Жидкая часть почвы представляет

§ 50. Почва

Вспомните

• Что такое почва? Чем почвы отличаются от горных пород? Из чего образуется перегной? Зачем удобряют почву?

Почва и ее состав. Почва образуется на границе земной коры и атмосферы.

Почва — это поверхностный слой земной коры на суше, обладающий плодородием.

Почва состоит из твердой, жидкой и газообразной частей. Твердая часть почвы — это частички разрушенных горных пород и перегной, перемешанные друг с другом. Песчаные и глинистые частицы — неорганическая часть почвы, а перегной — органические вещества. Жидкая часть почвы — это вода с растворенными в ней органическими и неорганическими веществами. Вода заполняет поры между твердыми почвенными частицами. Газообразная часть представляет собой почвенный воздух, который, как и вода, заполняет поры и пустоты между частицами почвы. Из почвы получают питательные вещества, воду и воздух растения. Русский ученый В. В. Докучаев создал науку о почве, законах ее образования и сохранения плодородия — почвоведение.

Почва пронизана корнями растений и служит средой обитания для множества животных и микроскопических водорослей, грибов и бактерий (рис. 174). Именно в ней отмечается самое большое во всей биосфере сгущение жизни. В каждом грамме почвы микроскопических организмов больше, чем людей на Земле. Корни растений и почвенные организмы — такая же неотъемлемая часть почвы, как и частички пород и перегной.

Рис. 174. Почвенные организмы

Условия образования почв. Образование почвы зависит от многих условий: состава горных пород, климата, поверхностных и подземных вод, растительности, животных.

Горные породы, на которых образуется почва, называются почвообразующими (материнскими). На песках формируются песчаные почвы, на глинах — глинистые, на россыпях камней — каменистые.

С климатом связано не только обеспечение почвы теплом и водой. От него зависит скорость выветривания горных пород и образование перегноя, характер растительности и животного мира.

Почвы очень тесно связаны с живыми организмами. Отмирающие растения и их части с помощью микроорганизмов превращаются в перегной. Почвенные животные перерывают и перемешивают почву. Особенно велика роль дождевых червей.

Таким образом, почва — это особое природное тело, в котором живое и неживое вещество сливаются в единое целое.

Рис. 175. Горизонты почвы

Верхний почвенный горизонт — перегнойный. В нем накапливаются остатки отмерших растений и образуется перегной. Ниже находятся переходные горизонты. Здесь происходит переход от перегнойного горизонта к почвообразующей (материнской) породе. Самый нижний горизонт — это сама почвообразующая порода.

Особые условия образования почв — время и хозяйственная деятельность человека. Формирование почвы происходит очень медленно. За 100 лет ее толщина увеличивается всего на 0,5—2 см. В отличие от природных условий, воздействие человека на почву целенаправленно. Люди изменяют почву в соответствии со своими потребностями.

От чего зависит плодородие почв. Плодородие почв определяется их свойствами: содержанием перегноя, влаги, воздуха, а также составом почвообразующих пород. Каменистые и песчаные почвы неплодородны, так как из них легко вымываются минеральные вещества и перегной. Повышают плодородие почв путем внесения удобрений. Чем больше в почве перегноя, тем больше питательных веществ для растений. Самые плодородные почвы — черноземы — сформировались в степях.

Строение почв. В почве выделяется несколько горизонтов, напоминающих слои (рис. 175). Горизонты появляются постепенно, по мере образования почвы. Они не имеют резких границ и плавно переходят один в другой.

Почвенные горизонты отличаются друг от друга количеством перегноя, цветом, составом.

Из-за разнообразия условий образования выделяют много типов почв, имеющих разное строение и свойства. В России наиболее распространены подзолистые почвы. Они образуются под пологом хвойных и смешанных лесов. А на юге нашей страны под степной травянистой растительностью сформировались черноземы (рис. 176).

Рис. 176. Чернозем и подзолистая почва

Сравните строение подзолистой почвы и черноземной. Найдите черты сходства и различия.

Вопросы и задания

1. Какие части входят в состав почвы?
2. Какие условия влияют на формирование почв? В каких условиях образуются наиболее плодородные почвы, а в каких — наименее плодородные?
3. Чем подзолистые почвы отличаются от черноземов?

Источник

Жидкая фаза почвы

Жидкая фаза почвы (вода, почвенные растворы) является ее неотъемлемой частью и выполняет разнообразные функции.

Именно эта фаза обеспечивает перераспределение веществ в почвенном профиле и формирует его как целостную систему. В самом процессе перемещения продуктов фотосинтеза и почвообразования в жидкой фазе можно выделить три типа элементарных почвенных процессов:

• мобилизация (метаморфизм минеральных или органических веществ, часто просто растворение), приводящая к элювиированию (потере) элементов, коллоидов и органоминеральных соединений;
• миграция веществ в почвенном профиле и за его пределы;
• осаждение веществ в разных формах (иммобилизация, аккумуляция) в области барьеров — физического (изменение плотности и структуры порового пространства, испарительный барьер на границе капиллярной каймы, градиенты влажности), биохимического (карбонатизация, сульфатизация), физико-химического (изменения окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных условий, поглотительной способности).

Процессы перемещения вещества и энергии с жидкой фазой почвы

С осаждением веществ связано образование иллювиальных горизонтов.

Соотношение процессов элювиирования, миграции и иллювиирования определяет тип строения почвенного профиля. Эти процессы отражены в названиях многих генетических горизонтов, что способствует пониманию генезиса почв.

Почвенная влага представляет собой, во-первых, особую физико-химическую систему, в которой протекают различные процессы и химические реакции, необходимое звено в межфазных взаимодействиях, во-вторых, транспортную геохимическую систему, обеспечивающую перемещение продуктов почвообразования в профиле и экосистеме, в-третьих, систему жизнеобеспечения растений, поденных животных и микроорганизмов.

Категории почвенной влаги

Вода в почвах может находиться в разных состояниях, отличающихся физическими свойствами и функциями. Порции почвенной воды, обладающие одинаковыми свойствами, называются категориями, или формами, почвенной влаги.

Различают пять категорий почвенной влаги: химически связанная; парообразная; физически связанная, или сорбированная; свободная; твердая.

Категории (формы) почвенной влаги

Химически связанная вода представлена гидроксильной группой ОН химических соединений (гидроксиды железа, алюминия, марганца, органические и органо-минеральные соединения, глинистые минералы) и целыми водными молекулами кристаллогидратов (например, гипс — CaSO₄ · 2Н₂O). Эта вода входит в состав твердой фазы почвы и не является самостоятельным водным телом и растворителем, не перемещается.

Парообразная вода всегда содержится в почве. При понижении температуры почвы парообразная вода в результате конденсации переходит в жидкую. Она играет чрезвычайно важную роль в обеспечении почвенных обитателей водой в условиях резкого дефицита доступной влаги.

Физически связанная, или сорбированная, вода — это вода, сорбированная на поверхности твердых частиц. В зависимости от прочности удержания воды сорбционными силами твердых частиц, физически связанная вода подразделяется на две подсистемы: прочносвязанную и рыхлосвязанную.

Прочносвязанная вода — это вода, поглощенная почвой из парообразного состояния. Свойство почвы сорбировать парообразную влагу на поверхности твердых частиц называют гигроскопичностью почв, а поглощенную таким образом влагу — гигроскопической. Гигроскопическая влага неподвижна, не замерзает, не растворяет электролиты, не доступна растениям.

Предельное количество воды, которое может быть поглощено почвой из парообразного состояния при относительной влажности воздуха 94—98 %, называют максимальной гигроскопической водой. Значение этого показателя зависит от величины удельной поверхности почвы и обычно изменяется от 0,5—1,0 % (в песчаных Сдабогумусированных почвах) до 15—16% (в сильногумусированных суглинистых и глинистых почвах). В торфяных почвах МГ может достигать 30—50 %.

Рыхлосвязанная (пленочная) вода — это вода, поглощенная из жидкого состояния и удерживаемая в почвах на поверхности частиц сорбционными силами сверх значений максимальной гигроскопичности. Пленочная вода может очень медленно перемещаться в жидкой форме. Она частично доступна для растений.

Свободная вода находится вне зоны действия сорбционных сил. Эта форма воды подразделяется на два подтипа: капиллярную и гравитационную.

Капиллярная вода удерживается в почвенных капиллярах под действием менисковых (капиллярных) сил. Менисковые силы проявляются в порах диаметром от 3 до 100 мкм. Капиллярная вода высоко подвижная. Она подразделяется на капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую. Капиллярно-подвешенная вода образуется при промачивании почв сверху (во время дождя или полива). Она удерживается в почве менисковыми силами и как бы «висит» над сухим слоем. Капиллярно-подпертая вода — это капиллярная вода, связанная с грунтовыми водами и с водоподъемной способностью почвы.

Гравитационная вода свободно стекает в почве под действием гравитационных сил. Если все поры в почве заполняются водой, то в почве формируется водоносный горизонт. Воды внутрипочвенных: водоносных горизонтов подразделяют на грунтовые, почвенной грунтовые и почвенные (почвенная верховодка — гравитационная) вода, временно скапливающаяся с образованием водоносного горизонта в профиле почвы над водоупорным слоем). Характерна для почв на двучленных почвообразующих породах.

Твердая вода в почве — это лед, образующийся при промерзаний почвы в зимний период. Лед разрыхляет почву и играет важную роль в формировании почвенной структуры. Поскольку почвенная вода — всегда раствор, температура ее замерзания ниже 0 °С. В результате закупорки пор льдом в почве возможно образование водонепроницаемого «запирающего» слоя в весенний период, над которым временно застаивается внутрипочвенная вода.

Все формы воды в почве образуют единую водоносную систему. Парообразная, химически и физически связанные формы води всегда присутствуют в почве. Гравитационная вода появляется в почве периодически, после выпадения осадков объемом выше 5 мм. При залегании уровня грунтовых вод в границах профиля гравитационная вода может находиться в почве постоянно. Содержание капиллярных форм влаги в почве зависит от частоты выпадений осадков и расхода влаги на транспирацию и испарение. При близком залегании уровня грунтовых вод капиллярная влага присутствует в профиле почвы постоянно.

Почвенные растворы

По В. В. Докучаеву, почвенная влага — это своего рода «кровь ландшафта», насыщенная разнообразными химическими элементами вода, по В. И. Вернадскому, — это «основной субстрат жизни», активный участник всех почвенных процессов.

Почвенный раствор — это жидкая фаза почвы, особая геохимическая система, включающая растворенные соли, органические и органо-минеральные соединения, газы и коллоиды. Почвенный раствор является продуктом почвообразования и жизнедеятельности почвенных обитателей. Приведена схема, помогающая представить влияние разных форм почвенной влаги на формирование почвенного раствора. Он включает в себя все формы свободной, капиллярной, рыхлой и частично прочносвязанной воды.

Почвенный раствор образуется в процессе взаимодействия поступающей в почву атмосферной (поливной) или грунтовой влаги с твердой, газообразной и живой фазами почвы. Он характеризуется составом катионов и анионов. К важнейшим катионам почвенного раствора относятся Са 2+ , Mg 2+ , Na + , К + , NH₄ + , Н + , Al 3+ , Fe 3+ , Fe 2+ . Среди анионов преобладают HCO₃ 2- , CO₃ 2- , NO₃ — , Cl — , SO₄ 2- , H₂PO₄ — , HPO₄ 2- .

Величина pH почвенных растворов изменяется в широком диапазоне: от 3—4 в кислых почвах до 8—9 в карбонатных, достигая максимума (10—11) в солонцах и содовых солончаках.

Концентрация растворов в разных типах почв изменяется от десятков миллиграммов до нескольких граммов на 1 л раствора. В засоленных почвах концентрация почвенного раствора может достигать нескольких десятков граммов на 1 л. Наиболее низкими концентрациями характеризуются подзолистые и болотные почвы Нежной зоны.

Содержание углерода в почвенных растворах подзолистых почв достигает нескольких десятков миллиграммов на 1 л.

Тесная связь с испарением, с жизнедеятельностью растений и микроорганизмов обусловливает ярко выраженную суточную и сезонную динамику концентрации и состава почвенного раствора; Изменение концентрации и состава раствора в свою очередь приводит к изменению режима водного и минерального питания растений.

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

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