Почвоведение Уч пос_Николаева Т.Н. 2005

орошении большими нормами. Водопроницаемость почв прямо пропорциональна пористости и обратно пропорциональна удельной поверхности почвенных частиц. Она также зависит от формы почвенных пор, механического состава, оструктуренности, температуры воды. На водопроницаемость существенно влияет состав поглощенных катионов почвы. При значительном содержании поглощенного натрия почвы быстро набухают и становятся практически непроницаемыми для воды.

Водоподъемная способность обусловливается капиллярным подъемом воды. Высота подъема, определяемая радиусом капилляров и поверхностным натяжением воды, зависит от структурных особенностей почвы, ее гранулометрического состава, формы зерен, минерального состава и др. С ростом дисперсности почв увеличивается ее водоподъемная способность. Максимальная высота капиллярного подъема для песчаных почв 1,5-2 м, для глинистых 3-4 м.

Таблица 10

Физические и водные свойства лесной сильноподзолистой почвы на покровном суглинке (поН.Ф. Созыкину)

Горизонт	Глубинавзятия образца, см	Плотность твердойфазы, г/см	Плотность, г/см	Общаяпористость, %	Максимальная гигроскопическаявлажность, %	Влажностьзавядания, %	Наименьшая влагоемкость, %	Полнаявлагоемкость, %
		3	3

А0	0-2	1,62	0,09	94	27,3	–	161	1045
А1А2	2-13	2,60	1,17	55	4,6	9,3	31	47
А2	13-20	2,66	1,45	45	2,3	4,4	22	31
А2В	20-36	2,67	1,47	45	3,6	7,1	21	31
В1	36-61	2,68	1,50	42	3,9	16,2	21	28
В2	61-80	2,70	1,57	41	8,0	15,2	21	26
ВС	>80	2,70	1,67	42	8,0	15,0	20	25

____________________________

Примечание. А0 – горизонт лесной подстилки; А1А2 – гумусово-элюви- альный горизонт; А2 – элювиальный горизонт; А2В – элювиально-иллювиальный горизонт; В1 и В2 – верхний и нижний подгоризонты иллювиального горизонта соответственно; ВС – переходныйгоризонт от иллювиального кматеринскойпороде.

71

Кроме высоты капиллярного подъема, большое практическое значение имеет скорость этого процесса, обусловленная радиусом капилляров почвы и вязкостью воды. Скорость подъема воды по капиллярам обратно пропорциональна их диаметру. Соответственно, в более грубозернистых почвах и грунтах вода поднимается быстрее, чем в глинистых. Кроме того, по мере поднятия капиллярной влаги скорость передвижения ее уменьшается.

Благодаря капиллярным явлениям и водоподъемной способности почв, грунтовые воды оказывают большое влияние на почвообразование и плодородие. В результате капиллярного подтока влаги и сопутствующего переувлажнения в почвах усиливаются восстановительные процессы, приводящие к частичному или сплошному оглеению их горизонтов. Повышенная минерализация грунтовых вод может при их капиллярном подъеме вызывать засоление почв.

В качестве иллюстрации приведем данные о показателях, характеризующих физические и водные свойства одного из видов лесных почв (табл.10).

7.3.МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Кмеханическим свойствам почв относятся набухание, усадка, липкость, связность, твердость и удельное сопротивление при обработке.

Набухание – увеличение объема почвы при увлажнении –

присуще почвам, содержащим большое количество коллоидов, и объясняется связыванием тонкими частицами почвы молекул воды с увеличением гидратных оболочек. Набухание выражают обычно

вдолях единиц или в процентах от начального объема образца почвы по приращению его высоты в результате набухания. Набухание почвы тесно связано с наличием и составом глинистых минералов

вней, а также составом обменных катионов. Наибольшей набухаемостью обладают минералы монтмориллонитовой группы, наи-

меньшей – каолинитовой. Насыщение почв одновалентными основаниями (особенно Na+) способствует значительному набуханию, тогда как при насыщении двух- и трехвалентными катионами значительного увеличения в объеме при набухании не наблюдается.

72

Неблагоприятным следствием набухания может быть разрушение агрегатов почвы пленками воды.

Усадка – сокращение объема почвы при высыхании. Величина усадки обусловлена теми же факторами, что и набухание. Чем больше набухание, тем сильнее усадка почвы. Ее выражают обычно в долях единиц или в процентах от начального объема почвы. При сильной усадке в почве образуются многочисленные трещины, происходит разрыв корней растений, усиливается физическое испарение влаги.

Липкость – свойство влажной почвы прилипать к другим телам. Величина липкости определяется силой, требующейся для отрыва металлической пластины от влажной почвы. Она проявляется при увлажнении почвы, приближающемся к верхнему пределу влажности. Липкость почвы в значительной мере определяется составом поглощенных оснований: насыщенность почвы кальцием способствует снижению липкости, тогда как с ростом насыщенности натрием она резко увеличивается.

Связность – способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить почвенные частицы. Вызывается она силами сцепления между частицами почвы и обусловлена механическим и минералогическим составом, структурным состоянием почвы, влажностью и характером ее сельскохозяйственного использования. Наибольшей связностью характеризуются глинистые почвы, наименьшей – песчаные. Малоструктурные почвы в сухом состоянии имеют максимальную связность.

Твердость – сопротивление, которое оказывает почва проникновению в нее под давлением какого-либо тела (шара, конуса, цилиндра и т.п.). Высокая твердость – признак плохих физикохимических и агрофизических свойств почвы. Когда почва плохо пропускает влагу и воздух, растения плохо развиваются. Твердость почвы зависит от ее увлажнения, структурности, количества гумуса, механического состава.

Удельное сопротивление – усилие, затрачиваемое на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. В зависимости от механического состава, физико-химических свойств, влажности и агрохозяйственного состояния удельное сопротивле-

73

ние изменяется от 0,02 до 0,12 МПа. Наименьшим удельным сопротивлением характеризуются не насыщенные основаниями почвы легкого механического состава (супесчаные и песчаные), самым большим – тяжелосуглинистые и глинистые почвы солонцового типа. Существенно влияет на удельное сопротивление увлажнение почвы.

8.ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ

ИТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

Тепловой режим и баланс. Тепловой режим в значительной мере определяет интенсивность механических, геохимических и биохимических процессов, протекающих в почве. Под тепловым (температурным) режимом почвы понимают совокупность всех явлений поступления, передвижения и отдачи тепла в системе приземный слой воздуха – почва – почвообразующая порода. Основным показателем теплового режима, играющего большую роль в почвообразовании, является температура, которая определяет скорость химических реакций, растворимость газов, пептизацию и коагуляцию коллоидов, реакции сорбции и десорбции, микробиологическую активность, скорость выветривания горных пород и пр.

Разность между солнечной радиацией, поглощенной поверхностью, и эффективным излучением называется радиационным (тепловым) балансом. Тепловой баланс можно представить в виде

R = Q1 + Q2 + Q3,

где R – поступающее количество энергии; Q1 – энергия, расходуемая на нагревание (теплообмен) почвы; Q2 и Q3 – отдача теплоты в атмосферу (Q2) и на испарение и конденсацию воды (Q3).

В среднем годовом цикле тепловой баланс равен нулю, так как нарастающегоразогревания почвы и ее охлаждения непроисходит.

Каждый тип почвы имеет определенный годовой ход температурных кривых на различной глубине почвы (с глубиной температура почвы уменьшается), поэтому принято среднюю температуру замерять на глубине 20 см (табл.11) .

74

Таблица 11

Колебания температуры почвы в европейской части России на глубине 20 см (по А.М. Шульгину)

Почвы

Подзолистые

Черноземные

Каштановые

Бурые лесные

Средняя температура за теплый период, С	Температура за самый теплый месяц, С	Средняя температура за холодный период, С	Температура за самый холодный месяц, С	Годовая амплитуда температуры, С
6-10	15-18,5	–2-0,0	–3-0,6	17-20
11-15	18-22	–5-1,0	–7-1	20-27
14-16	23-26	–2-+0,5	–3,5-1,5	25-26
18-20	25,5-27	+5,5-+7,0	+4-+5	21-22

В связи с различной интенсивностью поступления лучистой энергии к поверхности почвы различают годовой и суточный ход ее температуры с минимумами и максимумами в различные месяцы и время суток.

Суточный ход температуры характеризуется одним максимумом (около 13 ч) и одним минимумом (перед восходом солнца). Амплитуда колебаний температуры в течение суток наибольшая в поверхностном слое почвы. В глубоких горизонтах колебания температуры уменьшаются, и в слое 40-50 см ход температуры в течение суток приближается к прямой (рис.8).

Влияние природных факторов на тепловой режим. Те-

пловой режим почв обусловлен их географическим положением, с которым связано поступление лучистой энергии к поверхности почвы, и проявлением основных тепловых свойств, непосредственно влияющих на развитие растений, особенно корневой системы. Рельеф, в частности экспозиция склонов и их крутизна, определяют степень прогрева почв. Растительность и снеговой покров уменьшают колебания температур в верхнем слое почвы, препятствуя глубокому ее промерзанию и потере тепла. Благодаря задержанию растительностью солнечной радиации и под влиянием транспирации температура почвы летом может быть ниже, чем температура воздуха. Зимой температура почвы под лесом не-

75

1

, С	2
Температура	3
	4

24 2	4	6	8 10 12 14 16 18 20 22 24
			Часы суток

Рис.8. Колебания температуры почвы на разной глубине в течение суток

13августа (по Хомену):

1–наповерхности почвы; 2,3 и4 –наглубине

2; 10 и 40 см

ление стерни, мульчирование);

сколько выше, а глубина промерзания меньше, чем на полях. Механический состав и соответствующее ему увлажнение за счет различных форм физически связанной влаги способствуют быстрому замерзанию песков и медленному нагреванию глинистых почв весной. Темноцветные почвы, содержащие много гумуса, нагреваются лучше светлоокрашенных.

Тепловой режим почв регулируютразличнымиприемами:

агротехническими (уплотнение прикатыванием верхнего слоя, гребневание, остав-

агромелиоративными (орошение, осушение, посадка лесных полос и др.);

агрометеорологическими (борьба с заморозками созданием дымовых завес, солнцезащитные мероприятия и т.д.).

Тепловые свойства почв. Основными тепловыми свойствами почв являются теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность проявляется в по-

глощении почвой лучистой энергии Солнца. Ее обычно характери-

зуют величиной альбедо А, которая показывает, какую часть (в процентах от общей величины) поступающей солнечной энергии отражает почва. Альбедо зависит от цвета почвы (который, в свою очередь, зависит от ее гумусированности), структурного состояния, гранулометрического состава, влажности, выравненности поверхности, от особенностей растительного покрова. Альбедо различных почв и растительных покровов характеризуют следующие данные:

76

Почва	А, %	Растения	А, %
Чернозем:		Пшеница:
сухой	14	яровая	10-25
влажный	8	озимая	16-23
Серозем:		Травы:
сухой	25-30	зеленые	26
влажный	10-12	высохшие	19
Глина:		Хлопчатник	20-22
сухая	23	Рис	12
влажная	16	Картофель	19
Песок белый и желтый	34-40

Теплоемкость С – количество теплоты, необходимое для нагревания на 1 С 1 г почвы (удельная теплоемкость) или 1 см3 почвы (объемная теплоемкость). Теплоемкость зависит от минералогического, механического состава, влажности и пористости почвы, а также от содержания в ней органического вещества и гидрофильности коллоидов.

Теплоемкость твердой, жидкой и газовой частей почвы различна. Удельная теплоемкость компонентов почв (минеральной части, воды, газа и органической составляющей) изменяется в сравнительно узких диапазонах, Дж/(г С): соответственно См = 0,71 0,88,

Св = 4,19, Сг = 1,02, Сторф = 0,8 2,1. По мере повышения влажности теплоемкость почв растет. Глинистые почвы, как более влагоемкие, весной медленно прогреваются, поэтому называются холодными, а легкие (песчаные, супесчаные) – теплыми.

Теплопроводность – способность почвы проводить тепло. В почве тепло передается различными путями: при контакте частиц между собой; излучением от частицы к частице; конвекционной передачей тепла через газ или жидкость. Теплопроводность определяют следующие факторы:

плотность (рыхлая почва имеет более низкий коэффициент теплопроводности, чем плотная);

влажность (при одинаковой дисперсности и плотности более влажная почва характеризуется большей теплопроводностью, чем сухая);

77

содержание воздуха (в сухом состоянии почвы, богатые гумусом и обладающие высокой пористостью аэрации, очень плохо проводят тепло);

температура почвы (с повышением температуры увеличивается теплопроводность почвенного воздуха и почвы в целом).

Теплопроводность почв при прочих равных условиях уменьшается с ростом дисперсности. Увлажнение почвы существенно уве-

личивает величину , так как низкотеплопроводный воздух заменяется более теплопроводной водой. Для сравнения приведем следующие данные: теплопроводность воздуха 0,024 и 0,022 Вт/(м· С) при 0 и –23 С соответственно, теплопроводность воды 0,54 и 0,60 Вт/(м· С) при 4,1 и 20 С. Теплопроводность почв зависит от влажности следующим образом, Вт/(м· С):

	Почва	Торф	Пески	Суглинки	Глины
				лессовидные
		0,12-0,14	0,3-0,35	0,19-0,22	0,8-1,0
		0,7-0,9	1,7-2,6	0,6-1,0	1,2-1,4

________________________

Примечание. В числителе и знаменателе – соответственно сухие и влагонасыщенные почвы.

9. ПОЧВЕННЫЙ ПРОФИЛЬ

Как всякое природное тело, почва обладает суммой внешних признаков, определенной морфологией. Для морфологического описания почвы используют как визуальные наблюдения, так и специальные приспособления и приборы. Морфологические признаки почвы являются результатом процессов ее формирования и, естественно, отражают ее химические и физические свойства, поэтому в конкретной полевой обстановке на основании визуальных наблюдений можно сделать обоснованные выводы о процессах, сформировавших почву, и о свойствах, приобретенных почвой в результате действия этих процессов.

78

В качестве основных морфологических признаков почвы выделяют: почвенный профиль; новообразования; почвенную структуру; цвет (окраску) почвы; включения.

Наиболее важным морфологическим признаком почвы является ее строение, т.е. закономерное изменение почвенной толщи сверху вниз, разделение ее на генетические горизонты, составляющие почвенный профиль. Генетические горизонты обособляются постепенно в процессе формирования почвы, но даже в окончательно сформированных почвах горизонты, как правило, не имеют резкой границы и постепенно переходят один в другой. Этим они отличаются от осадочных слоев, отделяющихся друг от друга четкой границей.

В различных типах почв генетические горизонты будут существенно отличаться, однако в самом первом приближении можно выделить два типа строения почвенного профиля, характерные для автоморфных и гидроморфных почв.

Автоморфные почвы. Формирование таких почв происходит в условиях хорошо дренируемых водоразделов, с относительно глубоким положением грунтовых вод. В этих условиях нисходящие

токи атмосферной влаги систе-

Гумусовый

матически и закономерно пере-

горизонт

A1

мещают

химические элементы

частьПереходная профиляпочвенного

сверху вниз.

Режим почвенной

A2

Na

Si

Fe

Ca

влаги в этих условиях может

быть как промывным, так и не-

промывным.

Для

почвенного

B

профиля этого типа характерны

следующие основные генетиче-

ские горизонты (рис.9). В пере-

гнойно-аккумулятивной части

C

Почвообра-

профиля,

обозначаемой обычно

зующая

порода

буквой А, совершается преобра-

зование

отмершего

органиче-

ского вещества и

происходит

Рис.9. Схема формирования

систематическое

накопление

генетических горизонтов профиля

почвенного перегноя. Одновре-

автоморфных почв

79

менно имеет место аккумуляция зольных элементов, необходимых для нормального питания растений.

Вперегнойно-аккумулятивной части профиля преобладают процессы накопления; однако часть химических элементов в виде подвижных как органических, так и неорганических соединений выносится за пределы гумусового горизонта А1. Цвет аккумулятивной части профиля более или менее темный в зависимости от содержания органических соединений, а его мощность меняется в различных почвах от нескольких сантиметров до метра. На поверхности почвы часто накапливаются слабо измененные растительные остатки, образуя лесную подстилку или степной войлок, которые обозначаются A0, или торфяной горизонт Ат.

Впереходной части профиля происходит постепенный переход от гумусового горизонта к почвообразующей породе. Для этой части профиля характерны различные, часто противоположно направленные процессы.

Явления вымывания характерны для верхнего горизонта переходной части профиля. В некоторых почвах они выражены необычайно сильно (например, в подзолистых почвах). В этом случае обособляется самостоятельный горизонт вымывания, откуда вынесены все более или менее подвижные соединения.

Врезультате действия слабокислых растворов выносятся менее растворимые соли (сульфаты кальция, карбонаты). В случае сильнокислых почв (рН почвенного раствора около 5 и ниже) за пределы горизонта вымывания выносятся также оксиды железа и марганца. Кроме того, в результате движения гравитационных вод перемещаются тонкодисперсные частицы. Вследствие этого горизонт вымывания приобретает белесую окраску, напоминающую цвет золы, и резко выделяется на почвенном профиле (рис.10). Горизонт вымывания принято обозначать символом A2.

Внижней половине переходной части профиля преобладают явления вмывания химических элементов и мелких частиц, которые были вымыты из верхней части почвенной толщи. Глубина перемещения частиц и соединений в разных условиях существенно различны, но более растворимые соединения мигрируют глубже, чем менее растворимые. Горизонт вмывания (иллювиальный) четко выде-

80