Раздел 2. Морфология почв

1. Гранулометрический состав почв (лабораторная работа)

Конспект теории

Гранулометрический состав почв, наряду с минералогическим составом и содержанием гумуса, являются фундаментальными свойствами почвы, то есть такими, которые оказывают влияние на все другие свойства и в целом обусловливают почвенное плодородие. Например, такие факторы плодородия, как почвенная биота, агрофизические и агрохимические свойства почв, являются производными от фундаментальных свойств. Гранулометрический состав почв оказывает большое влияние на почвообразование и сельскохозяйственное использование. От гранулометрического состава почв и почвообразующих пород в значительной степени зависит интенсивность многих почвообразовательных процессов, связанных с превращением, перемещением и накоплением органических и минеральных соединений в почве.

Частицы в твердой фазе почвы называются механическими элементами. Они объединяются во фракции в зависимости от их размера. Группировка частиц по размерам во фракции называется классификацией механических элементов (табл. 10). Каждая фракция механических элементов имеет свой минералогический состав и обладает определенными физическими свойствами.

Таблица 10.

Классификация механических элементов почвы (по н.А. Качинскому)

Фракция	Размер частиц, мм	Группы фракций
Камни	>3	Скелетная часть почвы, более 1 мм
Гравий	3-1
Песок:		Физический песок, 1-0,01 мм
крупный	1-0,5
средний	0,5-0,25
мелкий	0,25-0,05
Пыль:
крупная	0,05-0,01
средняя	0,01-0,005	Физическая глина, 0,01-0,001 мм
мелкая	0,005-0,001
Ил:
грубый	0,001-0,0005
тонкий	0,0005-0,0001
Коллоиды	<0,0001

Скелетная часть почвы

Камни (>3 мм) представлены преимущественно обломкам горных пород. Каменистость — отрицательное свойство почв. Наличие камней в почвах затрудняет использование сельскохозяйственных машин и орудий, мешает появлению всходов и росту растений.

Средне- и сильнокаменистые почвы нуждаются в мелиоративных работах по удалению камней. По типу каменистости почвы могут быть валунные, галечниковые, щебенчатые.

Гравий (1-3 мм) состоит из обломков первичных минералов. Высокое содержание гравия в почвах не препятствует обработке, но придает им неблагоприятные свойства — провальную водопроницаемость, отсутствие водоподъемной способности, низкую влагоемкость.

Физический песок

Песчаная, фракция (1-0,05 мм) состоит из обломков первичных минералов, прежде всего кварца и полевых шпатов. Эта фракция обладает высокой водопроницаемостью, не набухает, не пластична, однако в отличие от гравия обладает некоторой капиллярностью и влагоемкостью. Для полевых культур пригодны пески с влагоемкостью не менее 10%, для лесных — не менее 3-5%.

Фракция крупной пыли (0,05-0,01 мм) по минералогическому составу мало отличается от песчаной, поэтому обладает некоторыми физическими свойствами песка: не пластична, слабо набухает, имеет невысокую влагоемкость.

Физическая глина

Для средней пыли (0,01—0,005 мм) наряду с присутствием первичных минералов характерно появление вторичных минералов, и в частности слюд, придающих этой фракции повышенную пластичность, связность. Средняя пыль, как более дисперсная, чем крупная пыль, лучше удерживает влагу, но обладает слабой водопроницаемостью, не способна к коагуляции¹, не участвует в структурообразовании и физико-химических процессах, протекающих в почве. Поэтому почвы, обогащенные фракцией крупной и средней пыли, легко распыляются, склонны к заплыванию и уплотнению, отличаются слабой водопроницаемостью.

Пыль мелкая (0,005—0,001 мм.) характеризуется относительно высокой дисперсностью, состоит из первичных и вторичных минералов. В связи с этим обладает рядом свойств, не присущих более крупным фракциям: способна к коагуляции и структурообразованию, обладает поглотительной способностью, содержит повышенное количество гумусовых веществ. Однако обилие тонкой пыли в почвах в свободном, не агрегированном состоянии придает почвам такие неблагоприятные свойства, как низкая водопроницаемость, большое количество недоступной воды, высокая способность к набуханию и усадке, липкость, трещиноватость, плотное сложение.

Ил (<0,001 мм) состоит преимущественно из высокодисперсных вторичных минералов (монтмориллонит, каолинит). Из первичных минералов в незначительном количестве встречаются кварц, ортоклаз, мусковит. Илистая фракция имеет большое значение в создании почвенного плодородия. Ей принадлежит главная роль в физико-химических процессах, протекающих в почве. Она обладает высокой поглотительной способностью, содержит много гумуса и элементов зольного и азотного питания растений. Водно-физические и физико-механические свойства почв, обогащенных илистой фракцией, в значительной мере определяются способностью ее коагулировать и склеивать механические элементы в агрегаты. Структурная почва даже при высоком содержании ила характеризуется благоприятными физическими свойствами.

Коллоиды - это высокодисперсные системы, с частицами менее 0,0001 мм. В отличие от систем с частицами более крупных размеров, для коллоидных систем характерно интенсивное броуновское движение частиц внутри раствора. К коллоидам относятся золи и гели. Частица золей перемещаются независимо друг от друга. Гели образуются при слипании частиц золей и формируют студенистые массы.

Таким образом, с уменьшением размера механических элементов значительно изменяются их свойства и состав. В крупных гранулометрических фракциях преобладают первичные минералы с высоким содержанием кремнезема, а в тонких — вторичные глинистые минералы с низким содержанием кремнезема, высоким содержанием химически связанной воды, полутораоксидов железа и алюминия, оксидов калия и магния. С уменьшением размера частиц повышается их влагоемкость, пластичность, проявляется поглотительная способность и способность к коагуляции, одновременно снижается водопроницаемость.

Разные почвы содержат разное количество тех или иных фракций механических элементов. Бывают почвы, в которых содержится больше физического песка, а бывают и такие, в которых больше частиц физической глины.

Относительное содержание в почве механических элементов или гранул называется гранулометрическим или механическим составом.

В основу классификации почв по гранулометрическому составу положено процентное соотношение физического песка и физической глины. В настоящее время широко распространена классификация Н. А. Качинского (табл. 11).

Различные фракции механических элементов, как мы видели, имеют неодинаковые свойства. Поэтому и почвы и почвообразующие породы также будут обладать неодинаковыми свойствами в зависимости от разного содержания в них тех или иных фракций механических элементов.

Песчаные и супесчаные почвы легко поддаются обработке, поэтому издавна их называют легкими, характеризуются хорошей водопроницаемостью и благоприятным воздушным режимом, быстро прогреваются, но также быстро остывают и имеют низкую влагоемкость. Поэтому на песчаных и супесчаных почвах даже во влажных районах растения страдают от недостатка влаги. Легкие почвы бедны гумусом и элементами питания растений, обладают незначительной поглотительной способностью, подвергаются ветровой эрозии. Физико-механические свойства, например, пластичность, липкость, набухаемость, сопротивление при обработке на легких почвах отличаются от тяжелых, а от этого зависят сроки проведения полевых работ, нормы выработка, расход горючего и т.д.

Таблица 11 .

Универсальная классификация почв по гранулометрическому составу (по Н.А. Качинскому)

Содержание физической глины, % (сумма частиц менее 0,01 мм)	Основное наименование разновидности почвы по гранулометрическому составу
Песчаные почвы:
0-5	Рыхлопесчаная
5-10	Связнопесчаная
10-20	Супесчаная
Суглинистые почвы:
20-30	Легкосуглинистая
30-40	Среднесуглинистая
40-50	Тяжелосуглинистая
Глинистые почвы:
50-65	Легкоглинистая
65-80	Среднеглинистая
80-100	Тяжелоглинистая

Суглинистые и глинистые почвы отличаются более высокой связностью и влагоемкостью, хорошо обеспечены питательными веществами и гумусом по сравнению с песчаными почвами. Запасы влаги и питательных веществ в этих почвах способны обеспечить хорошие урожаи сельскохозяйственных культур, особенно на тяжелосуглинистых и глинистых почвах, которые обладают выраженной структурой и содержат достаточное количество водопрочных агрегатов. Однако, обработка этих почв требует больших энергетических затрат, поэтому их принято называть тяжелыми.

Тяжелые почвы подвергаются водной эрозии в большой степени, нежели ветровой. При нерациональном использовании эти почвы могут терять свою структуру. Тяжелые бесструктурные почвы обладают характерными свойствами глинистых частиц, с чем связаны неблагоприятные физические и физико-механические свойства. В зависимости от влажности глина резко меняет свои свойства: она тверда в сухом состоянии, при избытке воды – текуча, а при умеренном содержании воды – пластична. В связи с этим бесструктурные глинистые почвы имеют слабую водопроницаемость, легко заплывают, образуют корку, отличаются большой плотностью, липкостью, вязкостью, часто неблагоприятным воздушным и тепловым режимами.

В Красноярском крае среди почвообразующих пород наибольшее распространение имеют светло-бурые и желто-бурые (лессовидные) глины и суглинки. Поэтому гранулометрический состав почв земледельческой зоны нашего края в основном тяжелый, почвы легкого гранулометрического состава встречаются гораздо реже. Таким образом, гранулометрический состав почвы довольно устойчивый признак, унаследованный от почвообразующей породы.

<p>Различают несколько <b>методов</b> гранулометрического анализа почвы: полевые и лабораторные (ситовый анализ, гранулометрический анализ почвы в воде). </p>

<p> <b>&#171Сухой&#187</b> метод легко используется в полевых условиях. Зерно почвы, величиною с зерно гречихи, испытывают на ощупь между пальцами. Раздавливают ногтем на ладони и втирают в кожу. Чем зерно более угловато, жестко, прочно и чем большая часть его после полного раздавливания втирается в кожу, тем почва тяжелее по гранулометрическому составу. </p>

<p> <b>&#171Мокрый&#187</b> метод используется как в поле, так и в лаборатории. Почву смачивают и разминают между пальцами до такого состояния, чтобы не ощущались ее структурные зерна, до консистенции теста. Хорошо размятая почва раскатывается на ладони «ребром» второй кисти руки в шнур и сворачивается в колечко. Толщина шнура около 3 мм, диаметр кольца — около 3 см.</p> (табл. 12).

Таблица 12.