Pochvovedenie_Kovda_chast1

Приведенные уравнения для агрегатной и межагрегатной порозности справедливы лишь в том случае, если вся почва хо­ рошо и полностью агрегирована; если имеется в почве распылен­ ная неагрегированная часть, приходится вносить поправку на содержание агрегатов в общем объеме почвы, что можно сделать на основе данных структурного анализа.

Поскольку вода и воздух в почвенных порах являются анта­ гонистами (чем больше воды в почвенных порах при их неизмен­ ном объеме, тем меньше воздуха, и наоборот), важно знать соотношение пор, занятых водой и воздухом в тот или иной мо­ мент или в том или ином состоянии, которое определяется влаж­ ностью почвы.

Относительный объем пор, занимаемых прочносвязанной во­ дой (в%):

где Wнв— наименьшая влагоемкость почвы (см. гл. 6), % по массе.

Общая порозность, занятая разными категориями воды или при различной влажности почвы (в%), соответственно составит:

Описанное соотношение различной порозности почв было раз­ работано Н. А. Качинским под названием дифференциальной порозности почвы.

Почвы довольно существенно различаются между собой по порозности; различна порозность почв и в разных горизонтах профиля (табл. 3).

В общем случае можно сказать, что чем больше в почвах органического вещества, чем лучше они оструктурены, тем выше их общая порозность, а следовательно, тем лучше их водно-

58

физические и воздушно-физические свойства, определяющие пло­ дородие. Однако существенные поправки в это общее положе­ ние может внести соотношение между внутри- и межагрегатной порозностью, крупными и тонкими порами. Важное значение имеет и реальная конфигурация почвенных пор, связанных с их происхождением в почвенной массе:

— плоскопараллельные трещины (поры растрескивания, упа­ ковки) — это крупные поры с относительно параллельными стен­ ками, вытянутые в одном направлении, формирующиеся в ре­ зультате сжатия (усадки) почвенной массы в процессах увлаж­ нения — обсыхания, нагревания — охлаждения, замерзания — оттаивания, просадки. Они могут быть ориентированы вертикаль­ но, горизонтально, косо или образовывать сеть разной густоты; трещины составляют основной объем межагрегатной порозности;

— нерегулярные поры (поры растрескивания, упаков­ ки) — вытянутые или компактные пустоты неопределенной фор­ мы, открытые или замкнутые, внутри агрегатов или между ними;

— камерные поры (поры упаковки, выщелачивания, газовы­ деления) — округлые относительно крупные поры внутри агрега­ тов;

—пузырьковые поры (поры выщелачивания, газовыделе­ ния) — округлые очень мелкие поры внутри агрегатов, имеющие форму сфер или эллипсоидов;

—трубчатые поры (норы-ходы) — более или менее цилиндри­ ческие, вытянутые в одном направлении поры, простые или ден-

дритовые, закрытые или открытые, ориентированные в разных направлениях.

Общая характеристика почвенных пор была дана Н. А. Качинским, который выделял: микропоры диаметром до 0,01 мм; тонкие капиллярные поры внутри комков диаметром более 0,01 мм.

Т а б л и ц а 3. Общая порозность (скважность) разных типов почв

59

занятые водой и воздухом; средние поры в комках — ячейки, канальцы, которые при увлажнении наполняются водой, а после высыхания — воздухом; капиллярные поры на стыке комков,

большей частью заполненные водой в естественных условиях; крупные поры между комками, почти всегда заполненные возду­ хом (в незатопленных почвах).

Стенки пор могут быть построены из различного почвенного материала: неизменной основы, зерен скелета, плазменного ма­ териала (глинистое вещество, гумус, гидроксиды и т. д.), солей, осажденных из растворов на стенке в поре или выделенных в пору основой.

Обычно в каждом элементарном объеме почвы имеется ком­ бинация пор всех форм, размеров и генезиса, дающая в целом очень сложную суммарную характеристику общей порозности.

1.10. Микросложение почв

Под микросложением почв (микростроение по Е. И. Парфе­ новой и Е. А. Яриловой, 1977) понимается то сложение почвен­ ного материала, характеристическое для разных почвообразующих пород, почв и специфических почвенных горизонтов, кото­

агрегатов, включая особенности их поверхности. Микросложение почв изучается в разделе почвоведения — микроморфологии почв.

Развитие микроморфологии почв как раздела почвоведения связано с именем австрийского почвоведа Вальтера Кубиены, опубликовавшего в 1938 г. книгу «Микропочвоведение», где он систематически изложил новые представления о микросложении почв и ввел соответствующую терминологию. Большой вклад в развитие микроморфологии почв внесли И. И. Феофарова, Е. И. Парфенова, Е. А. Ярилова, Н. Г. Минашина, Г. Альтемюллер, А. И. Ромашкевич, Р. Брюэр, А Йонгериус, В. В. Добро­ вольский, Г. В. Добровольский, С. А Шоба, М И. Герасимова.

Микросложение почвы в принципе повторяет ее макросложе­ ние, однако имеет и некоторые специфические особенности, не видимые невооруженным глазом. Это та же структурная много­ фазная система, основа которой или матрица представлена твер­ дой фазой почвы, включающей почвенную плазму и зерна ске­ лета.

Матрица почвы — это ее каркас, состоящий из твердых час­ тиц почвы или их микроагрегатов с пустотами (порами) между ними. Представление о почвенной матрице, плазме и скелете, резко различающихся по своей роли в почвообразовании, было введено В. Кубиеной (1938).

Плазма почвенного материала — это та его часть, которая способна к перемещению, реорганизации и (или) концентрации в процессе почвообразования; она включает весь материал кол­ лоидного размера, минеральный или органический, и относитель-

60

тойчивые и нелегко пе­ ремещаемые, концентрируемые или реорганизуемые в процессе

почвообразования; они включают минеральные зерна и устойчивые кремниевые либо органические компоненты (элементарные поч­ венные частицы) крупнее коллоидного размера.

Таким образом, микросложение почвы — это пространствен­ ное соотношение (форма, размеры, расположение) матрицы, включающей скелет, плазму и поры, и почвенных микроновообра­ зований (рис. 6).

Для большинства почв характерна микрозональность сложе­ ния: неоднородность окраски всей почвенной массы или отдель­ ных ее частей, различия в агрегированности, зоны повышенной или пониженной концентрации тех или иных компонентов, раз­ личия в соотношении между скелетом, плазмой и новообразо­ ваниями. Микрозональность может проявиться и по какому-то одному компоненту, например по гумусу, соединениями железа, гипсу, кальциту, солевым выделениям. Согласно А. И. Ромашкевич и М. И. Герасимовой (1982), можно выделить следующие проявления микрозональности в микросложении почв.

1.Микрозональность в распределении оксидов и гидроксидов железа, проявляющаяся как при автоморфном почвообразовании на породах с неоднородным распределением железосодержащих минералов, так и, особенно, при гидроморфном почвообразовании при оглеении и псевдооглеении, в результате которых имеет место сегрегация соединений железа.

2.Микрозональность в распределении глинистого вещества, часто унаследуемая от осадочных почвообразующих пород или

61

появляющаяся при неоднородном распределении в исходных породах легковыветривающихся минералов. Обычным случаем такой микрозональности служит образование натеков тонкодис­ персного материала в иллювиальных горизонтах.

3. Микрозональность по гумусу наблюдается в большинстве почв, отражая локальную концентрацию органических остатков в почве на разных стадиях гумификации. Она может быть свя­ зана с наличием в почве копролитов (экскрементов почвенной фауны).

4.Микрозональность, связанная с миграцией солей в порах: максимальная концентрация солей на стенках пор и минималь­ ная внутри микроагрегатов.

5.Микрозональность переорганизации почвенной массы, свя­ занная обычно с изменением условий почвообразования, часто при антропогенных воздействиях.

Микрозональность в почвах четко выражена и с точки зрения биологической активности, что объясняется локализацией жи­ вого вещества в почвах — корневых систем растений, ходов и жилищ почвенной фауны и особенно колоний микроорганизмов. Последние концентрируются на стенках пор, на гумусовых сгуст­ ках, на частицах разлагающихся растительных и животных ос­ татков, адсорбируются на поверхности глинистых минералов.

Микрозональность сложения почвы формируется уже на са­ мых начальных стадиях почвообразования на скальных горных породах, поскольку преобразование породы в почву происходит не фронтально, а по микрозонам. На осадочных породах на начальных этапах почвообразования происходит микрозональная переориентация глинистого вещества.

В общем можно сказать, что чем моложе почва, тем более контрастно выражена в ней микрозональность сложения. С раз­ витием почвообразования имеет место гомогенизация почвенного материала и его микросложения. Однако на этот общий про­ цесс гомогенизации накладываются частные почвенные процессы, приводящие к новой микрозональности. Даже в наиболее гомо­ генных гумусовых горизонтах А черноземов наблюдается микро­ зональность в формах выделения гумуса, степени гумусированности, характере ориентации глинистого вещества. На стадии развитого почвообразования таким образом приобретенная при первичном почвообразовании микрозональность может сохра­ ниться, уменьшиться вплоть до исчезновения или, наоборот, уси­ литься, либо приобрести новый характер.

Следующий пример микрозональности в профиле дерновоподзолистой глееватой почвы дает представление об общем ха­ рактере микрозональности почв:

вгоризонте А — микрозоны гумусонакопления с концентра­ цией сгустков органического вещества; элювиальные микрозоны, отмытые от тонкодисперсного материала;

вгоризонте Е — элювиальные микрозоны, отмытые от тонко­ дисперсного материала; микрозоны иллювиирования с натеками

62

глинистого материала, особенно обильные в нижней части; мик­ розоны сегрегации железистых соединений;

вгоризонте В — микрозоны, сохранившие сложение материн­ ской породы; микрозоны иллювиирования с натеками глинистого материала; элювиальные микрозоны, отмытые от тонкодисперс­ ного материала;

вгоризонте Bg — микрозоны горизонта В плюс четко выра­ женные микрозоны концентрации гидроксидов железа (микро­ зоны окисления) и микрозоны осветления (микрозоны восстанов­ ления).

А. И. Ромашкевич и М. И. Герасимова (1982) привели при­ мер микрозонального горизонта АЕ серой лесной почвы, в ко­ тором выделяются следующие микроучастки: 1) вымывания тон­ кодисперсного материала; 2) вмывания тонкодисперсного ма­ териала; 3) аккумулятивные со значительным количеством гли­ нисто-гумусовых образований; 4) стяжения гидроксидов железа в виде микроконкреций и диффузных колец-оболочек.

Микрозональность сложения почв имеет крайне важное зна­ чение для их плодородия, ибо с ней связаны процессы корневого питания растений. Соответственно, задача земледельца — до­ биться как можно более гомогенного корнеобитаемого слоя для культурных растений.

При рассмотрении микросложения почв основное внимание

а Е. И. Парфенова и Е. А. Ярилова (1977) —7 типов «Элемен­ тарного микростроения» (рис. 7).

Песчаное (гранулярное) — в шлифах видны соприкасающие­ ся или близко расположенные зерна скелета крупнее 0,1 мм; плазма отсутствует или ее очень мало, в виде пленок на мине­ ральных зернах или в небольшом количестве между зернами; характерны поры упаковки (зернистая основная структура по Кубиене — Брюэру) (рис. 7, а).

П лазменно-песчаное (агломератное) — рыхло расположен­ ные песчаные зерна крупнее 0,1 мм, между которыми находит­ ся скоагулированная плазма в виде сгустков (агломероплазмовая основная структура по Кубиене — Брюэру) (рис. 7, б).

Песчано-пылеватое — песчаные зерна крупнее 0,1 мм беспоря­ дочно расположены в плотной пылеватой массе с малым коли­ чеством плазмы (рис. 7, в).

Песчано-плазменное (порфировидное) — характеризуется присутствием материала в основном двух размерных категорий: плазмы (часто глинистой или включающей пылеватые частицы), которая может быть как неагрегированной, так и агрегирован­ ной, и рассеянных в ней песчаных зерен крупнее 0,1 мм (порфироскелетная основная структура по Кубиене — Брюэру) (рис. 7, г).

Плазменно-пылеватое — скелет состоит в основном из зерен

63

Рис 7 Схемы типов элементарного микростроения почвы (типы матрицы микро­ сложения)

а — песчаное (гранулярное), б — плазменно песчаное (агломератное), в — песчано пыле¬ ватое, г — песчано-плазменное (порфировидное), д — плазменно-пылеватое е — пылеватоплазменное, ж — плазменное, 1 — песчаные зерна скелета, 2 — пылеватые зерна скелета пылеватая масса, 3 — плазма, 4 — поры

размера пыли (0,05—0,005 мм), густо расположенных в плазме; возможны вкрапления песчаных зерен; плазма бывает агрегиро­ ванной и неагрегированной (рис 7, д)

Пылевато-плазменное — зерна скелета размера пыли (0,05— 0,005 мм) редко рассеяны в агрегированной или неагрегирован­ ной (плотной) плазме (рис. 7, е)

Плазменное — скелет почти полностью отсутствует или его может быть очень мало; плазма преимущественно плотная (рис. 7, ж)

В понятие элементарного микростроения почвы включается также характер агрегированности материала Соответственно вы­ деляется несколько типов микроструктур почвы поровая микро­ структура с изолированными порами; губчатая, с обособленными агрегатами; микроструктура растрескивания с изолированными

64

трещинами, с редкими пересекающимися трещинами, с обособ­ ленными блоками; неагрегированная масса без пор и трещин.

Характеристическим для разных типов почв и почвенных горизонтов служит также строение тонкодисперсного материа­ ла — плазмы. При этом введено понятие о псевдокристалле как агрегате глинистых частиц, под которым понимается объедине­ ние или ориентация групп глинистых частиц под влиянием сил притяжения водных пленок на их поверхности. Псевдокристаллы обнаруживают оптические свойства, как и индивидуальные кристаллы.

В почвах обычно встречаются две формы глинистых псевдо­ кристаллов: чешуйка и волоконце, различие между которыми сводится к степени удлиненности по одной из осей. Встречается иногда и зернистая форма псевдокристаллов в виде разного раз­ мера овальных образований.

Типы микростроения плазмы создаются ориентацией псевдо­ кристаллов глинистой массы, среди которых выделяются чешуй­ чатое, спутанно-волокнистое или спутанно-полосчатое, перекрест­ но-волокнистое, параллельное, кольцевое и натечное (Т. Д. Мо­ розова, 1965) либо чешуйчатое (тонкочешуйчатое, крупночешуй­ чатое, рыхлочешуйчатое, связночешуйчатое), волокнистое (беспо­ рядочно-волокнистое, параллельно-волокнистое, перпендикуляр­ но-волокнистое или сетчатое, спутанно-волокнистое) и зернистое строение (А. И. Ромашкевич и М. И. Герасимова, 1982).

Глинистые частицы обладают ярко выраженной способностью ориентироваться определенным образом в отношении друг друга, что и приводит к образованию их агрегатов (псевдокристаллов), создающих то или иное микростроение почвенной плазмы. Такие образования в почвах получили название ориентированных или оптически ориентированных глин.

Плазма, состоящая преимущественно из органических (гуму­ совых) веществ или гумусо-минеральных комплексов, также имеет специфические особенности строения, типология которых детально разработана в микроморфологии почв.

В микроморфологии органического вещества почвы выде­ ляются следующие компоненты: 1) растительные остатки разной степени разложения; 2) аморфный гумус — хлопьевидные сгуст­ ки; 3) гумоны — округлые полупрозрачные и непрозрачные плот­ ные тела с более или менее четкими границами размером 5— 8 мк; 4) тонкодисперсный подвижный гумус в виде темно-бурых полос или натеков; 5) гумусо-глинистая плазма плотного строе­ ния.

1.11. Новообразования в почве

Под новообразованиями в почвах понимаются морфологи­ чески оформленные выделения и скопления вещества в почвен­ ном материале, отличающиеся от вмещающего их почвенного материала по составу и сложению и являющиеся следствием

65

3~817

почвообразовательного процесса. Новообразования могут нахо­ диться как внутри почвенных агрегатов (структурных отдель¬ ностей), так и на их поверхности или между ними в порах и трещинах.

Характеристика почвенных новообразований была разработа­ на С. А. Захаровым (1930) и затем постепенно дополнялась Р. Брюэром (1964), А. В. Македоновым (1966), В. А. Ковдой (1973), Б. Г. Розановым (1976, 1983). С одной стороны, почвен­ ные новообразования, включая их макро-, мезо- и микроформы, классифицируются но составу, с другой — по форме. Были по­ пытки классифицировать почвенные новообразования и по их происхождению.

Первую систематику макроформ почвенных новообразований дал С. А. Захаров (1930), разделивший их на две большие груп­ пы: химического и биологического происхождения. К первой группе им были отнесены налеты, выцветы, примазки, натеки, корочки, прожилки, трубочки, конкреции, стяжения, прослойки, состоящие из легкорастворимых солей, гипса, карбоната каль­ ция, полуторных оксидов, соединений железа (II), кремнезема, гумусовых веществ. Ко второй группе он отнес червороины, коп¬ ролиты, дендриты, кротовины, корневины.

Весьма полная морфологическая система почвенных новооб­ разований, включая микроформы, была предложена Р. Брюэ­ ром (1964), который выделил следующие их виды.

Кутаны — изменения текстуры или сложения на природных поверхностях в почвенном материале вследствие концентрации каких-либо компонентов почвы либо модификации плазмы in situ. По тем поверхностям, на которых они образованы, они делятся на кутаны зерен, агрегатов, каналов, поверхностей агре­ гатов и пор. По минералогическому составу они делятся на аргилланы — глинистые пленки; сескваны — пленки из полутор­ ных оксидов; манганы — пленки оксидов марганца; солюаны — налеты водорастворимых солей, карбоната кальция, гипса; си¬ ланы — кремнеземистые пленки; скелетаны — налеты из скелет­ ных зерен; сложные кутаны, состоящие из комплекса различных соединений, например железогумусовые, глинисто-гумусовые. Генетически кутаны могут быть иллювиальными, диффузион­ ными, стрессовыми и комплексными. Четко слоистые, представ­ ленные слоистыми глинами струйчатого строения кутаны выделя­ ются под названием стриан.

Педотубулы — новообразования, состоящие из почвенного материала и имеющие трубчатую внешнюю форму в виде прос­ тых или ветвящихся трубок с относительно резкими внешними границами. Среди них выделяются гранотубулы — зернистого сложения благодаря обилию зерен скелета; агротубулы — микро­ агрегатного сложения при равном участии скелета и плазмы; изотубулы — порфировидного сложения при равном участии ске­ лета и плазмы; стриотубулы — струйчатого сложения при рав­ ном участии скелета и плазмы; сложные педотубулы — обладаю-

66

щие порозностью и имеющие кутаны на поверхности или в порах. По составу трубки могут быть органическими (корневины, червороины, корневые чехлики), полутораоксидными, кремниевыми, кальцитовыми, гипсовыми, солевыми. По происхождению мате­ риала трубки делятся на: ортотубулы, состоящие из материала вмещающего горизонта; метатубулы, состоящие из материала других горизонтов; паратубулы, состоящие из материала, ино­ родного по отношению к материалу почвенного профиля.

Глобулы — новообразования округлой формы, отличающиеся концентрацией какого-то материала и строением от вмещаю­ щего материала и отделяющиеся четкими границами. По своему строению они могут быть недифференцированными, концентри­ ческими, слоистыми, ориентированными и пористыми. По составу глобулы могут быть полутораоксидными, марганцевыми, карбо­ натными, гипсовыми, кремневыми, глинистыми. По форме они классифицируются на желваки (нодули) — плотные с недиф­ ференцированным внутренним строением, округлой неправильной формой и резкими границами; конкреции — с концентрическим строением вокруг точечного центра; септарии — с нерегулярной серией радиальных и сферических трещин десквамации; педоды — пустотелые глобулы; глобулярные облака — диффузная аккумуляция материала вокруг точечного центра; папулы — слоисто-глинистые глобулы с резкими границами.

Кристаллярии — одиночные кристаллы или скопления крис­ таллов вне почвенной матрицы, по форме сопоставимые с теми порами, в которых они образуются. Они делятся на кристалли­ ческие трубки, кристаллические камеры, кристаллические про­ слои и включенные кристаллы.

Субкутанные новообразования — различимые по текстуре, структуре и сложению от матрицы образования, имеющие ве­ щественную связь с вмещающим материалом и образующиеся близ поверхностей агрегатов, но не непосредственно на поверх­ ностях в отличие от кутан. Они делятся на неокутаны — анало­ гичные кутанам образования, возникающие в поверхностных слоях агрегатов, но не натечные пленки, а уплотнения материала самого агрегата, и квазикутаны — аналогичные неокутанам об­ разования, но не непосредственно у поверхности.

Фекальные таблетки — экскременты почвенной фауны, копролиты, одиночные или сложные (кучками).

Новообразования в почвах — это всегда результат почвооб­ разования, какого-то элементарного или общего почвенного про­ цесса, характерный для определенного типа почвы. Поэтому они имеют важное диагностическое значение. В соответствии с про­ исхождением можно выделить следующие группы почвенных

67