2.6. Діяльність людини.

Вплив людини – специфічний могутній фактор впливу на ґрунт і на весь комплекс умов розвитку ґрунтоутворювального процесу (рослинність, елементи клімату, гідрологія).

Характер і значимість змін ґрунту залежать від рівня розвитку науки і техніки. Систематичне застосування заходів щодо підвищення родючості ґрунтів приводить до окультурення ґрунту. Неправильне використання ґрунтів без обліку їхніх властивостей, умов розвитку може викликати істотне їхнє погіршення.

2.7. Взаємозв'язок факторів ґрунтоутворення

Фактори ґрунтоутворення рівнозалежні, вони не можуть бути замінені один одним. Кожний з них грає свою роль у процесах ґрунтоутворення.

В.Докучаєв підкреслював, що ґрунт утворюється в результаті взаємодії факторів ґрунтоутворення. Вони впливають один на одного, у результаті цього розвиваються мікро-, мезо- і макропроцеси ґрунтоутворення.

Виділяють два головних цикли в розвитку природних екосистем, ландшафтів і ґрунтів – біокліматичний і біогеоморфологічний..

Біокліматичний обумовлений космічними і загальнопланетарними явищами, розподілом на поверхні планети сонячної радіації і динамікою атмосфери; рослинність і ґрунти в цьому циклі еволюціонують разом із кліматом.

Біогеоморфологічний цикл обумовлений геологічними геоморфологічними і геохімічними процесами; у ньому розвиток рослинності і ґрунтового покрову зв'язано з формуванням рельєфу і поверхневих відкладень.

Останнім часом у житті планети усе більшого значення набуває третій цикл – діяльність людини, що пристосовується до головних циклів, а також дуже сильно змінює їх.

Тема 3 Мінералогічний та механічний склад ґрунтів та ґрунтоутворюючих порід

3.1 Мінералогічний склад ґрунтів та ґрунтоутворюючих порід

До складу ґрунтоутворюючих порід і ґрунтів входять первинні і вторинні мінерали. Первинні мінерали складають магматичні породи, а в пухких породах і ґрунтах є залишковим матеріалом вивітрювання вихідних порід. Вторинні мінерали виникли з первинних під впливом кліматичних і біологічних чинників.

Первинні мінерали представлені переважно частками більше 0,001 мм, вторинні - менше 0,001мм. У більшості ґрунтів первинні мінерали переважають за масою над вторинними, за винятком фералітних грунтів.

3.1.1 Первинні мінерали

Найбільш поширеними первинними мінералами в породах і грунтах є кварц, польові шпати, амфіболи, піроксени і слюди. Вони складають основну масу магматичних порід. У пухких породах більше кварцу (SiО₂), як найбільш стійкого до вивітрювання мінералу. Друге місце займають польові шпати, які мають велику механічну міцність, але менш стійкі до хімічного вивітрювання. Кварц і польові шпати крупнозернисті, вони зосереджені в піщаних і пилуватих частках.

Амфіболи, піроксени і багато слюд легко піддаються вивітрюванню, тому в пухких породах і грунтах вони містяться в невеликих кількостях у виді дрібних кристалів.

Значення первинних мінералів різнобічне: від їхньої кількості (особливо крупнозернистих фракцій) залежать агрофізичні властивості грунтів, вони є резервним джерелом зольних елементів живлення рослин, а також утворення повторних мінералів.

2. Вториннімінерали

Мінерали простих солей утворюються при вивітрюванні первинних мінералів, а також у результаті грунтоутворювального процесу. До таких солей належать кальцит СаСО₃, магнезит МgСО₃, доломіт [Са, Мg](СО₃)₂, сода NаСО₃ · 10 Н₂О, гіпс СаSО₄ · 2 Н₂О, мірабіліт Nа₂SО₄ · 10 Н₂О, галіт NаСl, фосфати, нітрати й ін. Ці мінерали здатні накопичуватися в грунтах у великих кількостях в умовах сухого клімату. Якісний і кількісний склад їх визначає ступінь і характер засолення грунтів.

Мінерали гідроокисей і окисей. Це гідроокиси кремнію, алюмінію, заліза, марганцю, які утворюються в аморфній формі при вивітрюванні первинних мінералів у вигляді гідратованих високомолекулярних гелів і які поступово піддаються дегідратації і кристалізації з утворенням оксидів і гідрооксидів кристалічної структури. Кристалізації сприяють високі або низькі температури, висушування, окислювальні умови.

Гідроокис кремнію (SiО₂ · n Н₂О) у міру старіння переходить у твердий гель - опал (SiО₂ · n Н₂О) з вмістом води від 2 до 30%, потім, гублячи воду, - у кристалічні форми халцедону і кварцу SiО₂. Гідрооксид марганцю кристалізується у вигляді мінерала піролюзита МnО₂, псіломелана mМnО₂ · МnО₂ · Н₂О.

Гідрати півтораокисей (Al₂O₃ · nH₂O, Fe₂O₃ · nH₂O), кристалізуючись, утворюють повторні мінерали: беміт Аl₂О₃ · Н₂О, гідрагіліт (гіббсіт) Аl₂О₃ · 3Н₂О або Аl(ОН)₃, гематит Fе₂О₃, гетіт Fе₂О₃ · Н₂О, гідрогеніт Fе₂О₃· 3Н₂О. Ці мінерали зустрічаються в невеличких кількостях у багатьох грунтах. Гетіту і гіббсіту багато у фералітних грунтах.

Глинисті мінерали. Є вторинними алюмосилікатами із спільною хімічною формулою nSiО₂Аl₂О₃ · Н₂О і характерним молярним відношенням SiO₂ : Al₂O₃, що змінюється від 2 до 5. Ці мінерали утворяться в результаті синтезу з простих продуктів вивітрювання первинних мінералів (гідроокиси, солі) шляхом поступової зміни первинних мінералів у процесі вивітрювання і грунтоутворення. Вони також можуть утворитися біогенним шляхом із продуктів мінералізації рослинних залишків.

До найбільш поширених глинистих мінералів належать мінерали групи монтморилоніту, каолініту, гідрослюд, хлоритів, змішаношаруватих мінералів. Ці мінерали входять до складу природних глин, тому звуться глинистими мінералами.

Цим мінералам властиві спільні властивості: шарувата кристалічна будова, висока дисперсність, поглинальна спроможність, наявність хімічно зв'язаної води.

До мінералів монтморилонітової групи відносяться монтморилоніт і його різновиди - нонтроніт, бейделіт, сапоніт і ін. із хімічною формулою 4SiО₂ · Аl₂О₃ · n Н₂О. Ці мінерали мають найбільш високу дисперсність. Вони містять до 60% колоїдних часток і до 80% часток менше 0,001мм. Їм властива висока ємність поглинання катіонів. Водно-фізичні властивості мінералів даної групи малосприйнятливі. У сполуці з гумусовими кислотами мінерали утворюють водоміцні агрегати.

Мінерали каолінітової групи (каолініт, галуазіт, діккіт, накріт) мають формулу 2SiО₂ · Аl₂О₃ · n Н₂О. У фералітних грунтах каолініт - основний глинистий мінерал. У інших грунтах зустрічаються в невеликих кількостях. Перевага каолінітів у грунтах - ознака бідності основами.

Гідрослюди (гідромусковит, гідробіотит і ін.) дуже поширені в грунтах.

Відносяться до трьохшарових мінералів з численними ізоморфними заміщеннями. З трьохшарових мінералів широко поширений також вермикуліт.

2. Механічний склад грунтів і грунтоутворюючих порід

3.2.1 Механічні елементи, їхня класифікація і властивості

Тверда фаза ґрунтів і ґрунтоутворюючих порід складається з часток різноманітного розміру, що називаються механічними елементами. За походженням розрізняють мінеральні, органічні й органо-мінеральні частки. Вони є уламками гірських порід, окремими мінералами, гумусовими речовинами, продуктами взаємодії органічних і мінеральних речовин.

Механічні елементи знаходяться в ґрунті або породі у вільному стані (наприклад, у піску) або в агрегатному стані, коли вони з’єднані в структурні окремості – агрегати різної форми, розмірів, тривкості.

Групування часток за розмірами у фракції називаються класифікацією механічних елементів.

Виділяють такі фракції:

Фракція	Розмір часток, мм
Камені	>3
Гравій	3 - 1
Пісок: крупний середній дрібний	1 - 0,5 0,5 -0,25 0,25 - 0,05
Пил: крупний середній дрібний	0,05 - 0,01 0,01 - 0,005 0,005 - 0,001
Мул: грубий тонкий	0,001 - 0,0005 0,0005 - 0,0001
Колоїди	<0,0001
Фізична глина	<0,01
Фізичний пісок	>0,01

Всі частки більш 1 мм називають скелетною частиною грунту, менше 1 мм - дрібнозем.

Камені (>3). Представлені переважно уламками гірських порід. Кам’янистість - негативна властивість грунтів.

Гравій (3 - 1мм). Складається з уламків первинних мінералів. Високий вміст гравію надає ґрунтам несприятливих властивостей - провальну водопроникність, відсутність водопідйомної здатності, низьку вологоємність.

Піщана фракція (0,05 - 1мм) складається з уламків первинних мінералів, насамперед кварцу, польових шпатів. Ця фракція має високу водопроникність, не набухає, не пластична, проте має певну капілярність і вологоємність.

Пил крупний і середній (0,05 - 0,005мм). Фракція крупного пилу за мінералогічним складом мало відрізняється від піщаної, тому має деякі властивості піску. Для середнього пилу характерний підвищений вміст слюд, що надають фракції підвищену пластичність і зв’язність. Середній пил краще утримує вологу, але має слабку водопроникність, не здатний до коагуляції, не бере участь у структуроутворенні і фізико-хімічних процесах, що протікають у грунтах. Грунти, збагачені фракцією крупного і середнього пилу, легко розпорошуються, схильні до запливанню й ущільнення, відрізняються слабкою водопроникністю.

Пил дрібний (0,005 - 0,001мм). Характеризується відносно високою дисперсністю, складається з первинних і повторних мінералів. У зв'язку з цим має ряд властивостей, не характерних для більш крупних фракцій: здатний до коагуляції і структуроутворення, має поглинальну здатність, містить підвищену кількість гумусових речовин. Проте, перевага тонкого пилу в грунтах у вільному, неагрегованому стані надає грунтам таких несприятливих властивостей, як низька водопроникність, велика кількість недоступної води, висока здатність до набрякання й усадки, липкість, тріщинуватість, щільне складання.

Мул (<0,001мм). Складається переважно з високодисперсних вторинних мінералів. З первинних мінералів зустрічаються кварц, ортоклаз, мусковіт. Мулиста фракція має велике значення в створенні грунтової родючості. Їй належить головна роль у фізико-хімічних процесах, що протікають у ґрунті. Вона має високу поглинальну здатність, містить багато гумусу й елементів зольного й азотного живлення рослин. Колоїдній частині цієї фракції належить особливо важлива роль у структуроутворенні. Водно-фізичні і фізико-механічні властивості ґрунтів, збагачених мулистою фракцією, у значній мірі визначається здатністю її коагулювати і склеювати механічні елементи в агрегати. Ця здатність залежить від мінералогічного і хімічного складу ґрунту, збагачення гумусом, сполуками кальцію і заліза, від складу поглинених катіонів. Структурний грунт навіть при високому вмісті мулу характеризуються сприятливими фізичними властивостями. Дисперсна мулиста фракція має несприятливі фізичні властивості. З табл.1 очевидно, що властивості механічних елементів зазнають досить різких змін на рубежі 0,01мм, потім 0,005 і 0,001мм. Це дозволило розділити всі механічні фракції на дві великі групи: фізичний пісок (>0,01мм) і фізична глина (<0,01мм).

Таблиця 2.2 - Водно-фізичні властивості механічних фракцій грунтоутворюючих порід (В.В.Охотін, В.Г.Ткачук)

Розмір механічних елементів, мм	Водні властивості			Набухання, % об’єму	Фізико-механічні властивості
	максим. молекул. вологоємність, %	водопро-никність, см/с	висота капіляр. підняття см		Пластичність, вологість		лінійна усадка, % об’єму
					границя текучості	границя розкочування у шнур
3 – 2	0,2	0,5	0	-	не пластичні		-
2 – 1,5	0,7	0,2	1,5 – 3	-	не пластичні		-
1,5 – 1,0	0,8	0,12	4,56	-	не пластичні		-
1,0 – 0,5	0,9	0,072	8,7	-	не пластичні		-
0,5 – 0,25	1,0	0,056	20-27	-	не пластичні		-
0,25 – 0,1	1,1	0,03	50	5	не пластичні		-
0,1 – 0,05	2,2	0,005	91	6	не пластичні		-
0,05 – 0,01	3,1	0,0004	200	16	не пластичні		-
0,01 – 0,005	15,9	-	-	105	40	28	-
0,005 – 0,001	31,0	-	-	160	48	30	4,0
<0,001	-	-	-	405	87	34	8,2

Таблиця 2.3 - Класифікація грунтів та порід за механічним складом

Коротка назва за механічним складом	Склад фізичної глини, %			Склад фізичного піску, %
	Грунти
	підзолистого типу грунтоутворення	степного типу грунтоутворення, жовтоземи і червоноземи	солонці і сильносолонцюваті		підзолистого типу грунтоутворення	степного типу грунтоутворення, а також жовтоземи і червоноземи	солонці і сильносолонцюваті
Піщаний: рихло-піщаний зв’язно-піщаний	0-5 5-10	0-5 5-10	0-5 5-10		100-95 95-90	100-95 95-90	100-95 95-90
Супіщаний	10-20	10-20	10-15		90-80	90-80	90-85
Суглинистий: легкосуглинистий середньосуглинистий важкосуглинистий	20-30 30-40 40-50	20-30 30-45 45-60	15-20 20-30 30-40		80-70 70-60 60-50	80-70 70-55 55-40	85-80 80-70 70-60
Глинистий: Легкоглинистий Середньоглинистий важкоглинистий	50-65 65-80 >80	60-75 75-85 >85	40-50 50-65 >65		50-35 35-20 <20	40-25 25-15 <15	60-50 50-35 <35

3.2.2 Класифікація ґрунтів і порід за механічним складом

Фракції механічних елементів складають грунти або породи в різноманітних кількісних співвідношеннях. Відносний вміст у грунтах або породі фракцій механічних елементів називається механічним або гранулометричним складом.

Грунти або породи будуть мати неоднакові властивості в залежності від різного вмісту в них тих або інших фракцій механічних елементів.

У основу класифікації грунтів і порід за механічним складом покладено співвідношення фізичного піску і фізичної глини. В даний час широко поширена класифікація Н.А.Качинского (табл.2).

Основне найменування за механічним складом проводиться за вмістом фізичного піску і фізичної глини і додаткове - з урахуванням інших переважних фракцій: гравелистої, піщаної, крупнопилуватої, пилуватої і мулкуватої.

3.2.3 Значення механічного складу

Механічний склад ґрунтів дуже впливає на ґрунтоутворення і сільськогосподарське використання ґрунтів. Від механічного складу грунтів і порід у значній мірі залежить інтенсивність багатьох ґрунтоутворюючих процесів, пов'язаних із перетворенням, переміщенням і накопиченням органічних і мінеральних сполук у ґрунті.

Механічний склад робить істотне впливає на водно-фізичні, фізико-механічні, повітряні, теплові властивості, окисно-відновні умови, поглинальну здатність, накопичення в ґрунті гумусу, зольних елементів і азоту.

Ґрунти піщані і супіщані називають легкими. Вони мають гарну водопроникність і сприятливий повітряний режим, швидко прогріваються. Проте, вони мають ряд негативних властивостей, насамперед, низьку вологоємність. Тому на цих ґрунтах рослини страждають від нестачі вологи. Легкі ґрунти бідні гумусом і елементами живлення рослин, мають незначну поглинальну здатність, найбільше схильні до вітрової ерозії.

Важкосуглинисті і глинисті ґрунти відрізняються більш високою зв’язністю і вологоємністю, краще забезпечені живильними речовинами, багаті гумусом. Ці ґрунти називають важкими.

Важкі безструктурні ґрунти мають несприятливі фізичні і фізико-механічні властивості. Вони мають слабку водопроникність, легко запливають, утворюють корку, відрізняються великою щільністю, липкістю, часто несприятливим повітряним і тепловим режимами.

Кращий комплекс властивостей із безструктурних і слабко оструктурених ґрунтів мають легкосуглинисті і середньосуглинисті грунти.

У степових районах, де поширені чорноземи зі сприятливою структурою, більш цінні за механічним складом важкі грунти - важкосуглинисті і глинисті, здатні створювати чималий запас вологи.

Механічний склад ґрунту досить стійка ознака, успадкована від ґрунтоутворюючих порід.

Контрольні питання

1. Які первинні мінерали найбільш поширені в пухких породах, грунтах?

2. Які мінерали називаються повторними і яка їхня роль у грунтоутворенні і родючості грунтів?

3. Як характеризуються механічні елементи і чим відрізняються їхні групи за складом і властивостями?

4. Що називається механічним складом і які принципи побудови класифікації грунтів і порід за механічним складом?

5. Як впливають механічний і мінералогічний склад грунтоутворюючих порід на грунтоутворення?

6. Як впливає механічний склад грунтів на їхні властивості?

Література

1. Горбунов Н.И. Минералогия и коллоидная химия почв. – М.:Наука, 1974.

2. Дюшофур Ф. Основы почвоведения. – М.:Прогресс, 1970.

3. Почвоведение. Под редакцией И.С.Кауричева. – М.:Агропромиздат, 1989.

4. Роде А.А., Смирнов В.Н. Почвоведение. – М.:Высшая школа, 1972.