Почвоведение

Почвоведение

1. Физико-химическая поглотительная способность почв.  Емкость поглощения, сумма обменных оснований, степень насыщенности почв основаниями.  Влияние поглощённых катионов кальция, магния, водорода и натрия на свойства почв.

Почвоведение -- наука о свойствах, динамике, происхождении почв, как естественноисторических образований, как объекта труда и средства сельскохозяйственного производства.

Почва - особое природное образование, возникшее  в результате преобразования поверхностных  слоев литосферы под совместным воздействием воды, воздуха, климатических  факторов и живых организмов. Остатки  живых организмов разлагаются в почве редуцентами.

Поглотительною  способностью почв называется ее свойство обменно или необменно поглощать твердые, жидкие или газообразные вещества или увеличивать их концентрацию у поверхности коллоидных частиц.

К.К. Гедройц  выделил 5 видов поглотительной способности: механическую, физическую, физико-химическую, химическую и биологическую.

1-Механическая

2-Физическая

3-Химическая

4-Биологическая

5-Физико-химическая

Физико-химическая обусловлена наличием ППК, представленного почвенными коллоидами. ППК обладает способностью поглощать и обменивать иt+    и an-    поверхностной части коллоидов на эквивалентное количество ионов почвенного раствора.  Физико-химическая поглотительная способность обуславливает физико-химические свойства почв, такие как кислотность, буферная способность.

Почвенно-поглощающий  комплекс (ППК)

Поглотительной  способностью обладают коллоиды (частицы 0,2 –0,001 мкм), предколлоидная фракция 1-0,2 мкм. Характерной особенностью их является большая удельная поверхность. Это и определяет их высокую химическую активность.

Коллоиды  подразделяются на

- минеральные

- органические

Часть минеральных  коллоидов находится в кристаллическом  состоянии. Это в основном минералы.

Другая часть  минеральных коллоидов представляет собой аморфные вещества: к ним  относятся аллофаны, свежеосажденные гидраты полуторных оксидов ( Fe(OH)3, Al (OH)3, Mn (OH)3 ),  гидраты кремнезема и их комплексные осадки (коагели).

Органическая  часть почвенных коллоидов –  аморфные гумусовые вещества, органо-минеральные комплексы, клетки мелких бактерий.

В большинстве  почв преобладают минеральные коллоиды и составляют 85-90% их общей массы. При физико-химической адсорбции  поглощаются отдельные ионы (катионы    и  анионы). Адсорбция связана  с наличием на поверхности коллоидных частиц положительного или отрицательного зарядов. Появление заряда на поверхности  коллоидов, имеющих кристаллическое строение связано с некомпенсированностью зарядов ионов кристаллической решетки, расположенных на поверхности раздела твердая частица - раствор. Появление заряда в кристаллических и аморфных коллоидах, может быть обязано диссоциации  ионов поверхностного слоя в окружающую среду.

Коллоидная  мицелла состоит из ядра, слоя потенциалопределяющих  ионов, неподвижного и диффузного слоя компенсирующих ионов.

Ионы диффузного слоя способны обмениваться с ионами интрамицеллярного (почвенного) раствора, обуславливая физико-химическую поглотительную способность. Коллоидная мицелла электронейтральна, но поскольку основная масса принадлежит грануле, заряд последней рассматривается как заряд всего коллоида. В почве преобладают коллоиды, несущие отрицательный заряд и диссоциирующие в раствор Н-ионы. Такие коллоиды обладают кислотными свойствами и называются ацидоидами. К ним относятся гумусовые кислоты, глинистые минералы, кремнекислота. В почве в небольшом количестве присутствуют коллоиды, обладающие основными свойствами и диссоциирующие в раствор ОН-ионы, называющиеся базоидами и коллоиды с переменным зарядом называются - амфолитоиды. К последним относятся гидрооксиды железа и алюминия, протеины, у которых заряд зависит от реакции почвенного раствора. В кислой среде они ведут себя как базоиды, а в щелочной – как ацидоиды.

Обладая в  силу высокой дисперсности огромной поверхностью, гели могут поглощать  из раствора ионы различных химических элементов, необразуя при этом с ними химических соединений.

Состав поглощенных  оснований в почвах:  Ca, Mg, K, Na, NH4, H, Al.  Чем выше валентность поглощенного катиона, тем прочнее эти ионы связываются с потенциалопределяющими ионами и тем сильнее они нейтрализуют заряд коллоидной частицы. Уменьшение заряда сопровождается менее энергичным отталкиванием частиц друг от друга, что приводит к слипанию и коагуляции. Следовательно, поглощение коллоидными частицами одновалентных катионов способствует образованию золей, а поглощение двух- и трехвалентных катионов приводит к образованию гелей. Физическое состояние почв в значительной степени зависит от состава поглощенных оснований. По возрастанию прочности сорбционных связей и коагулирующей способности распространенные катионы были расположены К.К. Гедройцем в следующий ряд:

Na +    < NH4    < K+  < H+  < Mg2+  < Ca2+  < Ва2+  < Al3+  < Fe3+

Почвы, насыщенные двух и трехвалентными катионами, обладают устойчивым поглощающим комплексом. Коллоиды находятся в них в  виде водоустойчивого геля, способного склеивать более крупные почвенные  частицы. Обычно такие почвы обладают хорошей структурой. Почвы, насыщенные одновалентными катионами, особенно Na+, легко подвергаются диспергирующему действию воды, их коллоиды при увлажнении переходят в золь.

Почвы, насыщенные Na, при увлажнении набухают, заплывают, делаются воздухо- и водонепроницаемыми; при высушивании и резком уменьшении объема они разбиваются вертикальными трещинами на отдельные блоки. Этого не наблюдается если почвы насыщены Са, Mg и, тем более,  Fe, Al. 

Емкость катионного обмена (ЕКО) – это максимальное количество поглощенных  катионов, способных к обмену на другие катионы, выражающееся в мг-экв/100 г почвы. ЕКО почв изменяется от 2 до 65 мг-экв/100 г.почвы.

ЕКО определяется составом высокодисперсных частиц почвы  и их количеством.

2. Отличия в строении профиля дерново-подзолистых почв от профиля солодей и серых лесных почв.

Дерново-подзолистые  почвы формируются под широколиственно-хвойными, мелколиственно-хвойными и сосново-лиственничными, мохово-травянистыми и травянистыми лесами. Лиственные деревья дают больше растительного опада, в этих районах возрастает количество солнечного тепла и уменьшается количество влаги, просачивающейся в почву, вымывание гумуса ослабляется. Почвы имеют отчётливо выраженный гумусовый (дерновый) горизонт (10–20 см), с более высоким содержанием (от 2 до 6%) гумуса, чем у подзолистых почв. Гумусовый горизонт по сравнению с подзолистым менее кислый и более насыщен основаниями. Подзолы иллювиально-гумусовые и иллювиально-железисто-гумусовые распространены в наиболее увлажнённых районах северной тайги и лесотундры на породах лёгкого гранулометрического состава (песчано-супесчаных и щебнистых). Распределение органического вещества в них имеет два максимума в верхней части и в иллювиальном горизонте, в последнем накапливаются и железо, и алюминий. На слабодренированных элементах рельефа с временным застоем поверхностных вод или высоким стоянием грунтовых вод происходит смена промывного режима на застойный и образуются подзолисто-болотные почвы с хорошо выраженным глеевым или более или менее развитым торфяным горизонтом. Такие почвы при земледельческом освоении нуждаются в регулировании водного и Солоди развиваются преимущественно в западинах в лесостепной, степной зонах и полупустынях. Их образование связывают в основном с рассолением и рассолонцеванием солонцов в условиях повышенного поверхностного увлажнения. Солоди отличаются низким естественным плодородием, нахождением длительное время в переувлажнённом состоянии, что ограничивает их земледельческое освоение.теплового режимов.

Серые лесные почвы развиваются в континентальных  климатических условиях при равном соотношении количества осадков  и испарения под лиственными (в  европейской части – широколиственными, азиатской – мелколиственными) травянистыми лесами. Почвы сочетают особенности подзолистых почв (обеднение илом верхних горизонтов и обогащение им нижних, кислая реакция верхних горизонтов) и степных чернозёмных почв (развитый верхний гумусовый горизонт, насыщенность основаниями). Содержание гумуса и мощность гумусового горизонта возрастают от 3,0–7,0% и 15–25 см мощности в северных светло-серых почвах до 4,0–9,0% и 25–50 см в серых лесных и до 6–12% и 50 см, соответственно, в южных тёмно-серых лесных почвах. Серые лесные почвы значительно плодороднее дерново-подзолистых и широко используются в земледелии для возделывания зерновых, кормовых, овощных и технических культур. Длительное многовековое использование привело к существенному снижению их плодородия и большой эродированности. Для увеличения плодородия почвы нуждаются во внесении органических и минеральных удобрений.

3. Особенности факторов почвообразования в тундровой зоне. Почвы и их использование.

Зона тундр. Она расположена вдоль побережья  морей Северного Ледовитого океана, что связано в основном с климатическими процессами.

Тундра —  зона холода, сильных ветров, большой  облачности, полярной ночи и полярного  дня. Здесь короткое и холодное лето, продолжительная и суровая зима, малое количество осадков (в среднем 200-500 мм в год), причем большая доля их приходится на июль и август. Морозы в тундре длятся от полугода до восьми-девяти месяцев, температура в азиатской  тундре достигает иногда — 52°С. В  любой месяц в тундре возможны заморозки и выпадение снега. Сильные ветры сдувают снег, и  не защищенная снегом почва сильно промерзает. Это одна из причин образования  слоя многолетнемерзлых грунтов. Оттаивание распространяется летом на глубину  до 0,5-1 м. Многолетнемерзлые грунты охлаждают почву, задерживают влагу, способствуют заболачиванию местности (около 70% ее территории заболочено).

Климат тундры изменяется не только с севера на юг, но и с запада на восток. На западе сильно сказывается влияние Атлантики  и вследствие этого здесь господствует избыточно влажный климат. К востоку  увеличивается континентальность и климатические различия в тундре возрастают. Для тундр характерен холодный и умеренно холодный и влажный арктический и субарктический климат. За Колымой на климат оказывает влияние Тихий океан, поэтому там зимы менее суровы с более мощным снежным покровом.

Образование почв в тундре определяют низкие температуры, многолетняя мерзлота, избыточное увлажнение и материнские породы. Низкая температура  затрудняет в почве химический и  биологический процессы, а избыточная влага создает заболоченность и  анаэробные условия почвообразования. Почвенные растворы и грунтовые  воды имеют кислую реакцию и малую  минерализацию и содержат большое количество органических веществ, железа и вивианита. Основные почвы тундр — тундрово-глеевые и подбуры. Они имеют небольшую мощность, малое содержание гумуса (2-3%), грубый механический состав.

Состав почвы. Основа почвы - почвенные минералы составляют 80-90% веса. Они, как правило, содержат почти всю таблицу Менделеева, но в форме не доступной растениям. Мельчайшие частицы или хлопья минералов  образуют глинистые почвы, более  крупные - суглинки, еще более крупные - супеси и пески. Самые мелкие частицы, образующие глинистые минералы, имеют  форму хлопьев, поэтому их суммарная  поверхность огромна и они способны удерживать на своей поверхности ионы элементов, в доступной для питания растений форме. Некоторые почвенные микроорганизмы при достатке влаги и тепла способны растворять сами минеральные частицы, делая доступными для растений химические элементы, связанные в них.

Другая составляющая часть почвы - органическое вещество, причем наиболее ценная его часть - гумус - мельчайшие волокнистые (коллоидные) частицы органики, имеющие еще  большую поверхность и еще  лучше удерживающие ионы элементов, в доступной для питания растений форме. Гумус является хранилищем основных элементов питания. Мелкие глинистые и гумусные частицы образуют соединения глино-гумусного комплекса, удерживающего питательные выщества. Поэтому так важно добавлять в компостную кучу немного суглинка.  

Третья составляющая почвы - ее живой компонент - сообщество разных почвенных микроорганизмов - бактерий, грибов, инфузорий, амеб, водорослей, микроскопических червей и др. Их биомасса в верхнем 25 см слое почвы может  достигать 1,0-1,5 кг/кв.метр почвы и более. Почвенным микроорганизмам принадлежит основная роль в формировании плодородия почвы. Большую часть микроорганизмов составляют бактерии.

Почвы покрывают  всю поверхность суши нашей планеты (за исключением ледников и голых  скал) сплошным слоем толщиной от нескольких сантиметров до 1—3 м и более. В  геологическом прошлом Земли  почвы начали образовываться тогда, когда первые растительные организмы  вышли из океана на сушу и поселились в рыхлых горных породах. Эти породы, обладая способностью удерживать и  накапливать влагу, снабжали растения водой и минеральными веществами. Отмирающие стебли и корни обогащали  поверхностные горизонты рыхлых горных пород органическим веществом, из которого постепенно образовался  почвенный перегной, или гумус,—  органическое вещество, вступившее при  разложении во взаимодействие с минеральной  частью почвы. Таким образом возник обмен веществ и энергии между почвой и растениями — биологический круговорот, который и был началом образования почв.