Тепловые свойства и тепловой режим почв
Под тепловым режимом почвы следует понимать совокупность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла. Основным показателем теплового режима почвы является ее температура.
Тепловой режим почвы оказывает существенное влияние на почвообразовательный процесс, плодородие почвы и продуктивность растений.
Главным источником тепла в почве является лучистая энергия солнца – солнечная радиация. Небольшое количество тепла переходит в почву из глубинных слоев земли и в результате химических, биологических и радиоактивных процессов, протекающих в верхних слоях литосферы.
Лучистая энергия солнца является основным источником энергии для всех процессов, совершающихся на земной поверхности. Достигая поверхности почвы, солнечная радиация поглощается ею и превращается в тепловую энергию, а некоторая часть отражается обратно в атмосферу.
Лучистая энергия солнца, поглощаясь поверхностью почвы и превращаясь в тепловую энергию, может аккумулироваться, передвигаться от слоя к слою или излучаться с поверхности благодаря проявлению тепловых свойств почвы.
Основными тепловыми свойствами почвы являются теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.
Теплопоглотительная способность проявляется в поглощении почвой лучистой энергии солнца. Она обычно характеризуется величиной альбедо.
Альбедо представляет собой количество коротковолновой солнечной радиации, отраженное поверхностью почвы и выраженное в процентах от общей величины солнечной радиации, достигающей поверхности почвы.
Альбедо является важнейшей тепловой характеристикой, зависящей от цвета почвы, ее структурного состояния, влажности и выравненности поверхности.
Существенное влияние на теплопоглотительную способность почв оказывают количество и качество гумуса, определяющие цвет почвы, а также гранулометрический состав. Высокогумусированные
почвы поглощают лучистой энергии на 10–15 % больше, чем малогумусированные, также как и глинистые по сравнению с песчаными.
На величину альбедо оказывает влияние степень увлажнения почвы. Альбедо орошаемых участков на 10–15 % ниже, чем сухих.
Теплоемкость – свойство почвы поглощать тепло. Различают удельную и объемную теплоемкость почвы.
Удельная теплоемкость – количество тепла в джоулях, затрачиваемое для нагревания одного грамма сухой почвы на 1о. Объемная теплоемкость – количество тепла в джоулях, затрачиваемое для нагревания 1 см3 сухой почвы на 1о.
Теплоемкость зависит от минералогического и гранулометрического состава, влажности почвы и от содержания в ней гумуса.
Удельная теплоемкость для большинства почв в сухом состоянии колеблется в узких пределах от 0,7 до 0,8. С повышением влажности теплоемкость песчаных почв возрастает до 2,9, глинистых – до 3,4.
Глинистые почвы более влагоемкие и весной медленнее нагреваются. Легкие почвы прогреваются быстрее.
Теплоемкость почвы тесно связана с гидрофильностью коллоидов. При одинаковом характере увлажнения более теплоемки те почвы, в которых больше гидрофильных коллоидов.
Чем гумусированнее почва, тем она более теплоемка. Теплоемкость рыхлых почв значительно выше, чем плотных.
Теплопроводность – способность почвы проводить тепло. Она равна количеству тепла, которое проходит в 1 секунду через 1 см2 почвы слоем 1 см при разности температур с обеих сторон слоя на 1о.
Теплопроводность почвы – способность почвы проводить тепло путем теплового взаимодействия соприкасающихся между собой твердых, жидких и газообразных частиц, а также путем испарения, перегонки и конденсации влаги внутри почвы. Количественно характеризуется коэффициентом теплопроводности.
Коэффициент теплопроводности – количество тепла, проходящего в единицу времени через две противоположные грани единицы объема, перпендикулярные к направлению теплового потока.
На величину теплопроводности влияют химический и гранулометрический состав, влажность, содержание воздуха, плотность и температура почвы.
В сухом состоянии почвы, богатые гумусом и обладающие высокой пористостью аэрации, очень плохо проводят тепло. Теплопроводность легких по гранулометрическому составу почв значительно выше, чем тяжелых. Рыхлые почвы имеют более низкий коэффициент теплопроводности, чем плотные.
Теплопроводность почвы зависит от ее температуры. С повышением температуры увеличивается теплопроводность почвенного воздуха, а, следовательно, и почвы в целом.
Тепловое лучеиспускание – это величина, измеряемая количеством тепловой энергии, которое излучает 1 см2 поверхности почвы за 1 секунду. Тепловое лучеиспускание почвы зависит от ее влажности, состояния поверхности, содержания гумуса. При увеличении влажности и уменьшении в почве количества гумуса происходит усиление лучеиспускательной способности почвы, т.к. при этом возрастает ее теплопроводность. Почвы с шероховатой поверхностью излучают тепла больше, чем почвы с относительно гладкой поверхностью.
Под тепловым режимом почвы понимают совокупность всех явлений поступления, передвижения и отдачи тепла почвой.
Лучистая энергия поступает к поверхности почвы в течение года и суток с неодинаковой интенсивностью, поэтому различают годовой и суточный ход температуры почвы.
В умеренных широтах годовой ход температуры почвы характеризуется минимумом в январе или в феврале и максимумом в июне или июле.
Суточный ход температуры характеризуется одним максимумом (около 13 ч. местного времени) и одним минимумом (перед восходом солнца). Наибольшая амплитуда колебаний температуры в течение суток свойственна поверхностным слоям почвы, с глубиной она уменьшается.
На тепловой режим влияют климат, растительность, рельеф, снежный покров, а также гранулометрический состав, влажность и цвет почвы.
Растительный покров оказывает существенное влияние на динамику температуры в почве. Растения уменьшают суточные и сезонные колебания температуры в верхнем слое почвы.
Тепловой режим почвы зависит от рельефа местности. Экспозиция склона и его крутизна определяют разницу в количестве тепла, получаемого от солнечной радиации.
Снежный покров препятствует промерзанию почвы, уменьшает потерю тепла из нее вследствие излучения. Почвы, покрытые растительностью, промерзают меньше, чем вспаханные.
В зависимости от среднегодовой температуры и характера промерзания почвы выделяют четыре типа температурного режима почв: мерзлотный, длительно сезоннопромерзающий, сезоннопромерзающий и непромерзающий.
- Мерзлотный тип температурного режима характерен для местностей, где среднегодовая температура профиля почвы отрицательная.
- Длительно сезоннопромерзающий тип температурного режима проявляется на территории, где преобладает положительная среднегодовая температура почвенного профиля. Глубина проникновения отрицательных температур не менее 1 м. Длительность промерзания не менее 5 месяцев.
- Сезоннопромерзающий тип температурного режима отличается положительной среднегодовой температурой почвенного профиля. Промерзание не более 5 месяцев. Подстилающие породы не промерзают.
- Непромерзающий тип температурного режима наблюдается в местностях, где промерзание профиля почв и морозность не проявляются.
Для оптимального развития растений требуется неодинаковое количество тепла как в отдельные фазы развития, так и в целом за вегетационный период. Для растений непригодны как слишком низкие, так и слишком высокие температуры.
Температура почвы оказывает большое влияние на развитие микроорганизмов и вызываемые ими биохимические процессы. Она играет важную роль в перезимовке культурных растений.
Регулирование теплового режима. В сельскохозяйственной практике регулирование теплового режима имеет важное значение для обеспечения оптимальных условий роста растений. Улучшение теплового режима почв основывается на осуществлении приемов, регулирующих приток солнечной радиации, и приемов, ослабляющих или повышающих ее потери за счет теплоотдачи в атмосферу.
В летнее время в северных районах с повышенным увлажнением почв и меньшим притоком солнечной радиации эти мероприятия преследуют цель повышения температуры почвы, в южных засушливых — ее понижения.
К приемам, регулирующим приток солнечного тепла к поверхности почвы, относятся затенение почвы растительностью, мульчей, некоторые приемы обработки почвы (рыхление и прикатывание поверхности почвы), гребневые и грядковые посевы.
Растительный покров затеняет поверхность почвы, ослабляет приток к ней солнечного тепла и способствует понижению температуры. Поэтому в жарких районах ряд культур (табак, кофе) возделывают с затенением под пологом древесных пород. В этих же целях создают кулисы из высокостебельных растений и устраивают легкие навесы.
Мульчирование поверхности почвы торфом, соломой, мульчбумагой и другими материалами – широко применяют для регулирования температуры почвы, особенно в овощеводстве. Мульчирование светлоокрашенной мульчей увеличивает альбедо и ослабляет нагревание, и, наоборот, темные материалы (черная мульчбумага, темная торфяная крошка) способствуют большему притоку тепла.
Обработка почвы и рыхление поверхностного слоя способствуют более быстрому; обмену тепла в почве. Шероховатая поверхность обработанной почвы днем сильнее поглощает солнечную энергию, но ночью больше ее и излучает по сравнению с плотной поверхностью. Рыхление почвы увеличивает ее теплопроводимость и уменьшает лучеиспускательную способность. Этот прием способствует снижению температуры почвы днем и сохранению тепла ночью.
В Нечерноземной зоне для более быстрого прогревания верхнего слоя почвы в овощеводстве применяют гребневые и грядковые посевы.
Полив – эффективней прием регулирования температуры почвы. При этом заметно снижается температура поверхностных слоев почвы. Осушение болотных торфяных почв приводит к повышению температуры верхних горизонтов в дневные часы летом и несколько снижает ночью по сравнению с неосушенными почвами.
В районах северного земледелия при осушении торфяных почв заметно ухудшается их прогревание в весенне-летний период, так как улучшается аэрация и снижается теплопроводность. Поэтому на некоторой глубине осушенных почв длительно сохраняются мерзлотные прослойки, что замедляет развитие активных микробиологических процессов.
Радикальным приемом регулирования теплового режима в холодный период являются снежные мелиорации. Снегозадержание – одновременно важное средство накопления в почве влаги. Его широко применяют засушливых и континентальных районах страны – на юге и юго-востоке европейской части России, в Западной Сибири и других регионах, где снежный покров обычно невелик, а сильные морозы при небольшом снежном покрове могут сильно повредить посевы озимых, многолетние травы, плодово-ягодные культуры.
Снегозадержание проводят с помощью лесных полос, кулис, высокой стерни, снегопахотой, установкой щитов и другими приемами, по возможности в ранние сроки.
Накопление снега снижает отрицательные температуры в почве и глубину их проникновения. Приемы регулирования теплового режима нужно осуществлять с учетом: почвенно-климатических и погодных условий и особенностей возделываемых растений.
В овощеводстве для улучшения температурного режима почв применяют биотопливо, электрический, паровой и водяной обогрев.
В качестве биотоплива в теплицах, траншеях на глубину 20–25 см вносят навоз, компосты, при разложении которых температура поднимается до 70°C, в результате чего обогревается активная часть почвогрунта. Такого же эффекта достигают при набивке навозом парников.
Практически все физические, физико-химические и биологические процессы в почве зависят от ее температуры. С повышением температуры увеличивается растворимость солей, интенсивнее идут химические реакции и процессы выветривания, чему способствует также периодическое, замерзание и оттаивание почвы.
От температуры зависит подвижность почвенной влаги и воздуха. Так, с увеличением температуры воды от 0° до 20°С вязкость воды уменьшается в 1,8 раза. Градиент температуры в почве – одна из причин передвижения влаги и воздуха. С ростом температуры увеличивается испарение почвенной влаги.
Температура почвы оказывает большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов и связанные с ней биохимические процессы: разложение органического вещества, аммонификацию, нитрификацию и т.д. Для большей части почвенных микроорганизмов оптимальной является температура 25–30°С.
Значение оптимальных температур изменяется по фазам развития растений, зависит и от вида растений. Растения чувствительны как к высоким, так и к низким температурам. Прорастание семян сельскохозяйственных культур начинается при температуре выше 0°С (зерновые), семена подсолнечника, картофель начинают прорастать при температуре выше 5–6°С, а кукуруза – выше 8–10°С.
Урожайность сельскохозяйственных культур зависит также от средневегетационной температуры. Так, для картофеля оптимальной является температура 18°С, при снижении ее до 15°С урожайность уменьшается на 25 %, а при средней за вегетацию температуре 28°С она уменьшается на 55 %.
Промерзание почвы начинается при температуре несколько ниже 0°С из-за наличия в почвенной влаге: растворенных веществ, снижающих температуру ее замерзания. Промерзание существенно сказывается на почвообразовании, сокращает вегетационный период растений и инфильтрацию атмосферных осадков.
Снежный покров способствует уменьшению глубины промерзания. Наибольшая глубина промерзания в одной и той же местности зависит от гранулометрического состава почвы и ее влажности. Глинистые влажные почвы промерзают на меньшую глубину, чем песчаные сухие. Торфяно-болотные почвы промерзают еще меньше (в Московской области, например, только на 50–70 см).
Скорость оттаивания также зависит от свойств почв. Обычно она пропорйиональна максимальной глубине промерзания: интенсивнее оттаивают песчаные, затем глинистые и торфяные почвы.
В районах, где средняя годовая температура воздуха отрицательная, образуется многолетняя мерзлота.
В зоне с многолетней мерзлотой формируются слаборазвитые маломощные надмерзлотные почвы, часто переувлажненные. Летом они оттаивают на небольшую глубину от 40–50 см на крайнем севере до 1–2 м на юге зоны.
Агротехнические мероприятия также сказываются на температурном режиме. Например, рыхление способствует снижению дневных температур и повышению – в ночное время; уплотнение оказывает обратное действие. Вспаханная почва лучше прогревается по сравнению с невспаханной.
Снежный покров предохраняет озимые культуры от вымерзания, уменьшает глубину промерзания. Поэтому применяют мероприятия по его сохранению и увеличению: кулисные посевы высокостебельных культур, стерня, лесополосы, снегозадержание зимой. Используют также технические приемы: изменение окраски поверхности, специальные покрытия, затенение.
Из этих мероприятий больше распространено мульчирование поверхности почвы – покрытие ее различными материалами: торфяной: крошкой, соломой, листьями, навозом, древесными опилками, мелом, песком, специальной бумагой, полимерной пленкой и др.
Мульчирование изменяет отражающую способность почвы – альбедо, конвективный теплообмен почвы с атмосферой, испарение с поверхности почвы. Температура почвы при мульчировании может повышаться или понижаться в зависимости от свойств покрытия. Так при покрытии соломой, мелом, торфяной крошкой, опилками температура почвы понижается, а при покрытии ее черной бумагой или пленкой повышается. Всходы и молодые растения защищают от перегрева солнечными лучами затенением навесами, щитами и другим материалом.
Воздушные свойства и воздушный режим почв — киберпедия
Формы и состав почвенного воздуха
Почвенный воздух – один из факторов жизни растений. Кислород воздуха необходим для прорастания семян, дыхания корней, растений, почвенных микроорганизмов. Он участвует в реакциях окисления минеральных и органических веществ. При окислении органического вещества почвы происходит круговорот углерода, азота, фосфора и других элементов питания. При недостатке кислорода ослабляются дыхание, обмен веществ, а при отсутствии в почве свободного кислорода прекращается развитие растений, снижается О-В потенциал, развиваются анаэробные процессы, снижается доступность элементов питания, ухудшаются физические свойства почв.
Почвенный воздух – это смесь газов и летучих органических соединений, заполняющих поры почвы, свободные от воды.
Процесс обмена почвенного воздуха сатмосферным называется газообмен или аэрация.
Почвенный воздух находится в почве в трех состояниях: свободном, адсорбированном и растворимом.
Свободный почвенный воздух находится в крупных некапиллярных и капиллярных порах почвы, свободно перемещается, обеспечивает аэрацию почв и газообмен между почвой и атмосферой.
Защемленный почвенный воздух– воздух, находящийся в порах, со всех сторон изолированный водными пробками. Он неподвижен и не участвует в газообмене. В глинистых почвах на его долю приходится до 12 % (среднее же 6 – 8 %).
Адсорбированный почвенный воздух – газы и летучие органические соединения, адсорбированные на поверхности почвенных частиц. Зависит от гранулометрического состава почв. Чем тяжелее почва, тем сильнее проявляется адсорбция. Газы в зависимости от их свойств адсорбируются в следующей последовательности: N2 < O2 < CO2 < NH3. Более активно, чем газы, частицы почвы поглощают пары воды.
Растворенный почвенный воздух – газы, растворенные в почвенной воде. Растворимость газов в почвенной воде возрастает с повышением их концентрации в свободном почвенном воздухе, а также с понижением температуры почвы. Хорошо растворяются в воде аммиак, сероводород, углекислый газ.
Потребность в кислороде корней растений удовлетворяется преимущественно за счет свободного почвенного воздуха, участвующего постоянно в газообмене между почвой и атмосферой.
Состав почвенного воздуха отличается от атмосферного. В атмосферном воздухе содержание азота составляет 78 % (к объему), кислорода – 21 %, диоксида углерода – 0,03 %; в почвенном – соответственно азота – 78 – 80 %, кислорода – 5 – 20 %, углекислого газа – 0,1 – 15, % (по Ремезову).
Почвенный воздух отличается динамичностью, наиболее динамичны – это кислород и углекислый газ. Их содержание в почвах сильно колеблется в соответствии с интенсивностью потребления кислорода и продуцирования углекислого газа и скоростью газообмена между почвой и атмосферой. В пахотных хорошо аэрируемых почвах с благоприятными физическими свойствами содержание СО2 в почвенном воздухе в течение вегетации растений не превышает 1 – 2 %, а содержание О2 не ниже 18 %. При переувлажнении содержание СО2 достигает 4 – 6 %, а О2 падает до 15 – 17 %.
Воздушные свойства почв
Воздухоемкость– это способность почвы содержать в себе определенное количество воздуха. Она зависит от гранулометрического состава, пористости, влажности и структуры почвы. Чем структурнее почва, чем легче гранулометрический состав, чем выше пористость и меньше влажность, тем больше воздухоемкость. Нормальная аэрация почв обеспечивается в том случае, если воздухоемкость превышает 15 % объема почвы.
Воздухопроницаемость – это способность почвы пропускать через себя воздух. Чем полнее она выражена, тем лучше происходит газообмен, тем больше в почвенном воздухе содержится кислорода и меньше углекислого газа. Она зависит от гранулометрического состава почвы, ее оструктуренности, объема пор между агрегатами.
Газообмен почвенного воздуха с атмосферным (аэрация) происходит через систему воздухоносных пор почвы под действием диффузии барометрического давления, изменения температуры почвы, уровня грунтовых вод, количества влаги в почве (зависит от атмосферных осадков, орошения, испарения), а также под действием ветра.
Диффузия– это перемещение газов в соответствии с их парциальным давлением. Под влиянием диффузии создаются условия для непрерывного поступления кислорода в почву и выделения углекислого газа в атмосферу. Коэффициент диффузии равен объему газа (в см3), проходящего в секунду через 1 см2 поверхности при мощности слоя 1 см и градиенте концентрации, равном единице.
Воздушный режим почв – это совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, его передвижения в ней и расхода, а также явлений обмена газами между почвенным воздухом, твердой и жидкой фазами, потребления отдельных газов живым населением почвы.
Он подвержен суточной, сезонной, годовой и многолетней изменчивости и находится в прямой зависимости от различных свойств почвы, погодных условий, характера растительности и агротехники.
Регулирование воздушного режима почв:
1) агротехнические мероприятия – это приемы обработки почвы, направленные на увеличение капиллярной скважности, повышающей воздухопроницаемость; рыхление междурядий после полива или дождя;
2) приемы регулирования водного режима почв (орошение или осушение);
3) окультуривание почв, регулирование их реакции среды;
4) применение органических и минеральных удобрений.
Формы воды в почве
Вода является мощной транспортной геохимической системой, которая обеспечивает перемещение веществ в пространстве Земли. Воде также принадлежит важнейшая роль во многих процессах, протекающих в почвах: выветривание и образование новых минералов, формирование генетических горизонтов почвенного профиля, гумусообразование и всё разнообразие химических реакций и физико-химических процессов в почвах. Исключительно важна вода и в обеспечении плодородия почв, поскольку почвенная влага является практически единственным источником снабжения растений водой.
Основным источником почвенной влаги являются атмосферные осадки, количество и распределение которых во времени зависят от климата и метеорологических условий отдельных лет на данной территории. В почву поступает меньше влаги, чем выпадает её в виде осадков, так как значительная часть задерживается растительностью, в особенности кронами деревьев. Вторым источником поступления влаги в почву является конденсация атмосферной влаги на поверхности почвы и в её верхних горизонтах (10 – 15 мм). Практическое значение тумана проявляется преимущественно в прибрежных районах, где в ночное время над поверхностью почвы собираются значительные массы влажного воздуха.
Часть поступившей на поверхность почвы влаги образует поверхностный сток, который наблюдается весной во время снеготаяния, а также после обильных дождей. Величина поверхностного стока зависит от количества выпавших осадков, угла наклона местности и водопроницаемости почвы. Выделяют также боковой (внутрипочвенный) сток, возникающий из-за различной плотности почвенных горизонтов. При этом вода, поступившая в почву, фильтруется через верхние горизонты, а, дойдя до горизонта с более тяжёлым гранулометрическим составом, формирует водоносный горизонт, называемый почвенной верховодкой (рис. 1). Часть влаги из верховодки всё же просачивается в более глубокие слои, достигая грунтовых вод, которые в своей совокупности образуют грунтовый сток. При наличии же уклона местности часть влаги, сосредоточенной в водоносном горизонте, может стекать в пониженные участки рельефа.
Рисунок 1. Почвенная верховодка.
Помимо стока, часть почвенной влаги расходуется на испарение. Из-за своеобразия и непостоянства свойств почвы как испаряющей поверхности, при одинаковых метеорологических условиях скорость испарения меняется сообразно изменению влажности почвы. Величина испарения может достигать 10 – 15 мм/сутки. Почвы с близким залеганием грунтовых вод испаряют гораздо больше воды, чем с глубоким.
Наличие влаги в почве еще не значит, что она может быть использована растениями. Различные процессы, протекающие на границах жидкой, твердой и газообразной фаз, приводят к тому, что на почвенную влагу действуют различные по своей природе силы. По степени связности и доступности для растений почвенная влага делиться на различные виды, и механизмы передвижения её в почве неодинаковы.
Формы воды в почве
По фазовому состоянию различают воду твёрдую, жидкую и парообразную.
Твёрдая вода в почве – это лёд. Он является потенциальным источником жидкой и парообразной воды. Наличие льда в почвах носит сезонный или многолетний (вечная мерзлота) характер. Температура замерзания воды в почвах ниже 0 оС, поскольку она представлена различными растворами.
Парообразная вода содержится в виде водяного пара в поровом пространстве почвы и может передвигаться от участков с высокой упругостью водяного пара к участкам с меньшей их упругостью, а при понижении температуры почвы может конденсироваться, превращаясь в жидкую фазу. Парообразная вода недоступна для растений, но при переходе в капельно-жидкую может усваиваться ими.
Вода в почве имеет различные физические свойства в зависимости от взаимного расположения и взаимодействия молекул воды между собой и с другими фазами почвы (твердой, газовой, жидкой). Физико-химические состояния молекул воды в почве, при которых она имеет строго определённые свойства, называют формами почвенной воды.
Классификация различных форм воды в почве предложена в 1965 г. А.А. Роде.
Различают воду связанную и свободную. Первую частицы почвы настолько прочно удерживают, что она не может передвигаться под влиянием силы тяжести, а свободная вода подчинена закону всемирного тяготения (рис. 1).
Рисунок 1. Формы воды в почве
Связанная вода
Связанную воду, в свою очередь, делят на химически и физически связанную.
Химически связанная вода входит в состав некоторых минералов и включает конституционную икристаллизационную воду (и ту и другую называют также кристаллогидратной ). Эта вода входит в состав твёрдой фазы почв и не является самостоятельной физической фазой. Она не передвигается в почве и не имеет свойств растворителя. Конституционная вода представлена группой ОН в таких соединениях как Fe(OH)3, Al(OH)3, а также в ОН-группой в органических соединениях.Кристаллизационная вода представлена молекулами Н2О в кристаллогидратах, например в гипсе: CaSO4·2H2O, мирабилите: Na2SO4·2H2O. Химически связанную воду можно удалить лишь путем нагревания, а некоторые формы (конституционную воду) – только прокаливанием минералов. В результате удаления химически связанной воды свойства минералов изменяются настолько, что можно говорить о переходе их в иное соединение.
Физически связанную (или сорбированную) воду почва удерживает силами поверхностной энергии. Поскольку величина поверхностной энергии возрастает с увеличением общей суммарной поверхности частиц, то содержание физически связанной воды зависит от размера частиц, слагающих почву. Частицы крупнее 2 мм в диаметре не содержат физически связанную воду; этой способностью обладают лишь частицы, имеющие диаметр < 2 мм. У частиц диаметром от 2 до 0,01 мм способность удерживать физически связанную воду выражена слабо. Она возрастает при переходе к частицам < 0,01 мм и наиболее выражена у предколлоидных и особенно коллоидных частиц.
Способность удерживать физически связанную воду зависит не только от размера частиц. Определенное влияние оказывает форма частиц и их химико-минералогический состав. Повышенную способность удерживать физически связанную воду имеют перегной и торф.
Все молекулы, сорбированной воды находятся в строго ориентированном положении. Прочность связей наибольшая у поверхности почвенных частиц. Последующие слои молекул воды частица удерживает со все меньшей силой. По мере удаления молекул воды от поверхности почвенной частицы силы притяжения постепенно ослабевают и вода переходит в свободное состояние.
В зависимости от прочности сорбционных связей физически связанную воду подразделяют напрочносвязанную (или гигроскопичную) и рыхлосвязанную (плёночную).
Прочносвязанная вода – это вода сорбированная почвой из парообразного состояния. Свойство почв сорбировать воду названо гигроскопичностью почв. Первые слои молекул воды, т.е. гигроскопическую воду, частицы почвы удерживают силами, создающими давление порядка 2·109 Па. Находясь под столь большим давлением, молекулы прочносвязанной воды сильно сближены, что меняет многие свойства воды. Она приобретает некоторые качества твердого тела: её плотность достигает 1,5 – 1,8 г/см3; она не растворяет электролиты; на не замерзает; неё более высокая вязкость, чем у обычной воды и она не доступна растениям. Количество водяного пара, сорбированного почвой зависит от влажности воздуха. Максимальной гигроскопической водой (МГ) считают предельное количество воды, которое может быть поглощено почвой из парообразного состояния при относительной влажности воздуха 94 – 98%, при этом толщина сорбированной плёнки достигает 3–4 слоев молекул воды. В почвах минеральных МГ колеблется в пределах 0,5 – 1%, в слабо гумусированных песках и супесях – до 15-16%, в сильно гумусированных суглинках, глинах и в торфах может достигать 30-50%.
Гигроскопическая влага не способна передвигаться (рис. 2 ). Для растений она недоступна, полностью удаляется при высушивании почвы в течение нескольких часов при температуре 100–105 °С.
Рыхлосвязанная (или плёночная ) вода – это вода, удерживаемая в почве сорбционными силами сверх МГ. Почва удерживает её с меньшей силой и ее свойства не так резко отличаются от обычных свойств воды. Тем не менее, сила притяжения еще достаточно велика, и обеспечивает давление порядка (10÷14)·105 Па. Рыхлосвязанная вода также распределена в виде плёнки, однако толщина её может достигать несколько десятков или сотен эффективных диаметров молекул воды. Рыхлосвязанная вода занимает по своим свойствам промежуточное положение между гигроскопической и свободной водой. Она может передвигаться от почвенных частиц с более толстыми водяными плёнками к частицам, у которых она тоньше со скоростью несколько сантиметров в год. Её количество также зависит от типа почв (в песчаных– 3-5%, в глинистых может достигать 30-35%). Периферические молекулы воды в рыхлом слое доступны растениям.
Рисунок 2. Схема строения гигроскопической влаги по данным различных авторов (а) – по Лебедеву , (б) – по Цункеру, (в) – по Кюну.
Свободная вода. Свободная вода – это вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной и не связана сорбционными силами с почвенными частицами. У молекул свободной воды нет строгой ориентировки относительно частиц почвы. Различают две формы свободной воды в почве –капиллярную и гравитационную.
Капиллярная вода удерживается в почвенных порах малого диаметра – капиллярах, под воздействием капиллярных или менисковых сил.
Возникновение этих сил обусловлено следующими явлениями. Состояние поверхностного слоя жидкости по своим свойствам отличается от ее внутреннего состояния. Если на каждую молекулу воды внутри жидкости равномерно действуют силы притяжения и отталкивания со стороны окружающих молекул, то молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости, испытывают одностороннее, направленное вниз притяжение только со стороны молекул, лежащих ниже поверхности раздела вода – воздух. Силы, действующие вне жидкости, относительно малы и ими можно пренебречь. Таким образом, поверхностные молекулы жидкости находятся под действием сил, стремящихся втянуть их внутрь жидкости. По этой причине поверхность любой жидкости стремится к сокращению. Наличие у поверхностных молекул жидкости, ненасыщенных, неиспользованных сил сцепления является источником избыточной поверхностной энергии, которая также стремится к уменьшению. Это влечет за собой образование на поверхности жидкости как бы пленки, которая обладает поверхностным натяжением, или поверхностным давлением (давлением Лапласа), которое представляет собой разницу между атмосферным давлением и давлением внутри жидкости (рис. 4)
Рисунок 4. Поверхностное натяжение
Значение поверхностного натяжения зависит от формы поверхности жидкости и радиуса капилляра. Поверхностное давление, развивающееся под плоской поверхностью жидкости, называется нормальным. Для воды оно равно 1,07·109Па. Давление уменьшается, если поверхность жидкости вогнутая (рис. 5), и увеличивается, в случае поверхности выпуклой.
Искривление поверхности жидкости ведёт к появлению в ней дополнительного капиллярного давления Δp. Величина этого давления связана со средним радиусом кривизны R поверхности уравнением Лапласа:
Δp = p1– p2 = 2σ12 /R,
где (σ12 – поверхностное натяжение жидкости на границе двух сред, для воды оно составляет 75,6·10-3 Н/м при 0 оС); p1 и p2 – давления в жидкости 1 и контактирующей с ней среде 2.
Рисунок 5. Проявление капиллярных сил.
Чем меньше диаметр поры, тем больше капиллярное давление и жидкость может выше подняться. В почвах менисковые (капиллярные) силы начинают проявляться при диаметре пор менее 8 мм, но особенно велика их сила в порах с диаметром 100 – 3 мкм. Система пор в почве очень сложна, и поры имеют различные диаметры, поэтому образуются мениски с различными радиусами кривизны, которые обеспечивают различное поверхностное давление. С этим давлением связывают способность почв удерживать определенное количество влаги и подъем воды в капиллярных порах.
В зависимости от характера увлажнения почвы различают капиллярно-подвешенную, капиллярно-посаженную и капиллярно-подпертую и воду.
Капиллярно-подвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почвы сверху (пори дожде, поливе). При этом под увлажненным слоем находится сухой слой почвы. Вода увлажненного слоя как бы «зависает» над сухим слоем почвы. В природных условиях в распределении капиллярно-подвешенной воды по профилю почв всегда наблюдается постепенное уменьшение влажности с глубиной. Подвешенная вода удерживается в почвах достаточно прочно, но до определенного предела, обусловленного разностью давлений, создаваемой в менисках верхней и нижней поверхностей водного слоя. Если этот предел разницы давлений превышен, начинается стекание воды. Капиллярно-подвешенная вода может передвигаться как в нисходящем направлении, так и вверх, в направлении испаряющейся поверхности. Это движение прекращается, когда капилляры из-за недостатка воды разрываются. Влажность, при которой это происходит, называется влажностью разрыва капилляров (ВРК). При активном восходящем движении воды в почвах близ поверхности происходит накопление веществ, содержащихся в растворенном виде в почвенном растворе. Засоление почв в поверхностных горизонтах обязано во многом данному явлению. Происходит это в том случае, если в почвах в пределах промачиваемого с поверхности имеется горизонт скопления легкорастворимых солей или если полив почв осуществляется минерализованными водами.
В суглинистых почвах количество капиллярно-подвешенной воды и глубина промачивания почвы за счет этой формы воды могут достигать значительных величин.
Одной из разновидностей капиллярно-подвешенной воды, встречающейся главным образом в песчаных почвах, является вода стыковая капиллярно-подвешенная (рис. 20). Возникновение ее в почвах легкого механического состава обязано тому, что в этих почвах преобладают поры, размер которых превышает размер капилляров. В данном случае вода присутствует в почвах в виде разобщенных скоплений в местах соприкосновения – стыка – твердых частиц в форме двояковогнутых линз («манжеты»), удерживаемых капиллярными силами (рис. 6).
Рисунок 6. Стыковая капиллярно-подвешенная вода.
Капиллярно-подпертая вода образуется при подъеме ее снизу вверх по капиллярам от грунтовых вод, или верховодки. Слой почвы или грунта, содержащий капиллярно-подпертую воду непосредственно над водоносным горизонтом называют капиллярной каймой. Капиллярно-подпертая вода встречается в почвенно-грунтовой толще любого гранулометрического состава. В почвах тяжелого механического состава она обычно от 2 до 6 м, в песчаных почвах от 0,4 до 0,6 м. Чем выше к поверхности почвенного профиля, тем меньше содержание капиллярно-подпертой воды в кайме. Мощность капиллярной каймы при равновесном состоянии воды в ней характеризует водоподъемную способность почвы.
Подперто-подвешенная капиллярная водаобразуется в слоистой почвенно-грунтовой толще, в мелкозернистом слое при подстилании его слоем более крупнозернистым, над границей смены этих слоев. В слоистой толще из-за изменения размеров капилляров на поверхности раздела тонко- и грубодисперсных горизонтов возникают дополнительные нижние мениски, что способствует удержанию некоторого количества капиллярной воды, которая как бы «посажена» на эти мениски.
Поэтому в слоистой толще распределение капиллярной воды имеет свои особенности. Так, на границе слоев различного гранулометрического состава наблюдается повышение влажности, в то время как в однородных почвах влажность равномерно убывает либо вниз по профилю (при капиллярно-подвешенной воде), либо вверх по профилю (при капиллярно-подпертой воде). Влажность слоистой почвенно-грунтовой толщи при прочих равных условиях всегда выше влажности толщи однородной.
Капиллярная вода по физическому состоянию жидкая. Она очень подвижна, способна обеспечить восполнение запасов воды в поверхностном горизонте почвы при интенсивном потреблении ее растениями или при испарении, свободно растворяет вещества и перемещает растворимые соли, коллоиды, тонкие суспензии.
Гравитационная вода – это свободная вода, которая не удерживается сорбционными силами и капиллярами и передвигается вниз под воздействием силы тяжести.
Для нее характерны жидкое состояние, высокая растворяющая способность и возможность переносить в растворенном состоянии соли, коллоидные растворы и тонкие суспензии. Гравитационную воду делят на просачивающуюся гравитационную и воду водоносных горизонтов(подпертая гравитационная вода).
Просачивающаяся гравитационная вода передвигается по порам и трещинам почвы сверху вниз. Появление ее связано с накоплением в почве воды, превышающей удерживающую силу менисков в капиллярах. Гравитационная вода не только вызывает вынос или горизонтальную миграцию химических элементов, но и может обусловливать недостаток кислорода в почве.
Вода водоносных горизонтов – это грунтовые, почвенно-грунтовые и почвенные воды (почвенная верховодка), насыщающие почвенно-грунтовую толщу до состояния, когда все поры и промежутки в почве заполнены водой (за исключением пор с защемленным воздухом). Эти воды могут быть либо застойными, либо стекающими в направлении уклона водоупорного горизонта. Удерживаются они в почве и грунте вследствие малой водопроницаемости подстилающих грунтов.
Присутствие значительных количеств свободной гравитационной воды в почве – явление неблагоприятное, свидетельствующее о временном или постоянном избыточном увлажнении, что способствует созданию в почвах анаэробной обстановки и развитию глеевого процесса.
Дифференцируя содержащуюся в почве воду на различные формы необходимо осознавать, что это разделение весьма условно, поскольку вода находится под влиянием нескольких сил одновременно (рис. 7). Доступность различных форм воды для растений представлена на рис. 8
Рисунок 6. Формы воды в почве. 1 – частица почвы; 2 – гравитационная вода; 3 – гигроскопическая вода; 4 – почвенный воздух; 5 – плёночная вода; 6 – зона открытой капиллярной воды; 7– 8зона капиллярной воды; 9 – уровень грунтовых вод; 10 – грунтовые воды.
Рисунок 8. Доступность для растений различных форм воды
Водные св-ва почвы
Эти свойства характеризуются влажностью, влагоемкостью, водопроницаемостью, капиллярностью, гигроскопичностью и испаряющей способностью почвы.
Влажность почвы — количество воды, которое содержится в почве. Влажность выражается в процентах от веса почвы, высушенной при 105—110°. Мелкозернистая почва с мелкими порами отличается наибольшей влажностью. Влажность почвы зависит от влагоемкости, гигроскопичности, атмосферных осадков, а влажность глубоких слоев почвы, кроме того, от почвенной воды.
Влагоемкость почвы — способность ее удерживать то или иное количество воды. Влагоемкость различных почв неодинакова. Она бывает выше в мелкозернистых (мелкопористых) почвах, а также в почвах, содержащих большое количество перегноя, коллоидальных частиц, нитратов, поваренной соли и извести; последние впитывают (набухают) или поглощают воду. Так, песчаная почва удерживает только 15—20% воды, суглинистая — 30—40%, глинистая — более 70%, а торфяная — 200—300% и больше. Большая влагоемкость почвы уменьшает воздухе водопроницаемость, вызывает отсырение возведенных на ней помещений, повышает теплопроводность почвы и препятствует разложению органических веществ.
Водопроницаемость — фильтрационная способность почвы, то есть способность ее пропускать воду сверху вниз. Более водопроницаемы почвы с крупными почвенными частицами и большими порами. Мелкозернистые (глина, торф) плохо пропускают воду. Водопроницаемость почвы имеет большое санитарно-гигиеническое значение, так какова определяет водно-воздушный режим ее и характер происходящих в ней биологических процессов, что характеризует интенсивность разложения органических веществ и возможность использования почвы для обезвреживания органических отбросов и сточных вод.
Вода под влиянием капиллярных сил поднимается в порах почвы (от более влажной части почвы к более сухой). Это явление называется капиллярностью, или водоподъемной способностью почвы. Высота капиллярного подъема почвы зависит от механического состава: чем меньше почвенные частицы, тем выше капиллярный подъем. Например, в песчаных почвах величина подъема выражается несколькими дециметрами, а в суглинистых и глинистых может достигать 5—6 м. Благодаря капиллярности, особенно при отсутствии атмосферных осадков, верхние слои почвы обеспечиваются водой и питательными веществами. Высокая капиллярность почвы может служить причиной сырости помещений для животных, если не принять соответствующих мер.
Гигроскопичность почвы — свойство ее поглощать из воздуха водяные пары. Способность почвы сгущать в своих порах водяные пары воздуха зависит от величины поверхности соприкосновения или от общей поверхности почвенных частиц и от степени влажности воздуха. Поэтому гигроскопичность мелкозернистых почв выше, чем крупнозернистая. Большой гигроскопичностью отличаются почвы, содержащие гумус, торф, органические отбросы н некоторые соли. Гигроскопическая почва легко отсыревает в поверхностных слоях. Минимальной гигроскопичностью обладают крупнозернистые не загрязненные органическими отбросами почвы.
Испаряющая способность почвы — явление, противоположное гигроскопичности. Испарение воды с поверхности больше в почвах бесструктурных, уплотненных, темных, с малым количеством растворимых солей, па южных склонах. Сильная инсоляция, сухой воздух, ветры могут приводить к высушиванию верхних слоев почвы и ослаблению микробиологических процессов.
Хим. Сост.
Почва состоит из твердой минеральной и органической частей, почвенного раствора и почвенного воздуха. В большинстве почв на долю минеральных частей приходится от 90 до 99%, а органические вещества содержатся в количестве от 1 до 10%, и только торфяники состоят почти целиком из органических веществ. Минеральная часть почвы состоит из остатков почвообразующей горной, или материнской, породы (песка, извести, глины, ила). В эту часть почвы входят частицы как первичных минералов — кварца, слюды, полевого шпата, так и вторичных — каолинита, гидрослюды, лимонита и др. Например, песчаная и супесчаная почвы состоят исключительно из первичных минералов, а суглинистые и глинистые содержат значительное количество и вторичных минералов.
В некоторых почвах много углекислого кальция и магния (известковый шпат, магнезит), сернокислого кальция (гипс), фосфорнокислого кальция (апатит) и легкорастворимых солей — сульфатов и хлоридов кальция, магния и натрия.
В почвах карбонатных больше, чем в других почвах, содержится окиси кальция, а в засоленных (солончаки) — MgO, CaO, КСl, NaCl. В минимальных количествах в почве имеются также различные микроэлементы: кобальт, медь, марганец, бор, йод, фтор, бром, никель, стронций, селен, молибден, цинк, литий, барий и многие другие. Источником образования неорганических соединений служат не только остатки материнской почвообразующей породы, но и разложение растительных и животных органических остатков под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов. В результате разложения органических остатков образуются углекислые, азотнокислые, сернокислые и фосфорнокислые соли кальция, магния, калия и натрия.
Органическая часть почвы состоит из гумуса или перегноя, который образуется в результате разложения органических остатков и одновременно происходящих процессов синтеза под влиянием микроорганизмов. К органическим веществам почвы относятся также органические остатки и продукты начального их разложения. Все органические вещества почвы, включая гумус, расположены преимущественно в верхних слоях ее. Толщина гумусового слоя, или горизонта, в разных почвах составляет от нескольких сантиметров до 1,5 м, а содержание гумуса — от десятых долей процента до 15—18%.
От химического состава почвы зависят ее плодородие, ботанический состав лугов и пастбищ и химический состав кормов. Недостаток или, значительно реже, избыток в почве тех или других минеральных элементов (макро — и микроэлементов) через корма может оказывать значительное влияние на состояние здоровья и продуктивность животных.
Состав почвы. Минеральные, или неорганические, вещества почвы
Минеральные (неорганические) вещества почвы на 60-80% представлены кристаллическим кремнеземом или кварцем. Значительное место в минералогическом составе почвы занимают алюмосиликаты (полевые шпаты и слюда). К алюмосиликатам относятся и вторичные глинистые минералы, в частности монтмориллонитовая группа (монтмориллонит, нонтронит, бейделит, соконит, гекторит, стивенсит). Гигиеническое значение монтмориллонитов обусловлено тем, что они определяют поглотительную способность и емкость поглощения катионов (например, тяжелых металлов) почвой.
Кроме кремнезема и алюмосиликатов, в минеральный состав почвы входят практически все элементы периодической системы Д.И. Менделеева. К химическим элементам, которые содержатся в почве и имеют наибольшее гигиеническое значение, относятся кислород, кремний, железо, кальций, натрий, калий, углерод, хлор.Из химических элементов, входящих в небольших количествах в состав минеральных веществ почвы, наибольший интерес с гигиенической точки зрения представляют биомикроэлементы: фтор, йод, медь, цинк, марганец, кобальт, молибден и др. Их повышенное или пониженное содержание в почве определяет концентрацию этих элементов в контактирующих с почвой средах (воде, растениях, атмосферном воздухе), что влияет на формирование естественных биогеохимических провинций, играющих ведущую роль ввозникновении эндемических заболеваний. В таких провинциях в организм человека с местными продуктами питания, питьевой водой и воздухом поступает избыточное или недостаточное количество того или другого биомикроэлемента, т. е. не отвечающее физиологической потребности. При условии постоянного или длительного проживания в геохимических провинциях у людей возникают естественные гипер- или гипомикроэлементозы, которые получили название эндемических заболеваний: эндемический флюороз, эндемический зоб, молибденовая подагра, уровская болезнь, болезнь Кешана и др.
Содержание химических элементов в почве можно оценивать в кларках. Под кларком понимают среднее содержание химического элемента в эталонной (незагрязненной) почве (литосфере). Так, один кларк кальция равен 3,25% по массе, или 32,5 г/кг почвы. Содержание элемента в почве на уровне 3-4 кларков и более свидетельствует о ее загрязнении.Отклонение от этого состава считается той или иной степенью загрязнения.
Гигиеническая оценка степени загрязнения почвы неорганическими веществами, особенно экзогенными, чужеродными для почвы, основана на сравнении фактического содержания данного элемента в почве сего ПДК. Таким образом, степень загрязнения почвы можно оценить, сравнив фактическое содержание вещества в почве: во-первых, – с количеством этого вещества в данном типе почвы, а во-вторых, – 42 сего ПДК в почве.
Органическое вещество почвы — это сложная система всех органических веществ, присутствующих в профиле в свободном состоянии или в форме органоминеральных соединений, исключая те, которые входят в состав живых организмов.
Главным источником органического вещества почвы являются остатки растений и животных на разных стадиях разложения. Наибольший объем биомассы поступает за счет опавших растительных остатков, значительно меньше вклад беспозвоночных и позвоночных животных и микроорганизмов, однако они играют важную роль в обогащении органического вещества азотсодержащими компонентами.
Органическое вещество почвы по своему происхождению, характеру и функциям делится на две группы: органические остатки и гумус. В качестве синонима термина «гумус» иногда используют термин «перегной».
Органические остатки представлены главным образом наземным и корневым опадом высших растений, который не утратил своего анатомического строения. Химический состав растительных остатков различных ценозов варьирует в широких пределах. Общим для них является преобладание углеводов (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества), лигнина, белков и липидов. Весь этот сложный комплекс веществ после отмирания живых организмов поступает в почву и трансформируется в минеральные и гуминовые вещества, а частично выносится из почвы с грунтовыми водами, возможно, до нефтеносных горизонтов.
Разложение органических остатков почвы включает механическое и физическое разрушение, биологическую и биохимическую трансформацию и химические процессы. В разложении органических остатков большая роль принадлежит ферментам, почвенным беспозвоночным животным, бактериям и грибам. Ферменты — это структурированные белки, имеющие множество функциональных групп. Основным источником ферментов являются; растения. Выполняя в почве роль катализаторов, ферменты в миллионы раз ускоряют процессы распада и синтеза органических веществ.
Гумус представляет собой совокуп
§
Подзолистые почвы формируются преимущественно под пологом таёжных моховых или мертвопокровных хвойных лесов. Образование их профиля связано с развитиемпроцессовоподзоливания (подзолистого процесса), эллювиально-глеевого процесса и лессиважа. Подзолистые и глеевоподзолистые почвы занимают около 132 млн. га.
Генезис подзолистых почв. Название подзолистых почв происходит от народного русского слова «подзол». Этот термин ввел в научную литературу В.В. Докучаев. О происхождении подзолистых почв высказаны и разработаны различные гипотезы и теории.
1. В. В. Докучаев, П. А. Костычев и Н. М. Сибирцев считали, что эти почвы сформировались при участии лесной растительности под влиянием перегнойных кислот.
2. В основу теории К.К. Гедройца положено представление об изменении подвижности коллоидов и минералов почвы под влиянием Н2О, диссоциирующей на ионы Н и ОН–. Причём агрессивные действия воды в почве усиливаются под влиянием углекислоты, образующейся при разложении органических остатков. Основное участие в подзолообразовании, по К. К. Гедройцу, принимает ион Н , который вытесняет из почвы другие обменные ионы. Не насыщенная основаниями часть поглощающего комплекса усиленно разрушается водой на окиси кремния, Al и Fe.
Возникшие при разрушении ППК гидрозоли перемещаются нисходящим током воды в нижние горизонты почвы. Встречаясь на некоторой глубине с электролитами, гидрозоли коагулируют и выпадают в виде гидрогелей, образуя иллювиальный горизонт.
3. По В.Р. Вильямсу, подзолистый процесс протекает под влиянием деревянистой растительной формации и связан с определённой группой специфических органических кислот (фульвокислот), вызывающих разложение почвенных минералов. Передвижение продуктов разрушения почвенных минералов осуществляется преимущественно в форме устойчивых органо-минеральных соединений.
Большое влияние на развитие современных представлений о подзолообразовательном процессе оказали работы И. В. Тюрина, Н. П. Ремезова, А. А. Роде, И. С. Кауричева и др.
Современное представление о сущности подзолообразовательного процесса состоит в следующем:
1. Подзолистый процесс, в наиболее чистом виде, протекает под пологом хвойного таёжного леса с бедной травянистой растительностью или без неё.
2. На поверхности почвы под такой растительностью образуется лесная подстилка, которая содержит мало Ca, N и много трудноразлагаемых соединений (воск, смола и т.д.). Крупнейший русский лесовод Г. Ф. Морозов писал, что лесная подстилка «играет доминирующую роль в вопросе о влиянии леса на почву; весь химизм лесных почв, насколько он обусловлен лесом, весь подзолообразовательный процесс коренится, главным образом, в свойствах этой подстилки и условиях её перегнивания…».
3. При разложении лесной подстилки образуются различные водорастворимые органические соединения, кислоты (фульвокислоты) и низкомолекулярные органические кислоты (уксусная, лимонная и др.). К кислым продуктам лесной подстилки добавляются органические кислоты, образующиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов непосредственно в самой почве, а также выделяемые корнями растений. Однако, несмотря на бесспорную прижизненную роль растений и микроорганизмов в разрушении минералов, наибольшая роль в оподзоливании принадлежит кислым продуктам, образующимся в процессе превращения органических остатков лесной подстилки.
4. В результате промывного водного режима и действия кислых соединений из верхних горизонтов лесной почвы удаляются все легкорастворимые вещества. При дальнейшем воздействии кислот разрушаются и более устойчивые соединения первичных и вторичных минералов. Прежде всего, разрушаются илистые минеральные частицы, поэтому при подзолообразовании верхний горизонт постепенно обедняется илом.
5. Продукты разрушения минералов переходят в раствор и в форме минеральных и органо-минеральных соединений перемещаются из верхних горизонтов в нижние.
6. В результате подзолистого процесса под лесной подстилкой обособляется подзолистый горизонт, обладающий следующими основными показателями и свойствами: вследствие выноса Fe и Mn и накопления остаточного кремнезёма цвет горизонта светло-серый или белёсый, напоминающий цвет печной золы; горизонт обеднен элементами питания, полуторными окислами и илистыми частицами; имеет кислую реакцию и сильную ненасыщенность основаниями, бесструктурен или пластинчато-листоватой структуры.
7. Часть веществ, вынесенных из лесной подстилки и подзолистого горизонта, закрепляется ниже подзолистого горизонта, образуя вмывной или иллювиальный горизонт, обогащённый илистыми частицами, полуторными окислами Fe и Al и другими соединениями. Другая часть вымываемых веществ с нисходящим током воды достигает почвенно-грунтовых вод.
Таким образом, подзолистый процесс сопровождается разрушением минеральной части почвы и выносом некоторых продуктов разрушения за пределы почвенного профиля. Часть продуктов закрепляется в иллювиальном горизонте, образуя новые минералы. Однако элювиальному процессу, развивающемуся при оподзоливании, противостоит другой противоположный по своей сущности процесс, связанный с биологической аккумуляцией веществ. Интенсивность подзолистого процесса зависит от сочетания факторов почвообразования. Одно из условий его проявления – нисходящий ток воды. Чем меньше промачивается почва, тем слабее протекает этот процесс.
Временное избыточное увлажнение почвы под лесом усиливает подзолистый процесс. Изменения режима увлажнения почвы, происходящие под влиянием рельефа, также будут усиливать или ослаблять развитие подзолистого процесса.
Течение подзолистого процесса в большой степени зависит от материнской породы, в частности от её химсостава. На карбонатных породах этот процесс значительно ослабевает, что обусловлено нейтрализацией кислых продуктов свободным углекислым кальцием (СаСО3) породы и кальцием опада. На выраженность подзолистого процесса большое влияние оказывает также состав древесных пород. В одних и тех же условиях оподзоливание под широколиственными лесами происходит слабее, чем под хвойными.Оподзоливание под пологом леса усиливают кукушкин лён и сфагновые мхи.
Хотя развитие подзолистого процесса и связано с лесной растительностью, однако даже в таёжно-лесной зоне не всегда формируются подзолистые почвы. Так, на карбонатных породах подзолистый процесс проявляется только в том случае, когда свободные карбонаты выщелочены из верхних горизонтов почвы на некоторую глубину.
Классификация, состав и свойства подзолистых почв.Подзолистые почвы с поверхности имеют подстилку (А0) мощностью от 2-5 до 10см, затем слаборазвитый гумусовый горизонт, представленный слоем грубого гумуса в 1-3см (А0А1). Под гумусовым горизонтом залегает подзолистый (А2), затем иллювиальный (В), который подстилается породой (С). Между подзолистым и иллювиальным горизонтами выделяется переходный горизонт (А2В), а между иллювиальным и породой – (ВС). Мощность профиля почвы достигает 100-120см. РН-кислая (рисунок 1).
На виды подзолистые почвы делят:
1. По степени подзолистости: слабоподзолистые – горизонт А2 выражен пятнами; среднеподзолистые – горизонт А2 сплошной, плитчатой структуры; сильноподзолистые – гор. А2 сплошной, рассыпчато-листоватой или чешуйчатой структуры; подзолы – гор. А2 сплошной, мучнистый, белесый.
2. По глубине оподзоливания (от нижней границы А0): поверхностно- подзолистые – до 5 см; мелкоподзолистые – до 20 см; неглубокоподзолистые – до 30 см; глубокоподзолистые – > 30 см.
Состав и свойства подзолистых почв. Профиль подзолистых, супесчаных и суглинистых почв отчётливо дифференцирован по содержанию ила; подзолистый горизонт обеднен, а иллювиальный по сравнению с ним заметно обогащён илистой фракцией (рисунок 1).
Рисунок 1 – Показатели состава и свойств мелкоподзолистой
средне-суглинистой почвы по профилю
Для минералогического состава рассматриваемых почв типично резкое преобладание первичных минералов (кварц, полевые шпаты, слюды), из вторичных минералов присутствуют гидрослюды, минералы монтмориллонитовой группы.
Подзолистый горизонт обеднен Fe, Al и обогащён кремнеземом (по сравнению с материнской породой). Отмеченная закономерность в распределении окисей Fe, Al и кремнезёма, а также ила по профилю является важным показателем развития подзолистого процесса и наиболее существенным признаком подзолистых почв.
Гумуса в почвах мало – 1,0-2-4% (в слое 2-3см), они бедны азотом и фосфором. Для подзолистых и особенно глее-подзолистых почв типично повышенное содержание подвижногоFe, Al и Mn, часто в количествах токсичных для сельскохозяйственных растений. Ёмкость обмена – невысокая и составляет от 2-4 до 12-17 м.-экв на 100 г почвы, низкая насыщенность основаниями (<50%), РН-кислая и малая буферность, повышенная обменная кислотность, обусловленная Н и Al , бесструктурные почвы, пахотный горизонт имеет большую склонность к заплыванию и образованию корки. Эти неблагоприятные свойства могут быть устранены интенсивным окультуриванием (внесением органических удобрений, посевом многолетних трав, известкованием и др.).
Дерновые почвы. Дерновые почвы таёжно-лесной зоны образуются под чистыми ассоциациями луговой травянистой растительности на любых породах, а под травянистыми или мохово-травянистыми лесами – на карбонатных или богатых первичными минералами породах (Прибалтика, Ленинградская, Архангельская, Калининская, Московская и др. области).
Почвообразовательный процесс, протекающий под воздействием травянистой растительности, приводящий к формированию почв с хорошо развитым гумусовым горизонтом, называется дерновым процессом. Наиболее существенной его особенностью является накопление гумуса, питательных веществ и создание водопрочной структуры в верхнем горизонте почвы. С развитием дернового процесса связано образование, помимо дерновых почв таёжно-лесной зоны, широкого ряда почв и в других зонах: черноземов, каштановых, дерновых аллювиальных и др.
Выделяют три типа дерновых почв: дерново-карбонатные, дерновые литогенные и дерново – глеевые.
Дерновые почвы имеют следующие общие признаки и свойства: хорошо выраженный гумусовый горизонт комковато-зернистой структуры, отсутствие или слабую выраженность оподзоленности, высокое содержание гумуса (3-15% и более), высокую ёмкость поглощения, слабокислую, нейтральную или слабощелочную реакцию, повышенный валовой запас азота и зольных элементов питания растений.
Дерновые почвы подразделяются на виды: По содержанию гумуса –перегнойные – >12%, многогумусные – 5-12%, среднегумусные – 3-5%, малогумусные – < 3%. По мощности гумусового горизонта: маломощные – <15см и среднемощные – > 15см.
Дерново-подзолистые почвы. (подтип в типе подзолистыхпочв). Дерново-подзолистые почвы преобладают в южнотаежнойподзоне, отдельные их массивы заходят в северную часть лесостепи.Целинные дерново-подзолистые почвы сверху имеют лесную подстилку А0 обычно мощностью около 5 см или дернину Ад. Под ними находится гумусово-элювиальный (дерновый) горизонт А1 различной мощности, иногда более 20 см, светло-серого цвета, с белесым оттенком (в сухом состоянии) или более темный; ниже залегает белесый подзолистый горизонт А2 с типичной пластинчатой или листоватой структурой, который сменяется переходным горизонтом А2В а далее иллювиальными (В1 и В2 наиболее тяжелыми по гранулометрическому составу, буровато-коричневыми, ореховатой структуры. Иллювиальный горизонт В2 постепенно (через горизонт ВС) переходит в материнскую породу С. В результате распашки целинных почв образующийся пахотный слой состоит из гумусового слоя и частично припаханного подзолистого, а ниже генетические горизонты те же, что и в целинных почвах.
Мощность дерново-подзолистых почв 130—200 см. Легкие по гранулометрическому составу почвы имеют более растянутый общий профиль по сравнению с суглинистыми разновидностями вследствие лучшей их водопроницаемости и охвата почвообразованием более мощной толщи материнской породы.
Профиль дерново-подзолистых почв формировался под воздействием прежде всего подзолистого и дернового процессов. Определенное участие принимали процессы лессиважа, а в поверхностно-оглеенных – элювиально-глеевый процесс.
По мощности подзолистого горизонта выделяют следующие виды дерново-подзолистых суглинистых почв (почвы без признаков плоскостной водной эрозии): дерново-слабоподзолистые — горизонт А2 отсутствует, оподзоленностьподгумусового слоя А2В1 выражена в виде белесых пятен, обильной кремнеземистой присыпки и т. д.;
дерново-среднеподзолистые (или дерново-мелкоподзолистые) — горизонт А2 сплошной мощностью до 10 см;
– дерново-сильноподзолистые (или дерново-неглубокоподзолистые) — мощность сплошного подзолистого горизонта от 10 до 20см;
дерново-глубокоподзолистые — сплошной горизонт А2 мощностью более 20 см.
Виды почв по мощности гумусового горизонта (Апах А1 мелко пахотные (до 20 см), среднепахотные (20—30 см) и глубокопахотные (более 30 см).
Состав и свойства дерново-подзолистых почв зависят от развития подзолистого и дернового процессов, гранулометрического состава, степени смытости и окультуренности.
В профиле суглинистых почв наиболее тяжелым по гранулометрическому составу является иллювиальный горизонт, самым легким — подзолистый; гумусовый горизонт по этому признаку занимает промежуточное положение. По гранулометрическому составу генетические горизонты выделяются отчетливо. В результате применения в земледелии приемов глинования песчаных почв, пескования глинистых, внесения органических удобрений гранулометрический состав пахотных горизонтов может изменяться.Минералогический состав дерново-подзолистых почв зависит от состава материнских пород. Глинные минералы представлены в основном монтмориллонитом, гидрослюдами и их смешанно-слоистыми образованиями. Каолинита содержится мало.
Физические и водно-физические свойства. Структурное состояние дерново-подзолистых почв неблагоприятное. В пахотном слое содержится всего 20—З0 % водопрочных агрегатов крупнее 0,25 см; в связи с этим поверхность пахотного слоя во время дождей заплывает, а при высыхании образуется корка, нарушающая водно-воздушный режим почв и отрицательно влияющая на всходы культурных растений.
Химический состав. Валовой состав дерново-подзолистых почв отражает характерные для них изменения по профилю в содержании основных элементов, но обеднение подзолистого горизонта валовыми калием и натрием наблюдают не всегда. Валовое количество фосфора и серы невысокое. В верхних горизонтах дерново-подзолистых суглинистых почв Среднего Предуралья по сравнению с аналогичными почвами центральных областей России (Московская обл.) больше кальция и калия, а в иллювиальных горизонтах — железа; магния в 2—З раза больше по всему профилю.
Основное количество гумуса сосредоточено в дерновом слое; ниже, в подзолистом горизонте, его содержание резко уменьшается. Качественный состав гумуса фульватный и гуматно-фульватньий. Дерново-подзолистые почвы бедны валовыми запасами и подвижными формами азота. В горизонте А1 или Апах количество подвижного фосфора и обменного калия низкое, в подзолистом слое оно уменьшается и резко возрастает в иллювиальном. Дерново-подзолистые почвы кислые; кислотность почв западных районов южно таежной подзоны европейской территории обусловливают катионы Н и Al3 а восточных — в основном Н , в профиле наиболее кислыми являются иллювиальные горизонты.
Сумма обменных оснований дернового слоя суглинистых почв снижается от слабоподзолистых видов к сильноподзолистым (от 20—25 до 10 мг/экв и ниже). В подзолистом горизонте сумма обменных оснований наименьшая, а в иллювиальном — более высокая, чем в дерновом слое. Степень насыщенности основаниями дерново-подзолистых почв в целом выше, чем у подтипов подзолистых почв; однако встречается немало дерново-сильноподзолистых слабогумусных почв, у которых степень насыщенности основаниями ниже 50 %.
В результате развития плоскостной водной эрозии значительно изменяются состав и все свойства пахотного горизонта в связи с припахиванием нижележащих горизонтов с характерными для них свойствами. При любой степени смытости пахотный слой представляет собой смесь горизонтов с преобладанием массы основного распахиваемого горизонта, который, как правило, и определяет свойства обрабатываемого слоя.
Состав и свойства дерново-подзолистых почв значительно изменяются при проведении окультуривающих приемов: почвы утрачивают неблагоприятные в агрономическом отношении свойства и приобретают новые ценные качества. При этом наиболее существенно изменяется пахотный горизонт.
Серые лесные почвы
Серые лесные почвы формируются под широколиственными лесами в сухом умеренно континентальном климате. Отсутствие обильных осадков, увеличение количества солнечных дней, редколесье приводят, с одной стороны, к уменьшению процессов оподзоливания почвы, а с другой — ускоряет и усиливает процесс образования дерна.
Клен, дуб, липа и другие породы деревьев, составляющих основу широколиственных лесов, активно потребляют кальций, магний и кремнезем. При этом более сухой климат и как следствие — высохшие верхние слои почвы способствуют активному развитию аэробных бактерий, которые участвуют в процессе минерализации почвы. Образующиеся в ходе гниения травы и лиственного опада гуминовые кислоты, взаимодействуя с кальцием и магнием, дают нерастворимые в воде соединения, которые из-за отсутствия обильных осадков не вымываются из верхнего слоя почвы, а накапливаются в нем, образуя гумус.
При этом большое количество получающихся в процессе химических реакций щелочных оснований приводит к уменьшению кислотности почвы и ослабляет процесс оподзоливания. Мощный слой перегноя, в свою очередь, способствует формированию особой зернистой структуры почвы, которая остается устойчивой даже во время проливных дождей. Серый же цвет придает почве накопление кремнезема в ее верхних слоях, которое происходит в ходе вымывания и накопления соединений железа в нижних слоях.
Структура серых лесных почв в основном характерна 5 слоями. Верхний 3-сантиметровый слой представляет собой лесную подстилку из опада и неперегнивших остатков травы. Далее идет 12-сантиметровый серый зернистый слой перегноя рыхлой структуры. За ним следует почти такой же толщины слой светло-серого или орехового цвета, содержащий включения гумуса и кремнезема, после которого идет еще более бурый, нередко с глянцевыми вкраплениями слой, аккумулирующий органоминеральные соединения железа, под которым находится желто-бурый слой материнской породы.
В зависимости от характера протекания процессов оподзоливания в серых лесных почвах выделяют 3 основных типа серых лесных почв: светлосерые, в которых процесс оподзоливания проявляется в большей степени; серые, в которых подзолистого слоя практически не наблюдается; и темно-серые почвы, в которых гумус содержится не только в верхнем слое, но и в более глубоких горизонтах. Благодаря большому содержанию перегноя серые почвы окрашиваются в более темный цвет.
Для темно-серых почв также характерно наличие большего количества перегноя; благодаря процессам разложения травы и листового опада гуминовые кислоты превосходят фульвокислоты, в верхних слоях почвы происходит накопление кальция, почвы значительно больше насыщены основаниями. В зависимости от содержания в почвах гумуса можно говорить о маломощных, среднемощных и мощных серых лесных почвах.
В сельскохозяйственном отношении серые лесные почвы представляют собой наиболее важный ресурс для развития всех отраслей растениеводства. Большая часть серых и темно-серых почв лесостепной зоны засеяна пшеницей или занята картофелем, подсолнечником и сахарной свеклой. Не менее хорошо на этих почвах растут кукуруза, лен, огурцы и другие овощные культуры.
Светло-серые почвы как наиболее бедные с точки зрения содержания азота, калия и фосфора нуждаются в дополнительной подкормке соответствующими типами удобрений, а повышенную кислотность устраняют известкованием. Наиболее ценные темно-серые лесные почвы требуют проведения мероприятий по предупреждению выветривания и образования оврагов; в этом случае лучшим средством остается высадка защитных лесополос, которые дополнительно помогают решить проблему удержания зимой снега на полях. Кроме того, проводят мероприятия по удержанию дождевой влаги, для чего создают водозадерживающие валы, а на склонах распахивают земли только поперек них.
Каштановые почвы
Почвообразование каштановых почв
Каштановые почвы развиваются в области суббореального субаридного (семиаридного) климата, для которого характерны теплое засушливое лето и холодная зима с незначительным снежным покровом. Температура июля 20—25°С, января от -5 до -25°С. Среднегодовая температура 2—10°С. Сумма активных температур (> 10°С) — 2200—3500°С. Ежегодное количество осадков 200— 400 мм, максимум осадков приходится на лето, они часто выпадают в виде ливней. Испаряемость превышает количество осадков, коэффициент увлажнения составляет 0,25—0,45. Часты суховеи. Климатические показатели обусловливают непромывной тип водного режима, благодаря чему перемещение веществ происходит лишь в пределах почвенного профиля. Рельеф зоны каштановых почв преимущественно равнинный или слабоволнистый, связанный с древними водноаккумулятивными низменностями. Широко распространены степные западины, в которых формируются засоленные почвы, солонцы, солоди, лугово-каштановые почвы, создавая большую комплексность почвенного покрова. Почвообразующими породами являются лёссовидные карбонатные суглинки, засоленные морские породы, элювий-делювий различных коренных пород — засоленных и незаселенных, карбонатных и бескарбонатных. Каштановые почвы формируются в зоне сухих степей, под пологом низкорослого изреженного комплексного травянистого покрова. Степень покрытия 50—70%; она уменьшается по мере того, как климат зоны становится более сухим. В пределах Прикаспия и Казахстана выделяют три подзоны сухих степей: с севера на юг сменяют друг друга типчаково-ковыльные, полынно-типчаковые, типчаково-полынные степи. На засоленных и солонцеватых каштановых почвах формируются своеобразные ассоциации из полыни, прутняка, ромашника. Поверхность почвы покрыта корочками лишайников и синезеленых и диатомовых водорослей. В сухих степях биомасса растительных сообществ составляет в среднем около 200 ц/га, при этом более 90% приходится на корни. Ежегодный прирост зеленой массы около 30 ц/га, прирост корней 110 ц/га. Ежегодно в биологический круговорот вовлекается около 600 кг/га зольных элементов и около 150 кг/га азота; возврат приблизительно равен потреблению. Среди элементов, участвующих в круговороте, преобладают N, Si, К. По численности микроорганизмов каштановые почвы мало отличаются от черноземов, но суммарная за год биологическая активность здесь слабее вследствие более длительного засушливого периода.
Общая характеристика
Каштановые почвы — это почвы с профилем типа А-Вса-С, формирующиеся в условиях сухих степей суббореального пояса. Гумусовый горизонт А этих почв имеет каштановую окраску, в первом метре почвенного профиля наблюдаются обильные выделения карбонатов, а во втором—(во многих случаях) гипса. Каштановые почвы на северной границе распространения по строению и свойствам близки к южным черноземам (темно-каштановые почвы), а на южной границе — к бурым полупустынным почвам (светло-каштановые почвы). Отделение их от почв соседних типов производится по совокупности биоклиматических показателей. Термин “каштановые почвы” введен В. В. Докучаевым в 1883 г. Как особый тип каштановые почвы выделены им в классификации 1900 г. вместе с бурыми полупустынными. В исследование географии, генезиса, свойств, способов рационального использования этих почв большой вклад внесли С. С. Неуструев, А. А. Роде, Е. Н. Иванова и др. Каштановые почвы занимают на земном шаре 262,2 млн. га, располагаясь почти исключительно в северном полушарии. В Евразии они образуют полосу южнее черноземной зоны, в Северной Америке — западнее черноземной зоны на более высоких абсолютных отметках. В СССР площадь каштановых почв составляет 107 млн. га (4,8%).
Начиная с В. В. Докучаева и Н. М. Сибирцева, происхождение каштановых почв связывалось с засушливостью климата и ксерофильным характером растительности, активной минерализацией растительных остатков и гумуса, ослаблением гумусонакопления по сравнению с черноземами. Аридность обусловливает также слабуювыщелоченность профиля от карбонатов, гипса и легкорастворимых солей. В. А. Ковдой была высказана точка зрения о палеогидро-морфном прошлом каштановых почв, формирующихся на пониженных равнинах сухой степи. Эта точка зрения была подтверждена для ряда регионов, в частности для каштановых почв Прикаспийской низменности (И. В. Иванов и др., 1980). Так, установлено, что на протяжении последних 9 тыс. лет светло-каштановые почвы бессточной равнины Северного Прикаспия прошли в своем развитии этапы и стадии луговости, засоления, рассоления, осолонцевания, остепнения. В формировании каштановых почв участвуют те же процессы, что и в формировании черноземов. Главнейшие из них — дерновый, а также процесс миграции и аккумуляции карбонатов. В каштановой почве дерновый процесс развит слабее, чем в черноземах. Для зоны каштановых почв характерно развитие комплексности почвенного покрова. Каштановые почвы образуют комплексы с солонцами и лугово-каштановыми почвами. Причиной высокой комплексности почвенного покрова являются микрорельеф, который обусловливает различия в водно-солевом режиме почв, а также пестрота в свойствах почвообразующих пород, деятельность землероев, пятнистость растительности на фоне сухого климата и бессточности территории. Примером исключительно высокой комплексности почвенного покрова в зоне каштановых почв может служить территория Прикаспийской низменности.
Замкнутый солонцовый комплекс близ села Джаныбек:
1 — солонцы лугово-степные солончаковые;
2 — солонцы лугово-степные остепняющиеся;
3 — светло-каштановые луговатые солонцеватые почвы;
4 — лугово-каштановые почвы;
5 — перерытые солонцы-солончаки бутанов сусликов
Классификация каштановых почв
Каштановые почвы в соответствии с традиционной советской классификацией делятся на 3 подтипа: темно-каштановые, каштановые и светло-каштановые. Основным критерием для их разделения является степень гумусированности. Каждый подтип делится на несколько фациальных подтипов в соответствии с различиями в свойствах, обусловленных термическим режимом. Почвы различных фациальных подтипов различаются по мощности гумусовых горизонтов и глубине аккумуляции карбонатов кальция и гипса. Светло-каштановые почвы в отличие от темно-каштановых и каштановых обладают осветленным бесструктурно-слоеватым гумусовым горизонтом А. В типе каштановых почв выделяются роды: обычные, глубоко-вскипающие, карбонатные, карбонатные перерытые, солончаковатые, солонцеватые, глубокосолонцеватые, остаточно-солонцеватые, неполноразвитые. Разделение на виды осуществляется с учетом мощности гумусовых горизонтов (А АВ), см:мощные ( > 5 0 ), среднемощные (30—50), маломощные (20—30), очень маломощные (<20). Среди каштановых почв много солонцеватых, т. е. содержащих обменныйNa в количестве от 3 до 15% от емкости поглощения, обладающих уплотненным горизонтом АВ с комковато-призмовидной или глыбистой структурой, с лакировкой граней структурных отдельностей. По содержанию обменного Na (в % от ЕКО) солонцеватые почвы делятся на 3 вида: слабосолонцеватые 3—5, среднесолонцеватые 5—10, сильносолонцеватые 10—15. Солонцеватые каштановые почвы имеют профиль, несколько дифференцированный по содержанию ила, SiО2, R2Оз. Горизонт АВ обогащен этими компонентами, а глубже расположенные горизонты содержат повышенное количество гипса и легкорастворимых солей. Классификация каштановых почв остается дискуссионной. М. А. Глазовская предлагает отделить светло-каштановые почвы от типа каштановых, полагая, что по своим свойствам они ближе к бурым полупустынным. Е. В. Лобова подразделяет каштановые почвы мира на 3 фации: субконтинентального климата (Крым, Предкавказье, Америка, Прикаспий), континентального климата (Заволжье, Казахстан) и резко континентального климата (котловины восточной Сибири, Центральная Азия). В. И. Волковинцер полагает, что почвы одной из этих фаций — резко континентального климата — настолько сильно отличаются от остальных каштановых почв, что целесообразно их выделение в качестве особого типа степных криоаридных почв. В соответствии с международной классификацией ФАО/ЮНЕСКО светло-каштановые почвы отделены от каштановых и темно-каштановых на самом высоком таксономическом уровне. Каштановые и темно-каштановые почвы объединены в группу каштаноземов, подразделяющуюся на подгруппы нормальных, известковых, лювиковых почв. По классификации США каштановые и темно-каштановые почвы отнесены к подпорядкуустоллей порядка моллисолей с большими группами гаплустоллей, кальци-устоллей и аргиустоллеи. Светло-каштановые почвы относятся к порядку аридисолей.
Таблица. Разделение каштановых почв на подтипы по степени гумусированности
Подтипы Содержание гумуса в горизонте 0-15 см (дерновом или пахотном)*, %
Глинистые, тяжело- и среднесу глинистые Легкосуглинистые и пылевато-супесчаные
Темно-каштановые
Каштановые
Светло-каштановые
3,2-4,0 (5)
2,2-3,2 (4)
1,5-2,2 (2,5)
2,5-3,0 (4)
1,5-2,5 (3)
1,0-1,5 (2)
Строение почвенного профиля
Профильная характеристика каштановой почвы
Профиль каштановой суглинистой почвы имеет следующее строение: А — гумусовый горизонт, каштановый с буровато-серым или коричневато-серым оттенком, пороховато-мелкозернистой структуры, нередко с поверхности слоеватый; мощность 15—30 см;
АВ1 — слабее прокрашенный гумусом горизонт, серовато-бурый, комковатый или призмовидно-комковатый, обычно вскипает от НС1; мощность около 10 см;
АВ2 — неоднородно окрашенный, с темными серовато-бурыми гумусированными языками на буровато-палевом фоне, призмовидно-крупно-комковатый; характерны ходы крупных червей, редкие кротовины; вскипает от НС1; мощность около 10 см;
Вса — буровато-желтый, плотный, призмовидный или призмовидноореховатый, пропитанный карбонатами; карбонаты выделяются в виде обильной белоглазки, прожилок или мучнистых скоплений в зависимости от термического режима и свойств почвообразующих пород; мощность 50—100 см;
Bcs — более светлый и однородный по окраске, более рыхлый, с очень редкими выделениями карбонатов и вкраплениями гипса в виде друз, гнезд, прожилок; в нижней части горизонта выделения легкорастворимых солей; в почвах некоторых фаций и провинций этот горизонт отсутствует;
С — материнская порода.
По своим свойствам каштановые почвы во многом сходны с черноземами (рис. 44). Их профиль состоит из гумусового и карбонатного (часто также гипсового и солевого) горизонтов; он не дифференцирован по содержанию SiО2 и R2О3. Содержание гумуса в пахотном горизонте составляет 3—4% в суглинистых почвах и постепенно уменьшается вниз по профилю, отношение
Сгк:Сфк> 1 в верхних горизонтах и менее 1 в подгумусовом горизонте. Запас гумуса 120—300 т/га. Отношение C:N = 6 — 11. Почвенный поглощающий комплекс полностью насыщен катионами Са2 и Mg2 , реакция нейтральная или слабощелочная по всему профилю. Каштановые почвы всегда имеют карбонаты непосредственно под гумусовым горизонтом, на глубине 1 —1,5м многие из них накапливают также гипс и легкорастворимые соли. Профиль не дифференцирован по илу. В составе илистой фракции в почвах, развитых на лёссовидных породах, преобладают гидрослюды, затем смешанослойныесмектит-гидрослюдистые минералы, содержание каолинита низкое. Каштановые почвы обладают удовлетворительными водно-физическими свойствами, близкими к свойствам черноземов. Плотность их возрастает с глубиной от 1,2 до 1,5—1,6 г/см3, соответственно уменьшается и порозность от 50—55% в гумусовом горизонте до 40—45% ниже.
Генетические особенности каштановых почв
Как следует из данных химических анализов генетических горизонтов каштановых почв, состав прокаленной безгумусной и бескарбонатной массы по профилю почв существенно не меняется. Отдельные минералогические анализы показывают, что перераспределение основных минеральных компонентов по профилю темно-каштановых и каштановых почв не происходит. В ряде случаев констатируют увеличение содержания высокодисперсных минералов снизу вверх, однако это явление обычно унаследовано от почвообразующих пород и связано с изменением режима их формирования.
В светло-каштановых почвах иногда замечается небольшое накопление высокодисперсных частиц в горизонте В. Более отчетливо это выражено в бурых пустынно-степных почвах. Поэтому при химических анализах бурых почв в уплотненном горизонте В отмечается очень небольшое уменьшение содержания кремнезема и соответственно увеличение остальных компонентов.
Таким образом, если на большей, северной, части зоны сухих и пустынных степей, так же как и в черноземах, не происходит перераспределения минералов по профилю почв, то в светло-каштановых и бурых почвах намечается слабое перемещение высокодисперсных глинистых частиц из верхней части профиля в горизонт В.
В условиях ландшафтов сухих и пустынных степей в почву поступает значительно меньше органического вещества, чем в черноземах. Ежегодный опад растительности сухих степей равен около 40 ц/га, т. е. несколько меньше половины биомассы. В составе опада в значительном количестве содержатся зольные элементы, ежегодное поступление которых в почву, согласно Л. Е. Родину и Н. И. Базилевич (1965), составляет 161 кг/га. В северной части зоны в растительномопаде доминируют кремний, кальций и калий, а в южной приобретает большее значение натрий.
Содержание гумуса в почвах сухих и пустынных степей невелико — 2—5%. Принято считать, что в гумусовом горизонте темно-каштановых почв гумуса содержится от 3,5 до 5%, в каштановых почвах — 3—4, в светло-каштановых — 2—3 и в бурых —около 2%. Изменение количества гумуса по профилю происходит постепенно, как в черноземах. Однако состав гумуса каштановых почв отличается от гумуса черноземов пониженным содержанием гуминовых кислот. Уменьшение гуминовых кислот в почвах сухих и пустынных степей нарастает с севера на юг. В бурых почвах фульвокислот больше, чем гуминовых кислот. С этим обстоятельством в значительной мере связана слабо выраженная окраска гумусового горизонта светло-каштановых и бурых почв.
Непромывной режим и промачиваемость почвы на 50—100 см (в отдельные годы до 10—180 см) обусловливают обогащение почвенного профиля с водорастворимыми солями, в первую очередь солями натрия. Количество водорастворимых соединений, в почвах сухих и пустынных степей увеличивается с глубиной. Одновременно с увеличением содержания водорастворимых солей повышается рН водной вытяжки. Обилие солеи натрия обусловливает вхождение этого химического элемента в состав поглощенных катионо
§
Следует отличать все биологические особенности зернобобовых культур, которые предъявляют свои требования и к определенному проценту влажности, к теплу, и к остальным параметрам.
Если говорить о биологических особенностях зернобобовых культур, необходимо в первую очередь говорить о предъявленных требованиях к теплу. Так, например, зернобобовые разделяются специалистами на три отдельные группы: самые холодостойкие, теплолюбивые и холодостойкие. Стоит отметить, что в разные периоды развития и роста, такие культуры могут предъявлять совершенно неодинаковые требования к постоянной температуре воздуха. Таким образом, самые холодостойкие культуры могут переносить совершенно спокойно заморозки, в пределах доминус восьми градусов. Самыми чувствительными культурами к заморозкам является фасоль и бобы, всходы которых, как правило, уже погибают, как только температура воздуха достигает минус один градус.
Для зернобобовых растений очень важными являются и повышенные температуры, особенно, что касается фаз созревания или же налива семян. По этой причине категорически нельзя производить посевные работы в поздний срок.
Практически все существующие зернобобовые культуры могут предъявлять свои требования и к регулярному обеспечению влаги на протяжении всего вегетационного периода. Как правило, это может быть связано с тем, что даже в случае непродолжительного дефицита и недостачи влаги, зернобобовые клубеньки могут отмирать. И это зачастую происходит из-за того, что к ним просто нет регулярного доступа углеводов. По этим причинам, почва должна иметь оптимальный влажностный уровень, причем для всех культур. Только в таком случае можно получить урожай наивысшего качества.
Кроме всего остального, существуют и определенные требования к свету. Таким образом, зернобобовые культуры могут разделяться и еще на три различные группы. К первой группе относятся те растения, которые отличаются длинным днем, то есть чечевица, горох, люпин, чина и бобы. В этом случае вегетативный период может укоротиться с приходом удлинения светового дня. Ко второй группе следует отнести культуры короткого дня. К ним относится фасоль или же соя. Третья же группа собрала в себе все нейтральные растения, в которую вошли многочисленные сорта фасоли, и нута.
И, безусловно, существуют определенные требования к почвам. Для всех видов зернобобовых культур самыми благоприятными почвами можно считать слабокислые, среднесвязные, а также суглистые нейтральные почвы. Самое главное условие заключается в том, чтобы в земле содержалось достаточное количество фосфора, кальция и калия. Такого содержания в почве практически невозможно достичь, если она песчаная или кислая. Поскольку, зернобобовые культуры имеют огромное содержание питательных компонентов и веществ в одной единице полученного урожая, то возрастает соответственно в разы их потребность в получении дополнительных элементов минерального питания.
Сахарная свёкла — это двулетнее корнеплодное растение, возделывается в основном для получения сахара, но может также возделываться для корма животным. В первый год растение формирует розетку прикорневых листьев и утолщённый мясистый корнеплод, в котором содержание сахарозы обычно колеблется от 8 до 20 % в зависимости от условий выращивания и сорта.
Сахарная свёкла любит тепло, свет и влагу. Оптимальная температура для прорастания семян 10—12 °C, роста и развития 20—22 °C. Всходы чувствительны к заморозкам (погибают при −4, −5 °C). Количество сахара в плодах зависит от числа солнечных дней в августе—октябре. Особенно хороший урожай собирают на чернозёмах.
Значение и применение[править | править вики-текст]
Сахарная свёкла
Сахарная свёкла — важнейшая техническая культура, дающая сырьё для сахарной промышленности.
Отходы производства:
жом: используют как корм для скота
патока: пищевой продукт
дефекационная грязь: известковое удобрение.
Убранная свёкла
Убранная свёкла
В XX веке сахарную свёклу выращивают в основном в странах с умеренным климатом.
Наивысшие урожаи сахарной свёклы в СССР получали в:
Грузии (331 ц)
Украине (279 ц).
Россия[править | править вики-текст]
См. также: Сельское хозяйство России
В 2008 году в России было произведено 29,1 млн тонн сахарной свёклы.[1]
В 2021 году в России был собран рекордный урожай сахарной свёклы (46,2 млн тонн), благодаря которому страна перешла к экспорту свекловичного сахара в значительных объемах (более 200 тысяч тонн за год).[2][3]
Технология переработки сахарной свёклы[править | править вики-текст]
Свёкла накапливается на кагатохранилище, где может выдерживаться до 90 суток;
Корнеплоды промываются и превращаются в стружку;
Получение диффузионного сока горячей водой ( 75 °C);
Сок очищают в несколько этапов, используя гидроксид кальция и углекислый газ;
Полученный сок уваривают до сиропа с концентрацией сухих веществ 55-65 %, обесцвечивают с помощью оксида серы и фильтруют;
Из сиропа в вакуум-аппарате 1-й ступени получают утфель 1-й кристаллизации (7,5 % воды), который центрифугируют, удаляя «белую» патоку. Оставшиеся на ситах центрифуг кристаллы промывают, сушат и фасуют.
«Белую» патоку снова сгущают в вакуум-аппаратах 2-й ступени и, с помощью центрифуг, чаще всего непрерывного действия, разделяют на «зеленую» патоку и «желтый» сахар 2-го продукта, который, предварительно растворив в чистой воде, добавляют к сиропу, поступающему в вакуум-аппарат 1-й ступени;
Для дополнительного извлечения сахара иногда используется 3-ступень уваривания и обессахаривания;
Патока, полученная на последней ступени кристаллизации является мелассой — отходом сахарного производства, которая содержит 40-50 % сахарозы и по массе составляет 4-5 % от массы переработанной свеклы
ПРО КАРТОШКУ-НИЧЕГО
Масличные-соси, их нет сама ищи короч
Степени и корни. действия с ними
В данном видеоуроке мы повторим понятие степени с натуральным показателем и степени с отрицательным целым показателем. Повторим свойства степени. Скажем, что называют степенью с рациональным показателем. Напомним, что называют корнем n-й степени и арифметическим корнем n-й степени. Поговорим о свойствах арифметического корня n-й степени.
Напомним,
что степенью с натуральным показателем называется произведение
где
–
основание степени (
),
–
показатель степени (
).
Возвести
в
-ю
степень – это значит найти значение выражения 
.
При
имеем
.
Степень
с нулевым показателем: 
,
если 
,
то есть любое число (кроме 
)
в нулевой степени равно .
Выражение
не
имеет смысла.
Степенью
с отрицательным целым показателем называется число 
,
где ,
и
.
При
возведении отрицательного числа в нечётную степень получится отрицательное
число, а при возведении отрицательного числа в чётную степень получится
положительное число.
Для
любых действительных чисел и
,
отличных от ,
и для любых целых показателей 
и
имеют
место следующие пять основных свойств степеней:
1.
.
2.
.
3.
.
4.
.
5.
.
Используя
степени с целыми показателями, любое положительное число у можно записать в
виде произведения 
,
где 
и
–
целое число. Такая запись называется стандартным видом числа 
,
а число –
порядком числа 
.
Также
напомним, что корнем -й
степени (
)
из действительного числа называют
такое действительное число 
,
-я
степень которого равна ,
то есть 
.
Арифметическим
корнем -й
степени ()
из числа называется
неотрицательное число, -я
степень которого равна .
Обозначают арифметический корень с помощью знака радикала: 
.
Под
выражением 
условимся
понимать:
1.
единственное значение корня в случае нечётного ;
2.
арифметический корень в случае чётного ;
3.
,
если 
,
при любом .
Заметим,
что 
при
нечётном ,
но 
при
чётном .
Так,
например, 
,
.
То
есть 
,
где 
Действие,
посредством которого отыскивается корень -й
й степени, называется извлечением корня -й
степени. Это действие является обратным действию возведения в
-ю
степень.
А
теперь давайте вспомним свойства арифметического корня -й
степени. Итак, при условии, что 
,
,
а ,
и
–
натуральные числа, причём 
,
,
справедливы равенства:
1.
.
(число может
также быть равным )
2.
.
3.
.
(число 
может
быть любым целым, если 
)
4.
.
5.
.
Также
следует вспомнить формулу сложного радикала:
.
И
ещё напомним, что степенью с рациональным показателем называется число 
,
где ,
,
,
,
.
Основные
моменты мы с вами повторили, а теперь давайте перейдём к практической части
занятия.
Задание
первое. Найдите значения выражений:
а)
при
;
б)
при
.
Решение.
Задание
второе. Вычислите 
.
Решение.
Задание
третье. Упростите выражение 
.
Решение.
