Вальков - Почвоведение. Издательский центр МарТ
 Скачать 19.72 Mb.
|
|
с вой ст в а почв b49При характеристике каменистости почв учитывается. почва некаменистая — каменистого материала < 0,5%; почва в отношении обработки считается нормальной. почва слабокаменистая — каменистого материала 0,5—5,0%; при условии что этот материал представлен мелким щебнем или галькой, почва обрабатывается нормально, но при этом будет наблюдаться ускоренный износ рабочих поверхностей орудий обработки, особенно лемехов. почва среднекаменистая — каменистого материала 5,0—10,0%; для нормальной обработки почвы необходимо вычесывание крупного каменистого материала. почва сильнокаменистая — каменистого материала >10%; для возделывания однолетних культур требуются тяжелые мелиорации по выбору и удалению каменистого материала с поля. Во всех случаях окатанный каменистый материал при обработке почвы менее вредоносен, нежели щебнистый. В названиях почв каменистость отмечается как фон гранулометрического состава (почвы суглинистые слабокаменистые или глинистые среднекаменистые и т. д.). Характерна высокая зависимость между урожайностью зерновых культур и каменистостью почв. Уровень плодородия изменяется не каменистые почвы — 1,0; слабокаменистые — 0,8; среднекамени стые — 0,6; сильнокаменистые — 0,5. Скелетность почв не всегда оценивается как фактор неблагоприятный. Особо следует отметить виноградную лозу. Виноград, благодаря способности корней использовать трещиноватость и полости в твердых породах, глубоко проникает в их массу. Поэтому виноград как культурное растение обладает уникальной способностью давать удовлетворительный урожайна маломощных сильнокаменистых почвах, которые для других культур считаются бросовыми, слишком сухими. При этом получается продукция исключительно высокого качества. Такие плантации винограда наблюдаются в районе Новороссийска и Геленджика. Здесь, камни, уменьшая количество мелкозема в почве, снижают в некоторой степени ее плодородие (продуктивность виноградников снижается лишь при содержании мелкозема в корнеобита емой толще менее 40% отвеса, но обломки горных пород представляют собой постоянный запас питательных веществ. Корневая система виноградной лозы в каменистых щебенчатых почвах развивается Почвоведение bсвободно, почва постоянно обогащается питательными веществами в результате выветривания скелета, что делает виноградную лозу на них долговечной, устойчивой и продуктивной. Лучшие по качеству продукции виноградники расположены на каменистых почвах. Имеет значение и размер каменистых включений. В одних и тех же климатических условиях урожайность виноградной лозы на почвах мел коскелетных (хрящеватых) выше, чем на крупноскелетных (камни, гравий) при одинаковом объеме скелета 1 .3 . ПРОИСХОЖДЕНИЕ И СОСТАВ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ПОЧВ Минеральная часть почв в подавляющем большинстве случаев составляет 55—60% ее объема и до 90—97% массы. Общее число минералов, находящихся в почвах и почвообразующих породах, исчисляется сотнями. Каждый минерал обладает определенным химическим составом и имеет характерное для него внутреннее строение, те. определенное расположение атомов в кристаллической решетке. Минералы почв и почвообразующих пород изучает особый раздел почвоведения — минералогия почв. Все минералы почв и почвообразующих пород делятся натри основные группы. первичные минералы, оставшиеся неизмененными после разрушения массивно-кристаллических пород литосферы Земли. вторичные глинистые минералы и окислы, образовавшиеся главным образом в результате комплекса процессов выветривания и почвообразования из первичных минералов и продуктов их разрушения. растворимые минералы — соли, которые могут находиться в почвенном растворе ив сухих условиях переходить в твердую фазу почвы. Первичны ем и не р а л ы п о ч в Первичные минералы — основная группа веществ почвы и коры выветривания, являющихся исходным материалом для образования тонкодисперсных вторичных минералов. Эта потенциальная часть почвы неустойчива в условиях зоны гипергенеза. Первичные минералы почти целиком сосредоточены в гранулометрических фракциях размером более 0,001 мм. Это определяется исходными размерами минеральных зерен в плотных породах, а также Растворимые соли рассмотрены в разделах Почвенный раствор, Засоленные почвы и др Почвоведение пределами их 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. Обусловлено это тем, что рыхлые почвообразующие породы представляют собой продукт многократного переотложения и длительного изменения материала плотных пород под действием физических, химических и биологических агентов, что приводит к относительному накоплению более устойчивых к выветриванию минералов, и прежде всего 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. В почвах и почвообразующих породах наиболее распространены следующие группы первичных минералов. П о левые шпаты (алюмосиликаты) — большая группа широко распространенных и относительно устойчивых к выветриванию минералов. Они составляют около 60% массы земной коры, а в почвах их около 10—15%. Типичные представители полевых шпатов ортоклаз — KAlSi30 8, альбит — NaAlSi30 8, анортит — CaAlSi20 8 и плагиоклазы как изоморфные смеси альбита и анортита. С иликат ы в литосфере содержатся в количестве около 20%: оливин — (M g,Fe)Si04, авгит — Ca(Mg,Fe)Si20 6, роговая обманка — M gSi03 и др. К вар ц (S i0 2) — один их наиболее распространенных минералов многих магматических пород, осадочных отложений и почв. Преобладание кварцевых минералов в почвах обусловливает их низкое плодородие. С лю ды (3% от общего объема пород) являются важнейшими источниками питания растений калием, так как разрушаются сравнительно быстро. В числе слюд отмечаются мусковит — KH2Al3(S i0 4)3 и биотит — KH2(Mg Fe)3Al(Si 0 Апатит очень прочный минерал изверженых пород, в состав которого входят фосфор, кальций, фтор, хлор — 3Ca3P20 8u Ca(F,Cl)2. Апатит — главнейший первоисточник фосфора в биосфере Часть. Состав и св ой ст в а почв bВ изверженных породах установлено более 1000 различных минералов. Одни из них очень устойчивы, долго сохраняются в почвах и почвообразующих породах, давая возможность судить о длительности почвообразования. Это минералы группы эпидота, дистена, андалузита, граната, а также ставролит, циркон, турмалин. Доминирующими минералами, имеющими важное значение в почвообразовании, как считает В.А. Ковда, являются кварц, полевые шпаты, оливины, пироксены, амфиболы, слюды, апатит, роговые обманки. Преобразование первичных минералов в почвах и корах выветривания сопровождается образованием различных растворов, золей и гелей кремнезема, силикатов, окислов железа, алюминия, а также формированием вторичных глинистых алюмосиликатов, поступление в почвенные растворы простых солей. В природе (в почвах, почвообразующих породах, в литосфере) первичные минералы встречаются в составе массивно-кристалличе ских, метаморфических и осадочных породи эти породы представляются как ассоциации минералов. Широкое распространение в почвах и осадочных рыхлых отложениях имеют индивидуальные кристаллы первичных минералов. Таким образом, в почвах первичные минералы наблюдаются как в обломках (зернах) горных пород, таки в отдельно разобщенном состоянии. Обломки пород приурочены к крупнопесча ным и гравелистым фракциям гранулометрического состава, а индивидуальные минералы входят в состав тонкого песка и пыли .3 .2 . Вторичны ем и не р а л ы п о ч в К вторичным минералам относятся глинистые минералы, минералы оксидов кремния, железа, алюминия и марганца, а также минералы простых солей. Глинист ы ем и н ера лы составляют основную часть вторичных минералов. Названы они так в связи стем, что преимущественно определяют минералогический состав глин. Важнейшая роль глинистых минералов состоит в том, что в силу присущей им поглотительной способности они определяют емкость поглощения почв и наряду с гумусом являются основным источником поступления минеральных элементов в растения. Глинистые минералы являются вторичными алюмосиликатами с общей химической формулой n S i0 2Al20 3 u т Ни характерным Почвоведение bмолярным отношением S i0 2: А 3, изменяющимся в пределах от 2 до Глинистые минералы образуются путем постепенного изменения первичных минералов в процессе выветривания и почвообразования, а также могут образоваться биогенным путем из продуктов минерализации растительных остатков. К наиболее распространенным глинистым минералам относятся минералы групп монтмориллонита, каолинита, гидрослюд, хлоритов, смешаннослоистых минералов. Глинистым минералам присущи общие свойства слоистое кристаллическое строение, высокая дисперсность, поглотительная способность, наличие в них химически связанной воды. Однако каждая группа минералов имеет специфические свойства и значение в плодородии. Велика их роль в создании физических свойств, структуры и порозности почвы, водопроницаемости и влагоемкости. Монтмориллонит, бейделит, нонтронит — группа трехслойных минералов с набухающей решеткой. Монтмориллонит и бейде лит встречаются в почве самостоятельно ив смешаннослойных образованиях с гидрослюдами, хлоритами, вермикулитами. Нонтронит по химическому составу отличается повышенным содержанием железа. Монтмориллонит и бейделит весьма сходны. Различия в том, что в бейделите часть кремния замещена на алюминий, поэтому соотношение S i0 2: А 3 равно трем, вместо четырех в монтмориллоните. Соотношение групп атомов в минералах монтмориллонит — (Al, Mg)2 ОН, бейделит — (К, Na, НэО) АОНА Н , нонтронит — Fe2(O H )2 [Si4O 10]un Н Между пакетами трехслойной структуры монтмориллонитовых минералов находятся молекулы воды и обменные катионы, определяющие особенности отдельных минералов группы. Межпакетные расстояния могут изменяться. В связи с этим для монтмориллонита характерно сильное набухание с увеличением объема в 1,5—3 раза и связанная с этим жирность, липкость, вязкость, высокая пластичность и гигроскопичность. Цвет монтмориллонита белый с сероватым, буроватым, красноватым оттенками и зеленый. Нонтронит — зелено вато-желтый, зеленоватый, буровато-зеленый. Отличительная черта монтмориллонитовых минералов — высокая поглотительная способность в отношении обменных катионов ив отношении загрязняющих веществ. Средние величины катионного обме Часть. Сост а вис вой ст в а почв на 80—120 м.-экв. наг. С гуминовыми кислотами монтмориллонит образует прочные темноокрашенные (серые и черные) комплексы. Вермикулиты по химическому составу близки к магниевым алюмосиликатам. Вермикулит — (Mg, Fe+2, Fe+3)3 ОН, нонтронит — Fe2(O H )2 [Si4O 10] un H20 . По структуре очи сходны с монтмориллонитом и гидрослюдами. Цвет минерала бурый, желтовато-бурый, золотисто-желтый; иногда наблюдаются зеленоватые оттенки. Вермикулиты обладают высокой способностью к набуханию. Емкость поглощения катионов около 100 м.-экв на 100 г. Группа каолинита — каолинит, диккит, накрит имеют следующее строение АОН. Наиболее распространенным является каолинит. Кристаллическая структура этих минералов состоит из двухслойных пакетов. Отдельные чешуйки каолинита бесцветны, а сплошные массы белые. Каолинит не набухает, так как доступ воды в межпакетное пространство затруднен из-за сильной связи между пакетами. Расстояние между пакетами не изменяется. Каолинит не содержит щелочных и мало содержит щелочноземельных оснований. Дисперсность его высокая, он свободно мигрирует в суспензиях. Емкость поглощения 10—20 м.-экв наг. Каолинит набухает слабо, имеет небольшую липкость, связность и гидрофильность. Галлуазит встречается в виде гелеподобных полуматовых масс. Цвет галлуазита белый, часто с желтоватым, красноватыми голубоватым оттенками. По свойствам близок к каолиниту, но более гидра тирован и имеет расширяющуюся кристаллическую решетку. Емкость поглощения 25—30 м.-экв на 100 г. Гидрослюды (иллит). К группе гидрослюд относятся гидратированные формы слоистых минералов с морфологически чешуйчатым строением: Гидробиотит - КОН и пН20 , Гидромусковит — (К, НэО) Al2 ОН и пН20 , Глауконит - K(Fe+3, Al, Fe+2, Mg)2 (O H )2 [Al, Si3O10] u nH20 , Гидробиотит и гидромусковит золотисто-желтого, серебряного и белого цвета. Глауконит — зеленый различных оттенков. Структура гидрослюд подобна монтмориллониту. Они относятся к трехслойным минералам с многочисленными изоморфными замещениями. В отличие от монтмориллонита связь между пакетами прочная, и вода в них не проникает. Гидрослюды — важный источник калия для растений. Обменный калий находится на краях кристаллической решетки Почвоведение bГидрослюды не набухают. Емкость поглощения 40 м.-экв наг. Гидрофильность, липкость, связность, набухание значительно меньше, чему монтмориллонита. Хлориты. К группе хлоритов относится большое количество минералов, которые по целому ряду свойств близки к слюдам. Кристаллическая решетка хлоритов состоит из четырех слоев. В связи стем, что хлориты представлены слоями различных минералов, их можно отнести к смешаннослоистым минералам с правильным чередованием слоев. Решетка хлоритов не набухающая, стабильная. Хлориты имеют зеленый цвет различных оттенков. М и н ер алы гидроокисей и окисей кремния, алюминия, железа, марганца, образующиеся в аморфной форме при выветривании первичных минералов в виде гидратированных высокомолекулярных гелей и постепенно подвергающиеся дегидратации и кристаллизации с образованием окисей и гидроокисей кристаллической структуры. Кристаллизации способствуют высокая температура, замерзание, высушивание, окислительные условия почвы. Гидроокись кремния (S i0 2 и пН20 ) по мере старения переходит в твердый гель — опали пН20 ) с содержанием воды от 2 до 30%, затем, теряя воду, в кристаллические формы халцедона и кварца S i0 2. Гидроокись марганца кристаллизуется в виде минерала пиролюзита М п, псиломелана mMnO и М пи пН20 Гидраты полутораокисей (AI20 3 и пН20 , Fe20 3 и пН20 ) , кристаллизуясь, образуют вторичные минералы бемит А12Оэ и Н , гидрар- гилит (гиббсит) А 3 ЗН20 или АОН, гематит Fe20 3, гетит Fe20 3 и Н , гидрогетит Fe20 3 и ЗН20 . Эти минералы встречаются вне больших количествах во многих почвах. Гетита и гиббсита много в ферраллитных почвах. Эти минералы могут обволакивать пленками агрегатные скопления глинистых минералов, а также встречаться в виде конкреций. Поглотительной способностью, липкостью, набуханием практически не обладают. Встречаются в почвах цеолиты Эта группа своеобразных минералов щелочных и щелочноземельных алюмосиликатов. Цеолиты образуются в разных условиях при разной реакции среды в пресноводных и соленых озерах, лагунах. При подъеме дна водоема на поверхность цеолиты остаются в почве как унаследованные от породы. Каркасная решетка цеолитов характеризуется большим количеством пор, полостей и каналов, что определяет их высокую поглоти Часть. Сост а вис вой ст в а п о ч в тельную способность. Часто цеолиты используются в тепличных хо зяйствах. М инер алы простых солей образуются при выветривании первичных минералов, а также в результате почвообразовательного процесса. К таким солям относятся кальцит СаСОэ, магнезит M gC03, доломит [Са, M g](C03)2, сода Na2C 0 3 и Н , гипс C aS04 и Н , мирабилит Na2S 0 4 и Н , галит NaCl, фосфаты, нитраты и др. Эти минералы способны накапливаться в почвах в больших количествах в условиях сухого климата. Качественный и количественный состав их определяет степень и характер засоления почв 1.4. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ Химия почв — особый раздел почвоведения. Его задача — изучение содержания химических элементов в почвах и химических процессов, протекающих в почвенной массе. В почве химические явления всегда связаны с биологией, биохимией, физикой, с коллоидными физико-химическим процессами. Содержание bbх ими чески х э л ем е н тов bbвbbп о ч в ах Почва состоит из минеральных, органических и органо-минераль- ных веществ. Источником минеральных соединений почвы являются горные породы, из которых слагается твердая оболочка земной коры — литосфера. Органические вещества поступают в почву в результате деятельности живых организмов, ее населяющих. Взаимодействие минеральных и органических веществ создает сложный комплекс органо-минеральных соединений почв. Минеральная часть составляет 80—90% и более массы почв и только в органогенных почвах снижается дои менее. В составе почв обнаружены почти все известные химические элементы. Средние цифры, показывающие содержание отдельных элементов в литосфере и почвах называют кларками. Изучение почв с геохимической точки зрения было впервые начато академиком В.И. Вернадским. Содержание отдельных химических элементов в литосфере и почве колеблется в широких пределах (табл. Литосфера состоит почти наполовину из кислорода (47,2%), более чем на четверть из кремния (27,6%), далее идут алюминий (8,8%), железо (5,1%), кальций, натрий, калий, магний (до 2—3% каждого. Восемь названных элементов составляют более 99% общей массы литосферы. Такие важнейшие для питания растений элементы, как углерод, азот, сера, фосфор, занимают десятые и сотые доли процента. Еще меньше в земной коре микроэлементов. Поскольку минеральная часть почвы в значительной степени обусловлена химическим составом горных пород литосферы, имеется Часть. Состав и с вой ст в а почв b59iТаблица Содержание (в весовых процентах) химических элементов в литосфере и почвах (по А.П. Виноградову) Элемент Литосфера Почва Элемент Литосфера Почва 0 47,2 49,0 Мд 2,10 0,63 Si 27,6 33,0 С 0Д0 2,00 Al 8,80 7,13 S 0,09 0,085 Fe 5,10 Р 0,08 Са 3,60 С 0,045 0,01 Na 2,64 0,63 Мп 0,09 К 1,36 N 0,01 сходство почвы с литосферой по относительному содержанию отдельных химических элементов. Как в литосфере, таки в почве на первом месте стоит кислород, на втором — кремний, затем алюминий, железо и т. д. Однако в почве по сравнению с литосферой враз больше углерода ив раз больше азота. Накопление этих элементов в почве связано с жизнедеятельностью организмов. В почвоведении состав почв принято выражать в условных гипотетических оксидах химических элементов S i0 2, А 3, Fe20 3, СаО, MgO, Na20 и т. д. Это практически отражает всю почвенную массу .4 .2 . Формы bbх ими чески х |