Выветривание

Горные породы и минералы на поверхности Земли под влиянием колебаний температуры, атмосферных осадков, газов, химических и биохимических процессов, связанных с деятельностью живых организмов и других факторов, разрушаются. Процессы разрушения и изменения поверхностных пород земной коры называются выветриванием. В зависимости от факторов, оказывающих влияние на выветривание, различают физическое, химическое и биологическое выветривание.

Физическое выветривание - это процесс механического дробления горных пород и минералов на обломки различной величины и формы без изменения их химического и минералогического состава. Оно осуществляется под влиянием ветра, воды, суточных и сезонных колебаний температуры.

Горные породы состоят из минералов. Например, в состав гранита входят кварц, полевые шпаты, слюда, авгит и реже роговая обманка. Горные породы, как и все тела, обладают свойством расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении. Из-за неоднородности окраски и теплопроводности минералов, входящих в состав горных пород, под влиянием нагревания и охлаждения горная порода покрывается сетью трещин. Этому процессу способствуют неодинаковые коэффициенты объемного расширения разных минералов. Коэффициенты линейного расширения одного и того же минерала по различным осям также неодинаковы. Следовательно, под влиянием солнечных лучей разные минералы и различные стороны горных пород нагреваются неодинаково: одни быстрее, другие медленнее. Все это приводит к постепенному образованию трещин между кристаллами, их обособлению друг от друга. В трещины попадает вода, которая создает сильное капиллярное давление (до 1500 кг/см²), способствуя, таким образом, разрушению пород. При замерзании вода увеличивается в объеме на 10% и с большой силой (до 890 кг/см²) давит на стенки трещин горных пород, расширяет и углубляет их и сильно разрушает породу. Подобное действие оказывают и выкристаллизовавшиеся из растворов в трещинах соли. Например, ангидрит CaSО₄, присоединяя воду, увеличивается в объеме на 33%. Следовательно, в результате физического выветривания массивно-кристаллическая горная порода в конечном итоге распадается на обломки и отдельности разных размеров, начиная от крупных глыб и камней и кончая мелкими песчинками. Эта раздробленная масса называется рухляк. Рухляк в отличие от исходной породы приобретает новое качество – проницаемость для воды и воздуха. В результате физического выветривания увеличивается удельная поверхность соприкосновения горной породы с окружающей средой, что создает условия для более активного химического выветривания.

Химическое выветривание – это изменения и разрушения горных пород и минералов под влиянием химических процессов с образованием новых минералов и соединений. Главнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ, кислород, температура.

Самый активный из этих факторов - вода. В ней легко растворяются немногие минералы (каменная соль, сильвин и др.). Большинство минералов в воде труднорастворимы. Однако вода, насыщенная углекислотой, энергично разлагает горные породы, образуя новые соединения. Основная химическая реакция, происходящая при участии воды, при выветривании минералов магматических пород – гидролиз, в процессе которого происходит замещение катионов в гидролизирующихся соединениях на ионы водорода диссоциированных молекул воды.

Химическое выветривание зависит от температуры: с повышением температуры на каждые 10⁰С химическая реакция ускоряется в 2-2,5 раза.

Таким образом, в результате химического выветривания проходят важные химические процессы: растворение, гидролиз, гидратация, окисление и др. Они обусловливают дальнейшее разрушение породы и образование новых (вторичных) минералов.

Биологическое выветривание - это процесс механического разрушения и химического изменения горных пород и минералов под действием растительных и животных организмов и продуктов их жизнедеятельности. Многочисленные микроорганизмы и корни растений в процессе своей жизнедеятельности выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты, которые оказывают разрушающее действие на минералы и горные породы. Так, силикатные бактерии, выделяющие СО₂ и органические кислоты, разрушают полевые шпаты и фосфориты, освобождая при этом калий в доступной для растений форме и фосфорную кислоту. Некоторые железобактерии окисляют и разрушают соединения железа. Масляно-кислые и нитрифицирующие микроорганизмы разлагают апатиты и силикаты.

Значительную роль в биологическом выветривании играют диатомовые водоросли, которые способствуют выветриванию каолинита и растворению известняков. Установлено значительное воздействие сине-зеленых водорослей и нитрифицирующих бактерий на гранит. Красно-розовые «подушки» лишайников на известняках разрушают последние на рассыпчатые зернистые отдельности. Мхи и лишайники разрушают породы, скалы как механически (с помощью гиф), так и химически (выделяя СО₂ и специфические кислоты). Особое значение в биологическом выветривании принадлежит высшим растениям, особенно древесным, корни которых, проникая по небольшим трещинам вглубь, развивают большое давление, увеличивают трещины, способствуют механическому разрушению горных пород. Кроме того, корни растений выделяют органические кислоты, способствующие выветриванию горных пород. Кислые корневые выделения растений, растворяя горные породы и минералы, способствуют усвоению растениями элементов минерального питания.

При разложении остатков растений и микроорганизмов образуются гуминовые кислоты, которые ускоряют разрушение минералов и горных пород.

В биологическом выветривании существенную роль играют почвообитающие насекомые и землеройные животные (муравьи, личинки насекомых, дождевые черви, кроты, суслики и т. п.). Все они прямо или косвенно участвуют в разрушении минералов и горных пород.

В результате выветривания горная порода приобретает ряд новых качеств. Она пропускает и задерживает воду, т. е. становится водопроницаемой и влагоемкой, поглощает различные соединения, в ней появляются элементы минерального питания растений в доступной для них форме, а также накапливается органическое вещество.

Продукты выветривания минералов и горных пород, как правило, не остаются на месте образования, а перемещаются ветром, водой, ледниками. Таким образом, в результате совместного длительного взаимодействия массы материнской горной породы с живыми организмами, продуктами их жизнедеятельности и элементами гидро- и атмосферы происходит превращение горной породы в почву.

ЛЕКЦИЯ 5. Факторы почвообразования.

Развитие почвообразовательного процесса и формирование конкретных типов почв протекает в определенных природных условиях. Условия, от которых зависит почвообразовательный процесс, В. В. Докучаев назвал факторами почвообразования. Среди них он выделил климат, растительный и животный мир, материнские породы, рельеф местности и возраст страны. Ведущую роль в почвообразовании В. В. Докучаев отводил климату, а также живым организмам. В. Р. Вильямс на первое место выдвинул биологический фактор. Важное значение в изменении почв и условий почвообразования имеет производственная деятельность человека, которая выделяется современной наукой как особый фактор почвообразования.

Климат влияет на почвообразовательный процесс в нескольких направлениях. Можно назвать три важнейших элемента климата: температура, осадки и движение воздуха. Прежде всего, с климатом связана энергетика почвообразования, приток лучистой энергии – света и тепла. От климата зависит тепловой и водный режим почв, а, следовательно, разнообразие организмов и накопление биомасс, условия образования и разложения органической массы, образование и накопление гумуса в почве и т.п. Так, в условиях сухого и очень сухого климата большого количества гумуса не накапливается. В условиях влажного и очень влажного климата наблюдаются процессы выщелачивания (промывания) почв, выноса легкорастворимых соединений в глубокие горизонты. И наоборот, в сухом и жарком климате наблюдаются процессы капиллярного поднятия влаги из нижних слоев в верхние, что вызывает засоление почв. Климатические условия влияют на скорость и интенсивность всех химических, физико-химических и биохимических процессов, протекающих в почве. Так в условиях холодного, бореального климата наблюдается медленный темп разложения опада и синтеза гумусовых веществ, поэтому на поверхности почвы идет накопление полуразложившихся растительных остатков в виде торфа. И, наоборот, в условиях теплового климата при господстве аэробных процессов разложения органического вещества происходит быстрая минерализация растительных остатков. В пустынях, например, опад небольшой, но он быстро минерализуется, в то время как в кустарничковых тундрах также при очень малом количестве ежегодно надземного опада на поверхности почв в подстилках накапливается многолетний запас органических остатков. В лиственных лесах умеренного пояса, где ежегодный опад в 7-8 раз меньше,чем в тропиках, на поверхности почвы накапливается почти четырехлетний запас ежегодного опада, в хвойных лесах – 15-20 летний. Следовательно, чем теплее и влажнее климат, тем быстрее в аэробных условиях идет разложение органических веществ.

Ветер вызывает развевание почв. Он выдувает с поверхности почвы глинистые и пылеватые частицы, обеспечивает верхние горизонты, а иногда оставляет на поверхности лишь слабо измененную почвообразовательным процессом горную породу. Ветер может переносить поднятые брызгами волн морские соли, способствуя засолению почв.

Рельеф косвенным образом влияет на формирование почвенного покрова. Он выступает как перераспределитель тепла, влаги и твердых частиц почвы (при эрозии). Рельеф оказывает влияние на водный и тепловой режимы почв, что существенно сказывается на формирование растительности, а следовательно, и на почвах. Особенно велика роль рельефа в горных районах и долинах рек. В горных странах, по образному выражению В. В. Докучаева, рельеф является «вершителем почвенных судеб». С формами макрорельефа (горы, низменности, плато и др.) связано распределение почв и растительности в крупных географических масштабах, примером чему может служить явление вертикальной зональности в горах. Чрезвычайно расчлененный рельеф горных стран оказывает огромное влияние на перераспределение продуктов выветривания и почвообразования, определяет пестроту и разнообразие почвенного покрова. На почвообразование влияет не только макрорельеф, но и мезорельеф. Элементы мезорельефа (водораздела, долины рек, холмы, овраги, гряды и др.) перераспределяют зональные экологические факторы, обусловливают поселение особой растительности и изменение почв, как это имеет место, например, в долинах крупных рек. На равнинных участках рельефа почти все атмосферные осадки впитываются в почву, повышенные же формы рельефа теряют часть влаги за счет стока в понижения, где нередко происходит переувлажнение и заболачивание почв. Сильный сток воды с крутых склонов вызывают эрозию почв, создает трудные условия для поселения растений. Эрозионные процессы сильнее всего проявляются на крутых склонах южных экспозиций.

Существенное влияние на почвообразование оказывает микрорельеф (мелкие западины, степные блюдца, бугорки и т. п.) и даже нанорельеф (надувание мелкозема между кустами, кротовины, сурчины и т. п.). Они способствуют появлению различий в среде питания растений, формированию микроструктуры растительного покрова и большому разнообразию почвенных сочетаний и комплексов, что особенно ярко проявляется в зоне сухих степей и полупустынь. Так, в Прикаспийской низменности, где наблюдается большое разнообразие форм рельефа, наряду с каштановыми почвами и солонцами имеются лугово-каштановые, луговые, солончаковые, осолоделые почвы и солоди.

Существенное значение в почвообразовании имеют экспозиции и крутизна склонов. На склонах южной экспозиции, где угол падения солнечных лучей ближе к прямому, чем на горизонтальной поверхности (за исключением экваториальных областей), почвы теплее и суше, чем на склонах северных экспозиций. Последние получают «скользящие» лучи, а при большой крутизне - в основном рассеянную радиацию. Отсюда существенные различия в прогревании воздуха и почвы, степени увлажнения и иссушения почвы, что заметно сказывается на составе растительности и почвообразовании.

Так, в восточных районах лесостепной зоны северные и северо-западные склоны заняты лесами, южные и юго-восточные - безлесные, остепненные. В Московской области при зарастании песчаных откосов многие растения (подрост ели и сосны, лесные травы, мхи) селятся на северном склоне; в тундре на склонах южных экспозиций развиваются более теплолюбивые кустарничковые группировки, что оказывает заметное влияние на почвообразование.

Возраст страны (время) как фактор почвообразования накладывает определенный отпечаток на формирование почв земного шара. Процесс почвообразования совершается не только в пространстве, но и во времени. Время, в течение которого в данной местности идет почвообразовательный процесс, и называют возрастом почвы (страны). Фактор возраста был выделен В. В. Докучаевым и развит академиком В. Р. Вильямсом, который различал абсолютный и относительный возраст почв. Абсолютный возраст почв связывается со временем окончания последнего ледникового периода (с момента освобождения суши от ледника и воды) до современной стадии развития почвы.

Почвообразовательный процесс начался раньше на тех территориях, которые скорее освободились от водного или ледникового покрова. Поэтому северные почвы нашей страны, сравнительно недавно освободившиеся от ледникового покрова, по возрасту условно являются самыми молодыми, почвы таежно-лесной зоны - среднего возраста, а почвы южных степей, где не было последнего оледенения, считаются самыми древними.

Однако в пределах одной и той же территории, одновременно освободившейся от ледникового или водного покрова, почвы находятся в неодинаковых стадиях развития. На одной и той же по абсолютному возрасту территории почвообразовательный процесс протекает с разной скоростью. Причина этого - неоднородность почвообразующих пород, рельефа и других факторов почвообразования. Таким образом, на разных почвообразующих породах и в различных условиях рельефа, имеющих одинаковый абсолютный возраст, образуются различные почвы и их относительный возраст будет неодинаковым.

Различие в стадиях развития почв на разных участках абсолютно одновозрастной территории называется относительным возрастом почв. Относительный возраст почв особенно заметно проявляется в горных областях и на древних террасах рек.

Таким образом, при прочих равных условиях состав и свойства формирующейся почвы определяются продолжительностью воздействия факторов почвообразования, т. е. возрастом территории.

ЛЕКЦИЯ 6. Живые организмы и деятельность человека как факторы почвообразования.

Биологический фактор. М и к р о о р г а н и з м ы (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли) первыми поселяются на горной породе. Их количество в почве исчисляется миллионами и миллиардами в 1г. Особенно много микроорганизмов в верхних горизонтах почв и в прикорневой зоне (ризосфере).

Бактерии – самая многочисленная часть почвенных организмов. По отношению к потребности в кислороде бактерии делятся на аэробные, анаэробные и факультативные, а по характеру питания – на автотрофные и гетеротрофные. Последние разлагают органические остатки до простых минеральных соединений. Автотрофные бактерии окисляют недоокисленные минеральные соединения, образовавшиеся в процессе жизнедеятельности гетеротрофов. Железобактерии окисляют закисные соединения железа, переводя их в окисную форму. Некоторые группы железобактерий окисляют соли марганца. Особое место занимают нитрифицирующие бактерии, которые окисляют аммиак сначала до азотистой, а затем до азотной кислоты. Последняя, соединяясь с основаниями, находящимися в почве, образует нитраты, столь необходимые для азотного питания растений. Нитрифицирующие бактерии – аэробы. Они требуют для своего развития хорошей аэрации почв с постоянным притоком кислорода.

Наряду с нитрификацией в почвах может происходить процесс денитрификации - восстановления нитратов почвы до молекулярного азота, что приводит к значительным потерям азота в почвах с плохой аэрацией. Денитрификация осуществляется группой анаэробных гетеротрофов.

Активное участие в круговороте азота, а, следовательно, и в почвообразовании принимают азотфиксирующие микроорганизмы, свободноживущие в почве, и клубеньковые бактерии, живущие в симбиозе с бобовыми растениями. Они связывают атмосферный азот, переводя его в белковые соединения. После отмирания азотфиксирующих бактерий почва обогащается азотом, который называют биологическим.

Актиномицеты, или лучистые грибы, широко распространены в почвах, где идет активное разложение органических остатков и образование гумуса. Актиномицеты разлагают клетчатку, лигнин, перегнойные вещества почвы, принимают активное участие в образовании гумуса.

Грибы разлагают лигнин, клетчатку, белки, жиры, дубильные вещества, участвуют в разрушении минералов почвы. Многие грибы вступают в симбиоз с зелеными растениями, образуя при этом на корнях микоризу, улучшающую азотное питание растений. Микориза развивается на корнях дуба, сосны, ели, кукурузы, твердой пшеницы и других растений.

Водоросли в отличие от грибов и бактерий способны синтезировать из минеральных соединений органические. Они обогащают почву органическим веществом и улучшают ее аэрацию выделяющимся при фотосинтезе кислородом. Водоросли активно участвуют в выветривании горных пород, а некоторые виды водорослей усваивают молекулярный азот воздуха.

Лишайники – симбиотические организмы, состоящие из грибов и водорослей. Грибы доставляют воду и минеральные соединения из субстрата, а водоросли с помощью хлорофилла синтезируют углеводы и другие органические вещества, которые частично используют грибы.

Лишайники - очень неприхотливые организмы. Их можно встретить не только на земле и деревьях, но и на голых скалах, камнях. Они, как и водоросли, активно участвуют в разрушении горной породы и первичном процессе почвообразования. Лишайники разрушают породу, воздействуя на нее и механически, и химически. Их органические остатки и минеральные зерна горной породы служат примитивной почвой для поселения на ней высших организмов.

Мхи, как и лишайники, первыми поселяются на каменистых отложениях и примитивных почвах. Они способствуют накоплению органического вещества, обусловливающего поселение высших зеленых растений. Мхи очень влагоемки, поэтому способствуют заболачиванию почв и накоплению торфа.

Высшие растения синтезируют в больших количествах органическое вещество и накапливают его в верхних слоях почвы, создавая, таким образом, почвенное плодородие. Растительные остатки служат исходным материалом для образования новых органических соединений, гумуса и оструктуривания почвы. Зеленые растения способствуют разрушению одних и синтезу новых минералов, активно воздействуют на формирование почвенного профиля.

Лесная растительность, представленная древесной, кустарниковой, травянистой и мохово-лишайниковой формацией, обусловливает ежегодное поступление на поверхность почвы большой массы наземного и подземного опада.

При разложении лесного опада, особенно хвойных пород, в зоне достаточного увлажнения образуются фульвокислоты, активно действующие на минеральную часть почвы и способствующие развитию подзолообразовательного процесса и формированию оподзоленных почв.

Травянистая растительность, которая образует в почве густую сеть тонких корней, ежегодно возвращает в почву большое количество органической массы, богатой азотом и элементами зольного питания, т. е. более благоприятной по химическому составу для питания растений, чем лесной опад. Поскольку количество растительной биомассы и интенсивность биологического круговорота в различных зонах неодинаковы, то и почвы, формирующиеся в разных природных условиях, различны. Так, под луговой травянистой растительностью формируются дерновые и дерново-подзолистые почвы, а под степной растительностью – черноземы, каштановые почвы.

Таким образом, зеленым растениям отводится главная роль в процессе почвообразования.

Животные организмы (простейшие, насекомые, дождевые черви, мелкие позвоночные).

Простейшие (корненожки, жгутиковые, инфузории) переводят сложные органические вещества в более простые.

Особая роль в почвообразовании принадлежит дождевым червям, на что впервые указал Ч. Дарвин. Черви, пропуская через пищеварительный тракт органические вещества, обогащают почву экскрементами, способствующими образованию гумуса и более водопрочной структуры. Велика роль дождевых червей в рыхлении почвы, перемешивании почвенной массы с органическими остатками и продуктами их гумификации.

Благодаря жизнедеятельности червей почва обогащается азотом, фосфором, улучшаются физические свойства почвы (пористость, водопроницаемость и др.).

Почвенные насекомые и их личинки, так же как и дождевые черви, разрыхляют почву, перерабатывают растительные остатки, обогащают почву гумусом и элементами минерального питания.

Грызуны (суслики, хомяки, кроты, мыши и др.), делая в почве многочисленные ходы, разрыхляют ее, делают более проницаемой для воды и воздуха, способствуют разложению растительных остатков и обогащению почвы органическим веществом.

Производственная деятельность человека. В последнее столетие наряду с природными факторами особое влияние на почвообразовательный процесс оказывает антропогенный фактор - деятельность человека.

Человек с незапамятных времен оказывает локальное влияние на почвенный и растительный покров. Стихийное уничтожение лесов, неумеренный выпас скота, чрезмерная распашка земель не могли не отразиться на почвообразовательных процессах. Но неизмеримо возросла интенсивность воздействия человека на почву в наши дни, в эпоху научно-технической революции. Из локального фактора она превратилась в глобальный. Это связано с осуществлением обширной программы химизации сельского хозяйства, осушения и орошения земель на больших территориях, созданием прудов и водоемов, полезащитных лесных насаждений, всевозрастающей техногенной нагрузкой на почву. Под влиянием обработки, удобрений, орошения, осушения и других видов мелиорации почв природный почвообразовательный процесс претерпевает большие изменения. Почвы приобретают качественно новые свойства: внесение органических и минеральных удобрений, известкование и гипсование почвы устраняют неблагоприятные для развития растений и микроорганизмов физико-химические свойства, меняют химический состав почв. Создание в степных и лесостепных районах полезащитных лесных насаждений, строительство прудов и водоемов улучшают водный режим почв, тормозят процессы водной и ветровой эрозии. Мелиорация солончаков и осушение болот превращают их в богатые высокоплодородные сельскохозяйственные угодья. Орошение полупустынных пространств, внесение удобрений и общая высокая культура земледелия преобразовывают ранее бесплодные территории в цветущие сады и виноградники, в хлопковые и рисовые поля. Таким образом, влияние производственной деятельности человека как фактора почвообразования при плановом хозяйстве чрезвычайно велико.

Однако производственная деятельность человека может привести и к нежелательным явлениям: заболачиванию почв, их засолению, уплотнению и разрушению почвы от «антропогенного давления», загрязнению различными вредными отходами, развитию процессов водной и ветровой эрозии и другим отрицательным последствиям. Поэтому воздействие человека на почву должно быть направлено на планомерное улучшение качества почвы и повышение ее производительности.

Все факторы почвообразования действуют на почвообразовательный процесс и совокупно, и взаимодополняюще. Взаимодействие главных почвообразователей - живых организмов и почвообразующих пород в различных условиях климата и рельефа на протяжении определенного промежутка времени приводит к формированию почв, разнообразий морфологии, состава и свойств.

ЛЕКЦИЯ 7. Морфология почв.

В результате длительного исторического процесса почвообразования исходная горная порода превращается в новое природное тело – почву, которая отличается от породы не только своим составом и свойствами, но и рядом внешних морфологических признаков. По ним можно отличить почву от породы, а также одну почву от другой. Морфологические или внешние признаки почв, как указывал Н. М. Сибирцев, часто бывают настолько характерны, что по ним можно узнавать или определять почвы подобно тому, как мы определяем какой-нибудь минерал, растение или животное.

Развитию морфологии почв как особого раздела почвоведения служат труды В. В. Докучаева, С. А. Захарова, К. Д. Глинки, Н. М. Сибирцева, Г. И. Тумина, С. И. Тюремнова, М. А. Глазовской, Ф. Я. Гаврилюка, С. И. Соколова, П. Н. Чижикова, Е. А. Дмитриева, Ф. Р. Зайдельмана, В. О. Таргульяна, В. В. и Г. В. Добровольских, В. Кубиены, Р. Брюэра, А. Йонгериуса, Т. Д. Морозовой, Е. А. Яриловой, Б. Г. Розанова и др. исследователей.

К главным морфологическим признакам почвы относятся ее строение, мощность почвы и отдельных ее горизонтов, окраска (цвет) почвы, ее механический состав, структура, сложение, новообразования и включения.

Строение почвенного профиля. В результате почвообразовательного процесса почвенная толща расчленяется на отдельные горизонты, создается профиль почвы, характеризующийся определенной сменой горизонтов в вертикальном направлении. Эти горизонты называют генетическими, поскольку они образуются в процессе генезиса, т. е. возникновения и развития почвы. Совокупность генетических горизонтов образует почвенный профиль.

Каждая почва имеет свой профиль, характерные генетические горизонты, различающиеся цветом, структурой, сложением и другими морфологическими признаками. Общая схема строения почвы была разработана В. В. Докучаевым. Он выделил в почве три генетических горизонта: гумусово-аккумулятивный (горизонт А), переходный (горизонт В) и материнская порода (горизонт С). Последующие исследователи (Г. Н. Высоцкий, Б. Б. Полынов, К. Д. Глинка, С. А. Захаров, А. Н. Соколовский и др.) дополнили эту схему.

В настоящее время в нашей стране широко используется система символов, согласно которой генетические горизонты обозначают начальными буквами латинского алфавита с цифровыми или буквенными индексами:

А₀ – лесная подстилка, или степной войлок, залегает на самой поверхности почвы, под пологом леса или степной целинной растительности, состоит из разлагающегося органического вещества (опад листьев, хвои, веток и других растительных остатков).

А_d – дернина, поверхностный горизонт, формирующийся под травянистой растительностью (особенно луговой), густо переплетенный корнями растений.

А_n, или А_nax – пахотный горизонт, измененный продолжительной обработкой поверхностный горизонт пахотных почв, сформированный из гумусового или других горизонтов на глубине постоянной обработки почвы.

А – гумусовый, или гумусово-аккумулятивный, горизонт, образуется в верхней части профиля и отличается максимальным содержанием гумуса и питательных веществ.

А₁ – гумусово-элювиальный горизонт, такой же, как и горизонт А, но отличается от него морфологически выраженными процессами разрушения и выщелачивания минеральных соединений. В результате гумификации и накопления гумуса горизонты А и А₁ имеют наиболее темную окраску по сравнению с другими горизонтами, в зависимости от содержания гумуса и его состава окраска может изменяться от черной или коричневой до палево-серой.

А₂ – элювиальный горизонт, формируется в верхней части профиля под влиянием процессов оподзоливания (кислотного разрушения минеральной части повы и вымывания продуктов разрушения и илистых частиц в нижележащие горизонты). Он окрашен в наиболее светлые тона (обычно белесый) и в различных почвах получает различные названия (подзолистый – в подзолистых и дерново-подзолистых почвах, осолоделый – в солодях). Последний образуется под влиянием осолодения, т. е. щелочного разложения минеральной части и выноса вниз ила и аморфных продуктов разложения минералов. Все элювиальные горизонты независимо от их генезиса характеризуются близкой морфологией, составом и свойствами. Вымывание гумуса, соединений железа и других красящих веществ и остаточное накопление кварца, аморфного кремнезема и других светлых минералов обусловливают светлую (белесую) окраску элювиальных горизонтов.

В – иллювиальный или переходный горизонты формируются в средней и нижней частях профиля – под элювиальным или гумусовым горизонтом. В него вмываются и частично накапливаются различные вещества, вымываемые из вышележащих горизонтов. Он обогащен по отношению к верхним горизонтам и породе илом, полуторными окислами и другими относительно подвижными минералами, органо-минеральными или органическими веществами. В зависимости от того, какие вещества аккумулируются в иллювиальном горизонте, различают следующие виды иллювиальных горизонтов: В_h - иллювиально-гумусовый (содержит вмывные гумусовые вещества); В_t - иллювиально-глинистый (тонкие глинистые частицы); В_Fe - иллювиально-железистый (железистые соединения); В_k – иллювиально-карбонатный (карбонаты); В_s - иллювиально-солевый (сульфаты и хлориды); В_cs – иллювиально-гипсовый (гипс) и т. д.

В некоторых почвах (черноземы, каштановые почвы), где отсутсвуют процессы перемещения минеральной алюмосиликатной части почвы, горизонт В является не иллювиальным, а переходным от гумусово-аккумулятивного к почвообразующей породе. Все иллювиальные горизонты в основном имеют более тяжелый механический состав, чем нижележащие. Они заметно уплотнены, имеют крупно-призматическую, глыбистую, а иногда столбчатую структуру.

G – глеевый горизонт, образуется при постоянном или временном избыточном увлажнении в условиях плохой аэрации почв. При недостатке кислорода в почве развиваются восстановительные процессы, в результате которых образуются закисные соединения железа, марганца и других элементов, придающие почве голубоватые, синие, зеленовато-серые и другие тона. Поскольку оглееность может проявиться в любом почвенном горизонте, к основному символу горизонта добавляется буква g, например: А_2g, В_g, С_g.

C – материнская почвообразующая порода, мало затронутая почвообразовательным процессом горная порода, из которой образовалась данная почва.

D – подстилающая порода – горная порода, залегающая ниже материнской. Она вычленяется там, где верхняя и нижняя части профиля сформировались на различных породах. Если весь слой материнской породы захвачен почвообразовательным процессом, то подстилающая порода может лежать непосредственно под почвой, а не под материнской породой горизонта С.

Кроме названных горизонтов, выделяются переходные горизонты, например: А₂В, АВ, ВС и т. д., а также торфяные горизонты Т.

Каждый из горизонтов может быть разделен на подгоризонты, например: А^/, А^//, А^///, В₁, В₂, В₃, С₁, С₂ и т. д.

Кроме генетических почвенных горизонтов, составляющих профиль почвы, выделяется горизонт грунтовых вод.

ЛЕКЦИЯ 8. Механический состав почвы.

Твердая фаза большинства почв (кроме торфяных) состоит главным образом из минеральных частиц (80-90% и более), кторые входили в состав материнской горной породы. Эти частички почвы, т. е. отдельные зерна минералов и обломки горных пород, называются механическими элементами или элементарными частицами почвы. Механические элементы могут быть самой разнообразной величины, начиная от крупных обломков горных пород и кончая частицами, диаметр которых измеряется тысячными долями микрона. Понятно, что определить размер каждой частицы, входящей в состав породы или почвы, невозможно. Поэтому, элементарные частицы, близкие по размерам, объединяют в группы, или фракции. Существует несколько группировок механических элементов по размерам. В нашей стране наиболее широкое распространение получила классификация, предложенная профессором Н. А. Качинским.

В каждой почве содержится несколько механических функций. В фракцию «физического песка» объединяют все частицы крупнее 0,01 мм, а в фракцию «физической глины» – все частицы мельче 0,01 мм. Все частицы крупнее 1 мм называют скелетной частью почвы, а меньше 1 мм – мелкоземом. В зависимости от соотношения разных фракций выделяют почвы различного механического состава.

Почвы разного механического состава имеют различные свойства. Песчаные почвы хорошо пропускают воду, но плохо удерживают ее. Вследствие малой влагоемкости выпадающие осадки в них не задерживаются, что способствует выщелачиванию питательных веществ из верхних горизонтов. Они быстрее других прогреваются весной, вследствие чего их называют теплыми. Песчаные почвы легко поддаются обработке сельскохозяйственными орудиями, поэтому их называют легкими. Они имеют хороший воздушный режим. Эти почвы содержат незначительное количество гумуса и зольных элементов питания растений, поэтому на них необходимо вносить органические удобрения большими дозами, а минеральные дробными.

Иными свойствами обладают глинистые почвы: они холодные, так как медленно прогреваются весной (на испарение влаги расходуется много тепла), тяжелые, потому что трудно поддаются обработке сельскохозяйственными орудиями. Эти почвы обычно очень плотные, твердые (в сухом состоянии), вязкие, липкие (в сильно увлажненном состоянии) и поэтому имеют плохие водный и воздушный режимы. Глинистые почвы содержат достаточное количество элементов питания растений, но часто растения не могут их использовать.

В агрономическом отношении лучшими по механическому составу считаются суглинистые и супесчаные почвы. Они имеют более благоприятное по сравнению с песчаными и глинистыми почвами сочетание водного, воздушного и теплового режимов. Суглинистые почвы достаточно влагоемки и водопроницаемы, хорошо удерживают воду, легко оструктуриваются, содержат достаточно для нормального развития и роста растений элементов питания и воздуха, легче обрабатываются, чем глинистые почвы. Супесчаные почвы обладают меньшей влагоемкостью и содержат меньше элементов питания растений, чем суглинистые и глинистые почвы.

Механический состав – важная агрономическая характеристика почвы. Он в некоторой степени характеризует плодородие почвы. От механического состава почв зависят почти все их физические свойства (плотность, порозность, влагоемкость, водопроницаемость, водоподъемная способность, воздушный и тепловой режимы и др.), а также технологические особенности почв (твердость, липкость, крошение пласта при вспашке). Знание механического состава почв необходимо для решения таких вопросов, как определение глубины вспашки, подбор почвообрабатывающих орудий, размещение культур, определение глубины заделки семян и удобрений, установление сроков и способов полива и т. п.

ЛЕКЦИЯ 9. Физика почв.

К общим физическим свойствам почвы относятся плотность твердой фазы почвы, объемная масса, пористость и удельная поверхность.

Плотность твердой фазы почвы – отношение массы твердой фазы сухой почвы к массе равного объема воды при 4⁰С.

Плотность твердой фазы почвы зависит от содержания гумуса, органических веществ и минералов, слагающих почву. Наименьшая плотность отмечается в верхнем гумусовом горизонте, причем она тем меньше, чем больше гумуса и органического вещества в почве. Например, плотность твердой фазы перегнойно-аккумулятивного горизонта высокогумусных черноземов колеблется в пределах 2,30-2,40, а в торфяных почвах приближается к плотности торфа (1,4-1,7). Плотность малогумусных почв варьирует от 2,5 до 2,65. Например, плотность твердой фазы песчаных почв приближается к плотности кварца (2,65).

По мере движения в глубь почвы плотность закономерно возрастает. Так, в глубинных иллювиальных горизонтах подзолистых почв, а также в красноземах, где скапливаются железистые соединения и другие тяжелые минералы, плотность достигает значительных величин (2,70-2,80).

Таким образом, плотность твердой фазы косвенно характеризует химический и минералогический состав почвы. По ее величине можно ориентировочно судить о количестве гумуса и органических веществ в почве, о содержании в ней тяжелых минералов, о степени ее глинистости и др.

Плотность твердой фазы почвы используют для вычисления порозности почвы, для определения скорости оседания механических элементов почвы в жидкостях и др.

Объемной массой почвы называют массу 1см³ сухой почвы (высушенной до постоянной массы при 105⁰С), взятой в ее естественном сложении (т. е. со всеми имеющимися в ней порами).

Объемная масса характеризует плотность сложения почвы и часто употребляется как ее синоним. Плотность почвы всегда меньше плотности ее твердой фазы. Объемная масса почвы зависит от характера слагающих почву минералов, содержания органического вещества, структуры и порозности почвы. Чем рыхлее почва, структурнее и чем больше в ней перегноя, тем меньше ее объемная масса.

Порозность, или скважность, - суммарный объем всех пор и промежутков между твердыми частичками и комочками почвы в единице ее объема в ненарушенном состоянии. Та часть скважности почвы, которая заполнена воздухом, называется скважностью аэрации (поры аэрации).

Высокой порозностью обладают почвы, богатые органическим веществом, структурные (55-60%). В пахотном слое таких почв порозность может повышаться до 65-70%. У бедных гумусом и бесструктурных почв она составляет 45-40% и меньше. В нижних горизонтах минеральных почв она снижается до 40-35%. Оптиальная порозность для большинства сельскохозяйственных растений 50%. При порозности менее 40% почва становится труднопроницаемой для корней растений.

ЛЕКЦИЯ 10. Воздушный и тепловой режим почвы.

К важнейшим воздушным свойствам почвы относятся воздухоемкость и воздухопроницаемость.

Воздухоемкость – это способность почвы содержать в себе определенное количество воздуха. Она определяется величиной некапиллярных, или межагрегатных, пор. Величина воздухоемкости зависит не только от пористости почвы, но и от степени ее увлажнения. Чем больше воды в почве, тем меньше в ней воздуха (воздух заполняет свободные от воды почвенные поры). Воздухоемкость зависит также от механического состава и структуры почвы. Чем структурнее почва, тем больше в ней крупных некапиллярных пор, свободных от воды, тем выше ее воздухоемкость. Мало воздуха в распыленных бесструктурных почвах. Наиболее благоприятный воздушный режим имеют рыхлые структурные почвы.

Воздухопроницаемость – свойство почвы пропускать через себя воздух. Она зависит от механического состава и структуры почвы. В легких, структурных и оптимально увлажненных почвах воздухопроницаемость выражена лучше, чем в тяжелых, бесструктурных, переувлажненных почвах. Последние почвы слабовоздухопроницаемы. Количество и состав почвенного воздуха в различных почвах и горизонтах неодинаковы, они сильно изменяются как во времени, так и в пространстве. В пахотных почвах количество воздуха колеблется от 8 до 40% общего объема почвы. По своему составу почвенный воздух отличается от атмосферного, в нем больше углекислого газа и меньше кислорода.

Кроме азота, кислорода и углекислого газа, в почвенном воздухе содержатся аммиак, метан, водород, сероводород и другие газы, а также значительное количество водяных паров. Состав почвенного воздуха в различных типах почв и их горизонтах неодинаков. Например, в болотных почвах, где преобладают восстановительные процессы, почвенный воздух содержит значительное количество метана. Нижние горизонты содержат меньше воздуха, чем верхние. В течение вегетационного периода состав почвенного воздуха изменяется; под влиянием растений и почвенных микроорганизмов почвенный воздух обогащается углекислым газом и водородом и обедняется кислородом. В процессе газообмена между почвой и атмосферой в почву поступает кислород, а часть углекислого газа из почвы поступает в атмосферу. Газообмен между почвой и атмосферой осуществляется благодаря атмосферным осадкам, изменению барометрического давления, колебаниям температуры в течение суток, движению воздушных потоков, ускоряющих диффузию, и т. д.

Хорошему газообмену способствуют структурное состояние и рыхлое строение почвы, легкий механический состав. Воздушный режим почвы регулируют глубокой вспашкой, культивацией, боронованием, осушением заболоченных и периодически переувлажняющихся почв.