Лекция почвовебение. Лекция_почвоведение. Введение цель и задачи курса, краткая история развития почвоведения

• Название: Введение цель и задачи курса, краткая история развития почвоведения
• Анкор: Лекция почвовебение
• Дата: 08.10.2022
• Размер: 0.71 Mb.
• Имя файла: Лекция_почвоведение.doc
• Тип: Лекция; #721494
• страница: 5 из 16

Дополнительная литература

1.Гедройц К.К. Учение о поглотительной способности почв // Избр. соч. М. 1955. Т.1. С.241-384.

2.Ремезов Н.П. Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв. М.: Сельхозгиз. 1957. 223 с.

3.Горбунов Н.И. Почвенные коллоиды. М.: АН СССР.

1956.

4.Горбунов Н.И. Почвенные коллоиды и их значение для плодородия. М.: Наука. 1967. 159 с.

5.Горбунов Н.И. Минералогия и коллоидная химия почв. М.: Наука. 1974. 314 с.

6.Порада Н.Н. Кольматация почв //Земледелие. 1988. №7. С.27-30.

ЛЕКЦИЯ 6

ПОЧВЕННАЯ СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

Структура

Учение о почвенной структуре создано трудами П.А.Костычева, В.Р.Вильямса, А.Г.Дояренко, Н.А.Качинского, П.В.Вершинина, И.Н.Антипова-Каратаева и др. Согласно Н.А.Качинскому, почвенная структура – это совокупность агрегатов различной величины, формы, порозности, механической прочности и водопрочности, характерных для каждой почвы и ее горизонтов. При этом под агрегатами понимается совокупность механических элементов или элементарных почвенных частиц, взаимно удерживающихся в силу коагуляции коллоидов, склеивания, слипания их в результате действия сил Ван-дер-Ваальса, остаточных валентностей и водородных связей, адсорбированных и капиллярных явлении в жидкой фазе, а также с помощью корневых тяжей, гифов грибов и слизи микроорганизмов.

В числе физических свойств почв структура занимает особо важное место. Со структурой почв связаны водный, солевой, воздушный и тепловой режимы почв. От характера структуры зависят физические и многие агрономические свойства почв.

Агрономически и мелиоративно ценными структурными агрегатами почв являются комковато-зернистые, устойчивые в воде агрегаты. Наиболее ценными структурными агрегатами, по В.Р.Вильямсу, А.Н.Соколовскому, Н.И.Саввинову, являются отдельности диаметром 1-5-10 мм.

Макроструктурными агрегатами называются отдельности диаметром больше 0,25 мм. Их количество, соотношение и размеры определяются с помощью просеивания сухой почвы через систему сит.

Микроструктурными агрегатами называются отдельности с диаметром 0,25-0,001 мм. Общее содержание и соотношение микроагрегатов по фракциям определяется методом микроагрегатного анализа.

Весовое процентное содержание в почве структурных агрегатов диаметром больше 0,25 мм важный показатель структурности почв.

Факторы структурообразования почв.

Современные представления о факторах образования агрономически ценной структуры почв обязаны главным образом исследованиям советских ученых, среди которых необходимо отметить имена В.Р.Вильямса, К.К.Гедройца, А.Н.Соколовского, А.Ф.Тюлина, И.Н.Антипова-Каратаева и их последователей.

В соответствии с результатами исследований, проведенными этими учеными, факторы образования агрономически ценной структуры почв подразделяются на физико-механические, физико-химические, химические и биологические.

В числе физико-механических факторов прежде всего надо отметить роль давления. При разрастании корней, движении животных и насекомых, их работе по сооружению камер и нор происходит давление на почвенный мелкозем, что способствует его агрегированию. В этом же направлении действует набухание и увеличение объема почв во влажном состоянии.

Последующее высыхание почвенной массы сопровождается уменьшением объема, образованием трещин, развитием высокого (до 200 кг/см2) внутрикапиллярного давления. Попеременное набухание и сжатие почвенной массы является одним из механических факторов структурообразования. Сходно влияет замерзание почвенной воды с увеличением объема и давления, сменяющееся оттаиванием льда и уменьшением давления.

Вся система обработок почв является средством физико-механического структурирования почв за вегетационный период. Однако структурные агрегаты, возникающие под влиянием только физико-механических факторов, преимущественно бывают нестойкими в воде, поскольку при таком структурообразовании не происходит коренного изменения состояния почвенных коллоидов.

Значительно большая роль в структурообразовании принадлежит к факторам физико-химическим. В природной обстановке трудно отделить физико-химические факторы структурообразования от физико-механических, они во многих случаях переплетаются.

Из числа физико-химических факторов в структурообразовании наибольшее значение имеют процессы коагуляции глинисто-коллоидных веществ, находящихся в почве. Коагуляция может быть обратимой и необратимой. Необратимая коагуляция приводит к образованию водоустойчивых агрегатов.

Такими коагуляторами в почвах чаще всего являются двух- и трехвалентные катионы Mg²⁺, Ca²⁺, Al³⁺, Fe³⁺. Таким образом, если почвенные коллоиды насыщаются двух- и трехвалентными катионами, то могут образовываться прочные структурные отдельности, не размываемые водой.

При наличии одновалентных катионов, таких как Na+, необратимой коагуляции не происходит и прочной структуры не образуется.

Физико-химические факторы структурообразования связаны с присутствием в почвах минеральных и органических коллоидов. Наибольшая роль принадлежит органическим коллоидам – гумусу. Распашка ведет к резкому уменьшению гумуса и сильной дезагрегации и распылению почв.

Определенное структурообразующее значение принадлежит к чисто химическим факторам. Появление в процессе выветривания и почвообразования некоторых новых химических соединений, переходящих в нерастворимую фазу, может вызывать образование водоустойчивой почвенной структуры. Так, накопление в почве углекислого кальция, силикатов магния, силикатов железа – т.е. нерастворимых или малорастворимых соединений – способствует цементации первичных механических элементов, их склеиванию и образованию водоустойчивых агрегатов.

Наибольшую роль в структурообразовании следует отвести биологическим и биохимическим факторам.

Активное структурообразование обязано непрерывной жизнедеятельности почвенных бактерий и грибов, появлению и накоплению в почве продуктов их жизнедеятельности.

К числу биологических факторов структурообразования необходимо также отнести воздействие червей, личинок и насекомых. Поглощая минеральные и органические вещества, почвы пропускают их через желудочно-кишечный тракт, обогащая при этом почву продуктами своей жизнедеятельности, животные этой группы, как установлено Дарвиным, Вольни и другими, способствуют структурообразованию почв.

Однако не всякая деятельность организмов ведет к структурообразованию. Полное аэробное разложение органических веществ в почве под совокупным влиянием макро- и микроорганизмов не способствует накоплению в почве гумуса и не может вызвать интенсивного образования водоустойчивых структурных агрегатов.

Наилучшие условия для структурообразования, по В.Р.Вильямсу, создаются в результате перемежающихся процессов аэробного и анаэробного разложения органического вещества. В этих случаях не происходит полной минерализации органических веществ, появляются органические коллоидные соединения, которые под действием поглощенного кальция или же под действием высушивания или замерзания необратимо коагулируют и способствуют структурообразованию.

Подобные условия складываются под покровом травянистой растительности в луговых, лугово-черноземных почвах и черноземах..

Основные физические свойства.

К основным физическим свойствам почв относятся удельная масса (плотность твердой фазы почвы), объемная масса (плотность) и пористость, или скважность.

Удельная масса (плотность твердой фазы) почвы - это отношение массы твердой части почвы к массе равного объема воды при 4ºС.

Когда мы говорим об удельной массе почвы, мы имеем в виду ее твердую минеральную фазу, следовательно, удельная масса почвы – это удельный вес слагающих ее компонентов.

Обычно для минеральных горизонтов эта величина колеблется в пределах 2,4-2,8 г/см³. Для торфяных – 1,4-1,8 г/см³.

Величина удельной массы зависит от минералогического состава почвы и содержания органических веществ. Знание удельной массы необходимо для вычисления скважности (пористости) почв.

Объемная масса (плотность) почвы - масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении, т.е. со всеми порами, пустотами и т.п. Поэтому она всегда меньше удельной массы той же почвы. Выражается объемная масса в г/см³, кг/м³.

Рассчитывают по формуле:

P

D =------- ,

V

где D – объёмная масса ( плотность) почвы, г/см³, кг/м³.
Р – масса сухой почвы ненарушенного сложения в определенном объеме, г, кг.

V – объем почвы, см³ , м³.

На величину объемной массы влияют минералогический и механический состав почв, содержание в них органического вещества, структурность, а также сложение, т.е. взаимное расположение частиц твердой фазы почв. Существенное влияние на объемную массу оказывает обработка. Наиболее рыхлой, т.е. с меньшей объемной массой, почва бывает короткий период после обработки, а затем начинается процесс ее уплотнения – увеличения объемной массы. После какого-то срока (разного для разных почв) почва достигает определенной степени плотности, которая затем мало изменяется. Такая плотность называется равновесной, и величина ее является важной характеристикой почв.

Величина объемной массы (плотность) существенно влияет на водный, воздушный и тепловой режим почвы, а следовательно, и на развитие растений. Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальной объемной массой на суглинках и глинистых почвах является 1,00-1,25 г/см³. Дальнейшее ее увеличение вызывает снижение урожайности культур.

Н.А.Качинский (1965) так оценивает величину объемной массы пахотного слоя почв: <1 г/см³ - почва вспушена или богата органическим веществом; 1,0-1,1 – типичная величина для культурной и свежевспаханной почвы; >1,2 – пашня уплотнена; 1,3-1,4 – пашня сильно уплотнена; 1,4-1,6 – типичные величины для подпахотных горизонтов различных почв (кроме черноземов); 1,6 -1,8 г/см³– сильно уплотненные иллювиальные горизонты.

Знать объемную массу необходимо для решения целого ряда задач: вычисление пористости (порозности), вычисления на заданной площади массы почвенных напластований запасов воды, питательных веществ, гумуса, микроэлементов, норм полива при орошении и др.

Пористость (порозность) – это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Пористость выражается в процентах от общего объема почвы. Для минеральных почв интервал показателей пористости составляет 25-80%, для торфяных горизонтов > 80-90%.

В среднем порозность почв колеблется в пределах 40-60% объема. В слитых почвах она может снижаться до 20-30%, а у водных или эоловых наносов, торфа, лёсса возрастать до 60-80% объема. В обрабатываемых почвах общая пористость меньше 40-30% считается агрономически неблагоприятной.

Выделяют два вида пористости – капиллярную (соответствующую наименьшей влагоемкости, НВ) и некапиллярную (устойчивой аэрации). Граница между капиллярной и некапиллярной пористостью нечеткая и имеет ряд переходов.

Условно капиллярной можно считать пористость, представленную совокупностью тончайших пор и обеспечивающую удержание в почвенной толще устойчивого запаса доступной для растений влаги. Капиллярная пористость создает водоудерживающую способность почве.

Соответственно, некапиллярная пористость (аэрации) будет представлена камерами, ходами и полостями крупного диаметра, которые не могут устойчиво задержать запас воды в толще почвы, т.е. не обладают водоудерживающей способностью, однако обеспечивают водопроницаемость почв. Некапиллярная пористость обычно больше в почвах с развитой комковато-зернистой структурой или песчаного механического состава. Для нормального развития культурных растений пористость аэрации (некапиллярная) должна быть не менее 15% от объема.

Величина капиллярной пористости возрастает по мере увеличения степени дисперсности почв, по мере ухудшения их структурности и микроагрегатности.

Общая пористость – это сумма обоих видов пористости (капиллярной и некапиллярной). Она обычно вычисляется по показателям объемной и удельной масс:

П = (1- ОМ : УМ) х 100,

где отношение объемной массы (ОМ) к удельной массе (УМ) составляет объем твердой фазы почвы, а за единицу принимается общий объем почвы со всеми ее порами.

Общая пористость имеет наивысшие показатели в верхних горизонтах и заметно снижается с глубиной. Она выше в суглинистых и глинистых почвах. Для культурного пахотного горизонта почв тяжелого механического состава оптимальной является общая пористость 55-65% от объема, а менее 50% - неудовлетворительная.