Почвоведение Уч пос_Николаева Т.Н. 2005

Среди перечисленных групп микроорганизмов наиболее представительны бактерии. Численность их в течение года многократно (6-10 раз) возобновляется. В зависимости от способа питания бактерии подразделяются на гетеро- и автотрофные, по условиям существования – на аэробные и анаэробные.

Основными функциями микроорганизмов в почвообразовании являются разложение растительных остатков и почвенного гумуса до простых солей, используемых растениями, участие в образовании гумусовых веществ, разрушение и новообразование почвенных минералов, усвоение атмосферного азота (характерно для некоторых групп микроорганизмов).

Интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов регулируется гидротермическими условиями, реакцией среды, количеством и составом питательных веществ. Для большинства из них оптимальны температура 25-30 ºС и влажность около 60 % полной влагоемкости почвы.

Многие бактерии и грибы продуцируют вещества типа полисахаридов, способствующие структурообразованию почв. Некоторые почвенные грибы и бактерии синтезируют аминокислоты, спирты, органические кислоты. При микробно-грибном разложении растительной массы в почве образуются активные биохимические продукты. Продукты жизнедеятельности одних бактерий часто являются токсическими антибиотиками для других.

Животные: простейшие (жгутиковые, корненожки, инфузории), беспозвоночные (дождевые черви, многоножки, жуки, термиты и др.) и позвоночные (кроты, суслики, хомяки и др.) – рыхлят и перемешивают почвенную массу на глубину до нескольких метров. Особенно важна роль дождевых червей, которые, помимо измельчения органических остатков, обогащают почву органическими веществами и карбонатами, улучшают ее физические свойства, химический состав и структуру, увеличивают количество гумуса, снижают кислотность и т.д.

Главной функцией животных в биосфере и почвообразовании следует считать потребление, первичное и вторичное разрушение органического вещества, перераспределение запасов энергии и превращение части потенциальной энергии в тепловую, механиче-

11

скую и химическую. Животные организмы существенно ускоряют темпы биологического круговорота веществ в биосфере и почвах. В процессе дыхания, движения, обмена организмов со средой идет последовательное окисление части углерода до двуокиси, выделение воды, паров и газов, минеральных солей, экскрементов. К этому добавляются минеральные и органические продукты посмертного разложения. Все это определяет ведущую роль биологического фактора в почвообразовании.

Возраст почв. Генезис почв протекает во времени с той или иной скоростью. Каждый новый цикл почвообразования (сезонный, годичный, многолетний) вносит свои изменения в превращения органических и минеральных веществ в почвенном профиле. От продолжительности почвообразования, даже при одинаковых его условиях, зависит степень обеднения почвы одними веществами и степень накопления других веществ, вследствие чего будут различаться и почвы разного возраста. На эволюцию почв во времени влияет также смена географических условий.

Принято различать абсолютный и относительный возраст почв. Абсолютный возраст – время, прошедшее с начала формирования почвы до настоящего времени. Он колеблется от нескольких лет до миллионов лет. Максимальный возраст имеют почвы тропических территорий, не претерпевших различного рода трансформации. На территории нашей страны абсолютный возраст почв исчисляется тысячелетиями и десятками тысяч лет. Самые молодые почвы располагаются в современной пойме. Со временем почва превращается из «молодой» в «зрелую». При этом под воздействием природных условий (климата, растительности, степени увлажнения и др.) меняются ее свойства.

Относительный возраст почв характеризует скорость почвообразовательного процесса, быстроту смены одной стадии развития почвы другой. Он связан с влиянием состава и свойств пород, условий рельефа на скорость и направление почвообразовательного процесса.

Производственная деятельность человека. Это специфи-

ческий мощный фактор сознательного, направленного воздействия на почву, вызывающий изменение ее свойств и режимов (реакции

12

при известковании, питательного режима при внесении удобрений, водно-воздушного и окислительно-восстановительного режимов при осушении и орошении и пр.) значительно более высокими темпами, чем при естественном процессе. Производственная деятельность человека, предусматривающая мероприятия по окультуриванию почв, становится решающим фактором почвообразования и повышения плодородия почв. Характер и значимость изменений почвы зависят от социально-экономических производственных отношений, уровня развития науки и техники. Неправильное использование почв без учета их свойств, условий развития может вызвать существенное их ухудшение (развитие эрозии, вторичное засоление, заболачивание, загрязнение почвенной среды и др.).

2. ТВЕРДАЯ ФАЗА ПОЧВЫ

Почва является многофазной полидисперсной системой. Она состоит из твердой части и пор, заполненных почвенным раствором, почвенным воздухом и живыми организмами. Большинство почв является минеральными. На долю их твердой фазы, представленной, главным образом, минеральным веществом, приходится 40-65 % объема почвы (или 90-99 % и более ее массы).

Минеральная часть почвы обеспечивает условия закрепления корней растений, является, наряду с органической частью, источником питательных веществ, влияет на физические и физикохимические свойства почвы.

Минеральную часть почвы принято различать по минеральному, химическому, гранулометрическому (механическому) составу. Состав минеральной части почвы зависит от состава исходной почвообразующей породы и от условий, в которых развивается почва.

13

2.1. ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ

Подавляющая часть почв, за исключением примитивных и слаборазвитых почв на скальных породах и некоторых специфических типов почв преимущественно в горных районах, формируется на рыхлых отложениях, которые являются продуктами выветривания и представляют собой смесь минеральных частиц различной крупности, называемых механическими элементами. Механические элементы представлены мономинеральными зернами или полиминеральными обломками горных пород и органическими и (или) органо-минеральными гранулами. Существование и целостность механических элементов определяется силами молекулярных взаимодействий.

Соотношение частиц разного размера зависит от характера исходной породы, направления (типа), интенсивности и длительности выветривания и определяет тот или иной гранулометрический состав отложений или элювия породы и соответственно формирующихся на них почв.

Гранулометрическим составом почвы называют массовое соотношение (относительное содержание в процентах) в ее составе твердых частиц разной крупности, выделяемых в пределах непрерывного ряда определенных групп крупности (гранулометрических фракций).

Гранулометрический состав почв в значительной степени унаследован от соответствующих породообразующих (материнских) горных пород и в своих основных чертах остается стабильным в процессе почвообразования.

При почвообразовании на плотных скальных горных породах протекающее одновременно с ним выветривание приводит к физическому дроблению породы на механические элементы разной крупности. Гранулометрический состав продуктов выветривания (элювия) плотных пород тесно связан с их минералогическим составом: кислые, богатые кварцем породы дают при выветривании много крупнодисперсного песчаного материала; элювий основных, богатых легко выветривающимися материалами пород обогащен глинистыми тонкодисперсными частицами. Элювий известняков и мергелей обычно имеет глинистый состав.

14

В процессе разрушения, транспортировки водными, ветровыми или склоновыми гравитационными потоками и переотложения продуктов выветривания горных пород происходят их сортировка и разделение в пространстве на грубообломочные, песчаные, пылеватые или глинистые поверхностные отложения. Аллювиальные и эоловые отложения обычно становятся относительно гомогенными, частицы их хорошо отсортированы и разделены в пространстве по крупности. Эти отложения разделяют на пески, суглинки и глины по преобладающим в них частицам. Гляциальные, флювиогляциальные и делювиальные наносы сортируются, как правило, плохо. Степень сортированности и дисперсность материала по направлению движения потока распределяются закономерно, поскольку грубые частицы оседают ближе к источникам материала, а тонкодисперсные уносятся дальше.

Частицы разной крупности имеют обычно различный минералогический, и, следовательно, химический состав. Крупные частицы большей частью представлены кварцем, пылеватые – кварцем и полевыми шпатами, тонкодисперсные – вторичными глинистыми материалами.

Механические элементы в почвах не только наследуются от исходной материнской породы, но и образуются в процессе почвообразования. Поэтому почвенные механические элементы могут быть первичными (унаследованными) либо вторичными (новообразованными).

Классификация механических элементов почв. Как прави-

ло, почвы бывают не монодисперсными, а представляют собой смесь механических элементов самых различных размеров. На основе различий в водно-физических и химико-минералогических свойствах механические элементы сгруппированы в пределах определенных размерных интервалов – гранулометрических фракций. В почвоведении приняты номенклатура и подразделение гранулометрических фракций, разработанные А.Н. Сабаниным и В.Р. Вильямсом и впоследствии уточненные Н.А. Качинским (табл.1).

Н.М. Сибирцевым были введены широко используемые и сейчас понятия физическая глина (суммарное процентное содержание частиц мельче 0,01 мм) и физический песок (крупнее 0,01 мм),

15

Таблица 1

Классификация гранулометрических элементов

	Диаметр частиц,	Название гранулометрических	Группа
	мм	фракций
	> 3	Каменистая часть почвы	Физический
	3-1	Крупный песок	песок
	1-0,25	Средний песок
	0,25-0,05	Мелкий песок
	0,05-0,01	Крупная пыль
	0,01-0,005	Средняя пыль	Физическая
	0,005-0,001	Мелкая пыль	глина
	< 0,001	Ил

которые выделяются в пределах фракции мелкозема (мельче 1 мм). Частицы, включающие камни и гравий, т.е. имеющие размер крупнее 1 мм, называются скелетом. Суммарное процентное содержание частиц менее 0,001 мм называется илистой или тонкодисперсной фракцией. Фракцию крупной пыли (0,05-0,01 мм) иногда называют лессовидной, поскольку она составляет основу лессов.

Гранулометрические фракции в целом отражают реально существующие различия свойств (физических, химико-минералогических) частиц, что, в свою очередь, обусловливает определенные свойства почв в зависимости от степени участия тех или иных фракций в формировании их гранулометрического состава.

Наиболее существенные отличия в свойствах частиц лежат на границе около 0,001 мм. У частиц мельче этого размера, т.е. илистых и в особенности коллоидных, в силу высокой дисперсности и особого химико-минералогического состава (преобладание глинистых минералов и гумуса) ярко выражены поглотительная способность и способность к коагуляции с образованием почвенных агрегатов. Эти особенности способствуют созданию благоприятных физических свойств почв в целом; однако, если илистые частицы существуют в почве преимущественно вне агрегатов, это резко снижает ее воздухо- и водопроницаемость.

Во фракциях крупнее 0,001 мм поглотительная способность практически не выражена, так как они представлены преимущест-

16

венно обломками первичных минералов и содержат ничтожное количество органического вещества (за исключением фракции 0,005- 0,001 мм, содержащей некоторую примесь глинистых минералов и гумуса в силу ее переходного к илу характера). Фракция пыли в интервале 0,05-0,005 мм способствует распылению почвы в сухом состоянии и заплыванию во влажном; при значительном содержании этих фракций вне агрегатов водно-физические свойства почв ухудшаются. Фракции песка (1-0,05 мм), целиком представленные обломками пород и минералов, совершенно лишены поглотительной способности, однако при значительном содержании они обеспечивают хорошую воздухо- и водопроницаемость почв.

Классификация почв по гранулометрическому составу.

В России принята разработанная Н.М. Сибирцевым и дополненная Н.А. Качинским классификация почв по гранулометрическому составу (табл.2), основанная на соотношении физической глины и физического песка.

Легкими называются почвы, в гранулометрическом составе которых преобладают крупные фракции; это песчаные и супесчаные почвы. Тяжелые почвы содержат в основном тонкие фракции, особенно ил. Таковы тяжелосуглинистые и глинистые почвы.

Наряду с гранулометрическим, различают также агрегатный состав почв. В естественных условиях механические элементы в почве практически всегда (исключая горизонты, образованные рыхлыми песками) в той или иной степени скреплены в микроагрегаты, под которыми понимаются комочки размером менее 0,25 мм. Содержание в почве различных микроагрегатов, их водопрочность принадлежат к числу очень важных характеристик почвы. В качестве примера приведем соотношения различных фракций верхнего горизонта обыкновенного чернозема (по Н.А. Качинскому) по данным гранулометрического и агрегатного анализов, % от массы сухой почвы:

Размерчастиц,мм	1-0,25	0,25-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-	<0,001
Состав почвы:					0,001
грануломет-	0	1,8	35,2	10,9	16,7	35,4
рический	0	35,5	45,3	9,1	7,6	2,5
агрегатный
						17

								Таблица 2
	Классификация почв по механическому признаку
	Содержание физической глины (< 0,01 мм), %				Содержание физического песка (> 0,01 мм), %
Название по
		Тип почвы				Тип почвы
механическому
		Степные +				Степные +
составу				Солонцы и				Солонцы и
	Подзолистые	красноземы		сильносолонцеватые	Подзолистые	красноземы		сильносолонцеватые
		и желтоземы				и желтоземы
Песчаная
Рыхло-песчаная	0-5	0-5		0-5	100-95	100-95		100-95
Связно-песчаная	5-10	5-10		5-10	95-90	95-90		95-90
Супесчаная	10-20	10-20		10-15	90-80	90-80		90-80
Суглинистая
Легкосуглинистая	20-30	20-30		15-20	80-70	80-70		85-80
Среднесуглинистая	30-40	30-45		20-30	70-60	70-55		80-70
Тяжелосуглинистая	40-50	45-60		30-40	60-50	55-40		70-60
Глинистая
Легкоглинистая	50-65	60-75		40-50	50-35	40-25		60-50
Среднеглинистая	65-80	75-85		50-65	35-20	25-15		50-35
Тяжелоглинистая	>80	>85		>65	<20	<15		<35

18

Гранулометрический и агрегатный составы влияют на фильтрационную и водоудерживающую способность, тепловой, воздушный и питательный режимы почвы. Ряд сельскохозяйственных культур, в силу их физиологических особенностей, для оптимального развития нуждается в почвах определенного гранулометрического состава. Так, виноградная лоза дает наиболее высококачественную продукцию на щебнистых почвах, табачный лист – на почвах относительно легкого состава. Культуры картофеля, бахчевых и большинства овощей лучше всего произрастают на песчаных и легко суглинистых почвах.

2.2. МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ

Основную долю вещественного состава рыхлых почвообразующих пород и почв, за исключением торфяных, образуют минеральные частицы. В зависимости от происхождения и размеров они могут быть разделены на две основные группы. Одну из них составляют зерна первичных минералов, перешедших в мелкозем из разрушенных плотных изверженных, метаморфических или осадочных пород, другую – тонкодисперсные частицы вторичных, главным образом, глинистых минералов, которые представляют собой продукт трансформации первичных минералов или результат процессов выветривания и почвообразования.

2.2.1. Первичные минералы почв

Первичные минералы почти целиком сосредоточены в гранулометрических фракциях размером более 0,001 мм, так называемой крупной фракции почв, что определяется размерами минеральных зерен плотных пород, а также максимальными пределами дробления при механических и температурных воздействиях.

По соотношению содержания главнейших групп породообразующих минералов рыхлые почвообразующие породы (и соответственно формирующиеся на них почвы) существенно отличаются от плотных пород. В них гораздо меньше полевых шпатов, пироксенов

19

и амфиболов, чем в магматических породах, а по сравнению с плотными метаморфическими и осадочными породами в них, кроме того, существенно ниже количество слюд, карбонатов на фоне абсолютного доминирования кварца. Обусловлено это тем, что рыхлые почвообразующие породы, за исключением элювия, образованного из изверженных пород in situ, представляют собой продукт многократного переотложения и длительного изменения материала плотных пород под действием физических и биологических агентов, что приводит к относительному накоплению более устойчивого к выветриванию кварца. В свою очередь, в зависимости от гранулометрии рыхлых почвообразующих пород участие первичных минералов в формировании их состава весьма различно: первичные минералы составляют 90-98 % массы мелкозема песков, 50-80 % суглинков и

10-12 % глин.

Наглядное представление о соотношении главнейших групп породообразующих минералов и доле участия первичных минералов в составе почвообразующих плотных и рыхлых пород дают диаграммы, приведенные на рис.1. Несмотря на то, что первичные минералы не обладают, в отличие от тонкодисперсных глинистых минералов, таким важнейшим свойством, как поглоти-

тельная способность, их влия-

а																																		ние на	формирование свойств
																				3										7
		1					2																			4
б																																		почв и даже на их генезис может
				1							2					4					5						6				7			быть значительным.
в					1										2									6							7			Некоторые из минералов
г																																		служат	источником элементов
								1															2						6		7			питания: фосфором богат апатит,

Рис.1. Минералогический состав различных типов породообразующих пород: а – плотных магматических; б – плотных осадочных; в – рыхлых суглинистых; г – рыхлых песчаных

1 – кварц; 2 – полевые шпаты; 3 – пироксены и амфиболы; 4 – слюды; 5 – карбонаты; 6 – глинистые минералы; 7 – прочие минералы (пироксены, амфиболы, слюды, карбонаты, глинистые минералы включаются в эту

группу при содержании менее 1 %)

20

калием – биотит и калиевые полевые шпаты, кальцием – наряду с карбонатами средние и основные плагиоклазы, железом – пироксены, биотит, хлорит. Наличие в мелкоземе невыветрелого материала карбонатных пород обычно тормозит проявление подзолообразования в благопри-