Строение и химический состав земной коры

Механический (гранулометрический) состав оказывает влияние на ряд  важных свойств почвы: пористость, водопроницаемость, высоту капиллярного поднятия, величину поглотительной способности, водный, воздушный и тепловой режим почвы, усадку и набухание. Содержание почвенных частиц разной величины определяется различными методами гранулометрического анализа. В результате этого выделяются группы частиц определенного размера, так называемые гранулометрические фракции. При этом гранулометрические фракции отличаются минеральным составом и некоторыми свойствами. Согласно Н.А. Качинскому (1957), выделяются следующие группы частиц:

камни - более 3 мм;

гравий - от 1 до 3 мм;

песок - от 0,25 до 1 мм;

пыль - от 0,001 до 0,25 мм;

ил (глина) - менее 0,001 мм.

Почвы и грунты большей  частью по гранулометрическому составу  представляют собой смеси различных  частиц. По соотношению содержания частиц различной величины почвы  и грунты классифицируются на ряд разновидностей. Наиболее крупные группы этих разновидностей - пески, супеси, суглинки и глины. 

Без приборов, на ощупь  можно определить механический (гранулометрический) состав почвы, при этом следует знать, что этот метод является ориентировочным. Для определения механического  состава почв на ощупь необходимо щепотку почвы тщательно растирать  пальцами на ладони (Практикум..., 2001).

У песчаных почв полностью  отсутствуют глинистые частицы.

Супесчаные почвы  растираются легко. При этом обнаруживается незначительное количество мягкого  пылевато-глинистого материала.

Глинистые почвы растираются  с трудом, и после растирания появляется значительное количество пылевато-глинистых  частиц.

Определение гранулометрического  состава почвы на ощупь можно  дополнить методом раскатывания увлажненной почвы. Небольшое количество почвенного материала смачивается  водой до консистенции густой вязкой массы. Затем эта масса скатывается  в шарик диаметром 1-2 см. Далее  шарик раскатывается в шнур, который  затем сгибается в кольцо. Если почва глинистая, шнур при сгибании в кольцо не ломается и не растрескивается. Шнур из суглинистой почвы при  сгибании в кольцо разламывается. Из супесчаной почвы можно получить только непрочный, легко рассыпающийся  шарик, шнур из которого приготовить  нельзя.

Химический  состав почв

Набор и количественное соотношение химических элементов  в почве называют ее элементным составом. Любые почвы содержат все 92 элемента Периодической системы Д.И. Менделеева, а в случае химического загрязнения  в почвах обнаруживаются и трансурановые  элементы. Диапазон концентраций очень велик: от десятков и единиц массовых долей (в %), до 10- 10 - 10- 12%. Часть элементов участвует в формировании почвенной массы, то есть они играют конституционную роль, хотя они же необходимы и живым организмам, другая часть существенно не влияет на свойства почвенной массы, но зато играет важную физиологическую роль: некоторые элементы могут быть как стимуляторами физиологических и биохимических процессов, так и быть токсичными. Первая группа - это макроэлементы, вторая включает микро -, ультрамикро - и наноэлементы.

Химические элементы представлены в почвах большим набором  их химических соединений. Разнообразие соединений любого из элементов обеспечивает сравнительную устойчивость химического  состояния почв. 

Особенно многочисленны  в почвах соединения углерода. Практически  всегда в почвенном воздухе есть диоксид углерода CO2 , в почвенном  растворе - угольная кислота, в степных  и сухостепных почвах - CaCO3 и Na2CO3; это только минеральные соединения. Набор соединений в органическом веществе до сих пор не подсчитан, но в их число входят как низкомолекулярные  соединения, начиная от метана CH4 , аминокислот, простейших кислот жирного ряда, моносахаридов, и до высокомолекулярных соединений, представленных целлюлозой, лигнином, полипептидами. ложность состава почв, большой набор химических соединений обусловливают возможность одновременного протекания различных химических реакций и способность твердых фаз почв поддерживать сравнительно постоянным состав почвенного раствора, откуда растения непосредственно черпают химические элементы. В почвах может происходить более 30 различных химических реакций и процессов. Часть их них имеет общий характер для всех почв, часть присуща только отдельным почвенным типам.  

Роль  организмов в почвообразовании

Образование почвы  и ее плодородие в основном зависят  от растительности, микроорганизмов  и почвенной фауны. Отмирающие корни - основной источник поступления в  почву органического вещества, из которого образуется перегной, окрашивающий почву в темный цвет до глубины  массового распространения в  ней корневых систем. Извлекая элементы питания с глубины несколько метров и отмирая, растения вместе с органическим веществом накапливают элементы азотного и минерального питания в верхних горизонтах почвы. При этом травянистые растения извлекают минеральных веществ из почвы больше, чем древесные. Каждой растительной формации соответствует комплекс микроорганизмов разного видового состава, меняющегося с изменением почвообразования. Между почвообразовательным процессом и организмами почвы существует теснейшая связь. Корни растений, как муфтой, одеты живым слоем микробных клеток - бактерий и грибов, полезных и вредных. При подборе соответствующих растений в севообороте можно вести борьбу с нежелательными микроорганизмами почвы. Отмирающая зеленая растительность разлагается бактериями и грибами. Микроорганизмы энергично изменяют не только органическую, но и минеральную часть почвы. Жизнедеятельность их зависит от комплекса почвенных условий, которые могут или способствовать, или задерживать развитие микробов.

Количество микроорганизмов  в почве достигает огромных величин. В 1 г целинных почв насчитывается 0,5 - 2, в окультуренных - 2 - 3 и более  миллиардов микробов. Вес сухой массы  их достигает 0,1-0,3 т/га и более. Больше всего микроорганизмов в поверхностных  горизонтах почвы (10 см). Книзу количество их убывает; на глубине нескольких метров почва относительно стерильна. Наиболее благоприятна для микробиологических процессов температура от 20 до 40о. В хорошо обработанной окультуренной почве микроорганизмов больше, чем в необработанной; их больше в пресных нейтральных и известковых почвах и меньше в засоленных. Черви и личинки перемешивают почву, вынося землю наверх из глубоких слоев и обогащают ее органическим веществом. Почвенная масса, прошедшая через кишечник дождевых червей, обогащается азотом и кальцием, приобретает большую емкость поглощения. Следовательно, дождевые черви улучшают химические и физические свойства почвы, увеличивая пористость, аэрацию и влагоемкость ее. В сильно кислых и щелочных, заболоченных или очень сухих почвах дождевых червей нет.

Наконец, почву населяют позвоночные животные, главным образом  грызуны (суслики, байбаки, сурки, хомяки, хорьки, мыши, слепыши, кроты), образующие местами многочисленные норы. Заполненные норы землероев, имеющие на почвенном разрезе вид овальных пятен разного диаметра, известны под названием котловин. Перерытость почвы чаще отрицательно влияет на ее свойства, увеличивая карбонатность и водопроницаемость до очень большой потери воды на фильтрацию. Глубокая обработка почвы и выравнивание поверхности уменьшают вредное действие землероев.

Зелёные растения

Зелёные растения на суше ежегодно образуют 15*10 в 10степени  тонн биомассы синтезируемой зелёными растениями за счёт СО2 атмосферы, солнечной энергии, воды и минеральных соединений поступающих из почвы. Часть этой биомассы в виде корневых остатков и опада ежегодно возвращаются в почву и таким образом являются единственным первоисточником органических веществ в почве. Биологический круговорот веществ это поступление из почвы элемента питания и воды, синтез органической массы и возврат её в почву после завершения жизненного цикла. Различают растительные группировки: 1В группе древовидных формаций таёжные, широколиственные лес, влажные субтропические леса. 2 В группе переходных древесно травянистых формаций ксерофитные леса, включая кустарниковые ценозы, сованы. 3В группе травянистых формаций суходольные и заболоченные луга, степи, и т.д. Лесная растительность. Общая масса на поверхности суши составляет 10 в 11-10 в 12 степени тонн и образует сложный многоярусный биоценоз из древесных, кустарниковых и травянистых формаций. Особенностью биологического круговорота в лесу является длительная консервация значительного кол-ва азота и зольных элементов питания растений. Травянистая растительность. По суммарной биомассе занимает 2 место на суше. Эта формация богата азотом и другими элементами которые ежегодно обуславливает интенсивный круговорот. В долахатных водах формируется агроценоз и его биологическая продуктивность определяется видами с/х культур и агротехническими и агромелиоративными мероприятиями. Агроценоз существенно отличается от биоценозов т.к значительная часть биомассы отчуждается человеком и не возвращается в почву.

Состав  гумуса

Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений образующихся при разложении и мумификации органических остатков в зависимости от условий содержания гумуса в почвах, колеблется от1-2 до 12-15%. Гумус состоит из тёмных коллоидных веществ пропитавших минеральную часть почвы и сообщающих её верхним горизонтом боле тёмный цвет. Биохимический состав органической части почвы зависит от стадий её преобразования. По химическому составу органические остатки в большей степени до80% составляет вода. В состав сухого вещ-ва входят углеводы, белки, смолы, кислоты и многие др соединения. В пахотных почвах источником гумуса явл. пожнивные остатки и корни культурных растений, а так же органические удобрения(навоз, торфяные компосты). Превращение органических остатков в гумус (гумусообразование) является совокупностью процессов разложения исходных органических остатков синтеза вторичных форм микробной плазмы и их гумификация. Гумусообразование слогается из следующих процессов: минерализация, разложение, гумификация, гниение. Первые 3 процесса взаимосвязаны и протекают почти одновренно. Минерализация преобладает там где тепло при высоких температурах и малом увлажнении. Гумификация протекает в сухих условиях умеренного пояса и переменно влажных условиях лесостепи. Гниение- это процесс который замещет вышеуказанные при смене аэробных  на резко анаэробные условия.

Влияние природных условий

Климат включает воздух приземного слоя, поверхностные и  грунтовые воды и солнечную радиацию. Действие его на развитие почв может  быть прямым, выражающимся в увлажнении, промачивании, нагревании и охлаждении почв, И косвенным, сказывающимся  в жизнедеятельности почвенных  организмов. Все климаты группируются на нивальные, где осадки выпадают только в форме снега, гумидные - осадков выпадает больше, чем испаряется с поверхности, и аридные - сухие, где возможная испаряемость с поверхности почвы значительно больше, чем выпадает осадков. Огромную роль в почвообразовании играют местный климат вообще и почвенный в особенности. Почвенный климат известным образом сказывается на свойствах почвы (содержание перегноя, температура, влажность, условия аэрации и др.) и, в свою очередь, зависит от почв, произрастающей на ней растительности и элементов рельефа. Наиболее важными элементами климата в почвообразовании являются осадки и приток лучистой энергии солнца (тепло и свет). Неравномерное периодическое выпадение осадков местами создает и неблагоприятный водный режим почвы, характеризующийся сменой периодов иссушения периодами избыточного увлажнения.

Вторым элементом  климата, важным в почвообразовании, является температура воздуха и  почвы. она влияет на скорость химических и биологических процессов, протекающих в почве. Температурные условия местности и продолжительность вегетационного периода определяют длительность интенсивного сезонного почвообразования. При отрицательных температурах почвообразование если полностью не останавливается, то протекает крайне слабо. При низких температурах происходит необратимое свертывание перегнойных кислот с возникновением нерастворимых веществ, то же наблюдается с некоторыми другими органическими соединениями, органо-минеральными и минеральными коллоидами почвы. Периодическое влияние положительных и отрицательных температур сопровождается замерзанием, размерзанием и оттаиванием почвы. В связи с выкристаллизованием воды в порах почвы в ней появляются трещины и непрочные отдельности в виде мерзлотной структуры. На почвообразование может влиять ветер, вызывая дефляцию. При скорости у поверхности почвы >5 м/сек он отрывает мелкие почвенные частицы и переносит их по воздуху, частицы средних размеров перемещаются скачкообразно, а более крупные катятся по поверхности. Ветер способствует обмену воздуха атмосферы и почвы, усиливая испарение воды с поверхности земли и из почвы. Климатические условия природных зон накладывают отпечаток на все физико-географические процессы и на почвообразование в особенности. В зависимости от климата в комплексе с другими факторами формируются весьма разнообразные почвы.

Гуминовые кислоты и фульвокислоты

Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений образующихся при разложении и мумификации органических остатков в зависимости от условий содержания гумуса в почвах, колеблется от1-2 до 12-15%.Следует различать 3 группы гумусовых  кислот: 1 гуминовые- наиболее тёмно окрашенная, накапливается на месте образования, это азотосодержащие органические кислоты, хорошо растворяется в слабыз растворах щёлочи, элементный состав колеблется в пределах: С-52,62%,Н-2.8-5.8%, О-31-39%, N-1.7-5%.2 Фульво- наименее окрашенная, более подвижная и легко передвигается по профилю почв, растворимы в воде, кислотах, слабых растворах щёлочи, элементный состав такойже, но меньше С за счёт увеличения О: С-40-50%, О-42-52%,N-1.7-5%, Н-4-6%.3. Гумины- комплекс гуминовых и фульвокислот, очень прочно связанные с минеральной частью в почве, не извлекаемые обычными способами экстракции. Почвы разных природных зон, как и различных уровней окультуренности, различаются по количеству и качеству гумусовых веществ. Гумус характеризуется не только запасами, но и качественным составом. В зависимости от соотношения гуминовых кислот и фульвокислот (С_гк : С_фк) выделяют следующие типы гумуса: гуматный (более 1,5), фульватно-гуматный (1,0...1,5), гуматно-фульватный (1,0...0,5) и фульватный (менее 0,5).При наиболее благоприятных условиях гумусонакопления формируется гумус, обогащенный гуминовыми кислотами. Большое накопление гуминовых кислот наблюдается в черноземах и темно-каштановых почвах.К северу и югу от типичных черноземов лугово-степной зоны в почвах уменьшаются запасы гумуса и ухудшается его качественный состав.Низкие запасы гумуса в северных подзолистых и дерново-подзолистых почвах связаны с тем, что в гумусе этих почв преобладают растворимые продукты гумификации (фульвокислоты и их соли — фульваты), которые вымываются осадками до грунтовых вод. В засушливых условиях юга из-за интенсивных процессов минерализации и малого количества органических остатков формируются сероземы с очень низкими запасами гумуса.