическом составе почвы изучаются фракции:

Песок крупный и средний 1 – 0,25 мм

Песок мелкий 0,25 – 0,5 мм

Пыль крупная 0,05 – 0,01 мм

Пыль средняя 0,01 – 0,005 мм

Пыль мелкая 0,005 – 0,001 мм

Илистая фракция менее 0,001 мм

Почвообразовательный процесс – совокупность явлений в результате которых применительно к местным условиям совершается тот или иной процесс.

Отдельные фракции механических элементов различаются по химическому и минералогическому составу, а также по физи­ко-химическим и физическим свойствам.

Классификация почв по гранулометрическому составу с учетом их генезиса (по Качинскому). Чем выше способность почвы к агрегированию, тем в меньшей степени проявляются свойства присущие глинистой фракции (высокая емкость поглощения, водоудерживающая способность, липкость, незначительная водопроницаемость и т.д.). Поэтому почвы степного типа почвообразования (черноземы, каштановые), красноземы и желтоземы переходят в категорию почв более тяжелого гранулометрического состава при большем содержании частиц, относящихся к физической глине, по сравнению с солонцами и почвами подзолистого типа почвообразования. При характеристике почв в ее названии отражают наличие камней.

Почва различного гранулометрического состава существенно различается по своим свойствам, так как каждая фракция имеет свои характерные особенности.

Значение гранулометрического состава почвы в ее плодородии и технике обработке

Гранулометрический состав почвы является довольно устойчивым признаком у почвообразующей породы. Учитывая все это все перечисленные почвы (песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые и т.д.) принято делить на две группы:

1.)Тяжёлые – глинистые, тяжелосуглинистые, среднесуглинистые.

2.)Легкие – песчаные, супесчаные, легкосуглинистые.

Минеральная часть почвы, определяет ряд важнейших почвенных показателей и свойств, непосредственно влияет на потенциальное и эффективное плодородие. Минералогический и химический состав, а отсюда запасы необходимых для растений питательных элементов связаны прежде всего с минеральной частью. От минеральной части зависят такие характеристики почвы, как аэрация, фильтрационная и водоудерживающая способность, структурность, пластичность, липкость, плотность, способность к коркообразованию, набухаемостъ и усадка, теплоемкость и теплопроводность. Все эти показатели и свойства имеют большое значение в земледельческой практике при обработке почвы, проведении химических мелиорации, внесении удобрений, орошении и осушении и тд.

Большое влияние минеральная часть твердой фазы почвы оказывает на агрономически значимые почвенные показатели через гранулометрический состав. Знание гранулометрического состава почв и почвообразующих пород позволяет земледельцу решать вопросы обработки почв, подбора возделываемых культур, устанавливать сроки проведения сельскохозяйственных работ. Для большинства культурных растений лучшими являются суглинистые почвы. Однако это зависит от культуры и климатических условий местообитании, так как разные растения в силу своих биологических особенностей предъявляют неодинаковые требования к почвенной влаге, плотности сложения почвы, аэрации. В различных климатических условиях почвы одинакового гранулометрического состава по величине эффективного плодородия значительно отличаются друг от друга.

Одним из важнейших свойств почв, связанных с гранулометрическим составом, является поглотительная способность.

Источник