Гранулометрический состав почв

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Биолого-почвенный факультет

Кафедра почвоведения и управления земельными ресурсами

 

Казарцева Юлия Александровна

 

Гранулометрический состав

почв

Курсовая работа, 2 курс

 

 

 

 

                                          Зав. каф., д.б.н.,

                                           профессор                          Щеглов Д.И.

                                           

                                            Научный руководитель,

 д.б.н., профессор           Протасова Н.А.

 

 

Воронеж 2014

УДК 631.442

Реферат

Казарцева Ю.А. Гранулометрический состав почв.

Курсовая работа, Воронеж, 2014, 7 табл., 7 библ. Ист., 24 стр.

Ключевые слова:  элементарные почвенные частицы, глины, суглинки, пески, коллоиды, ил, гравий, плодородие, водопроницаемость, горная порода, гумус, зольные элементы.

В настоящей работе исследован гранулометрический состав почв, его влияние на водно-физические, физико-механические, тепловые, воздушные свойства почв, ее поглотительную способность, накопление гумуса, зольных элементов и азота.  Показано, что гранулометрический состав – это одна из наиболее важных характеристик почвы.

 

 

 

 

 

 

 

Автор работы                                              Казарцева Ю.А

Научный руководитель                             Протасова Н.А.

Дата

 

СОДЕРЖАНИЕ

         стр.

Введение…………………………………………………………………………  4

1.Формирование гранулометрического  состава почв…………………… …….6

2.Классификация механических элементов почв………………………......... 8

3.Классификация почв по  гранулометрическому составу………………. .….14

4.Методы определения гранулометрического  состава…………………… ….16

4.1.Полевой……………………………………………………………….17

4.2.Ареометрический ………………………………………………….. 18

4.3.Ситовый …………………………………………………………….. 19

4.4.Пипеточный ………………………………………………………… 20

Заключение……………………………………………………………….............22

Список литературы……………………………………………………………..24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Одной из наиболее важных характеристик почвы является гранулометрический состав. Это в первую очередь агрономический показатель, определяющий фильтрационную и водоудерживающую способность почв, ее структуру, а также тепловой обмен почв. Некоторые сельскохозяйственные культуры тяготеют к почвам определенного гранулометрического состава.  Например, виноградная лоза — к щебнистым почвам, а табак, арахис, картофель, бахча — к почвам легкого состава. Развитие элементарных почвенных процессов по одному из типов почвообразования определяется различиями водно-тепловых условий почв легкого и тяжелого гранулометрического состава [4].

С развитием рыночных подходов к регулированию экономики увеличивается роль адекватной оценки объектов экономической деятельности. Одним из таких объектов является земля. Первым вопросом при проведении земельно-оценочных работ является поиск надёжных критериев качества почв. Изучая опыт различных стран проведения оценки земель, можно сделать вывод, что практически во всех земельно-оценочных системах, от первых примитивных до современных высокотехнологичных, большое внимание придавалось гранулометрическому составу. Это обстоятельство свидетельствует об особом значении гранулометрического состава как фактора продуктивности растений и технологического свойства почв [4].

 Гранулометрический состав почв и пород положен в основу подразделения на разновидности. Разновидности – это классификационные таксономические ранги, ниже которых находятся только разряды почв. При подразделении почв на разновидности используется относительное содержание в мелкозёме почвы физической глины (частиц менее 0.01 мм).

 При проведении земельно-оценочных работ гранулометрический состав учитывается либо через экспертно установленные поправочные коэффициенты к баллам бонитета почв, либо расчётом оценочных баллов по содержанию физической глины.

Гранулометрический состав является одним из показателей почвенного плодородия, наряду с почвенной структурностью, содержанием органического вещества, тепловыми и водно-физическими свойствами почв, биологической активностью.

От гранулометрического состава зависит, водный тепловой и пищевой режим, водно-воздушные свойства почвы. Легкие супесчаные и песчаные почвы прогреваются раньше тяжелых, поэтому относят к «теплым» почвам. Они имеют высокую воздухо- и водопроницаемость. При небольшом содержании тонких глинистых частиц легкие почвы имеют небольшие запасы элементов питания, низкую поглотительную способность и низкую буферность [2].

Тяжелосуглинистые и глинистые почвы, наоборот, дольше прогреваются, их называют «холодными», так как тонкие поры их заполнены не воздухом, а очень теплоемкой водой. Они слабо водо- и воздухопроницаемы, плохо впитывают атмосферные осадки. Значительная часть почвенной влаги и запасов элементов питания тяжелых почв не доступны растениям. В периоды сезонного переувлажнения в них недостает воздуха и развиваются глеевые процессы [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ФОРМИРОВАНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ

В.А. Ковда считает, что основная часть почв формируется на рыхлых отложениях, которые являются продуктами выветривания, т.е. разрушения, преобразования и переотложения исходных плотных пород, и представляют собой смесь минеральных частиц различной крупности, называемых механическими элементами. Исключениями являются примитивные и слаборазвитые почвы на скальных породах и некоторые специфические типы почв преимущественно в горных районах. Соотношение частиц разного размера может быть весьма различным. Оно зависит от характера исходной породы, направления (типа), интенсивности и длительности выветривания. Это соотношение частиц определяет тот или иной гранулометрический (механический) состав отложений или элювия породы и,  соответственно, формирующихся на них почв [5].

Гранулометрический (механический) состав почвы - массовое соотношение (относительное содержание в процентах в ее составе твердых частиц (механических элементов) разной крупности, выделяемых в пределах непрерывного ряда определений условных групп крупности (гранулометрических фракций) [5].

Гранулометрический состав почв унаследован от соответствующих почвообразующих (материнских) горных пород. Он мало меняется в процессе почвообразования.

В процессе почвообразования на плотных скальных горных породах, который сопровождается выветриванием, происходит физическое дробление породы на механические элементы разной крупности. Гранулометрический состав продуктов выветривания (элювия) плотных пород тесно связан с их минералогическим составом. Например, кислые, богатые кварцем породы дают при выветривании много крупнодисперсного песчаного материала; элювий основных, богатых легковыветривающимися минералами пород обогащен тонкодисперсными глинистыми частицами; элювий известняков, мергелей обычно имеет глинистый состав.

Гранулометрический состав рыхлых почвообразующих пород обусловливается характером исходного материала и их происхождением. В процессе транспортировки водными, ветровыми или склоновыми гравитационными потоками, разрушения и переотложения продуктов выветривания горных пород происходят их сортировка и разделение в пространстве на грубообломочные, песчаные, пылеватые или глинистые поверхностные отложения.

Эоловые и аллювиальные отложения обычно становятся относительно гомогенными, хорошо отсортированными, разделяющимися в пространстве по крупности. В них преобладают частицы песка, суглинка, глины. Делювиальные, гляциальные и флювиогляциальные наносы обычно плохо сортированы. Имеется закономерное изменение степени дисперсности и сортированности материала по направлению движения потока, так как грубые частицы оседают ближе к источникам материала, а тонкодисперсные дальше.

Частицы разной крупности имеют обычно различный минералогический и химический состав. Частицы крупной фракции представлены кварцем, пылеватые — кварцем и полевыми шпатами, тонкодисперсные — вторичными глинистыми минералами.

По мнению В.А. Ковды в почвах механические элементы не только унаследуются от исходной материнской породы, но образуются и в процессе почвообразования. В связи с этим механические элементы почв могут быть минеральными, органическими или органоминеральными. Соответственно почвенные механические элементы могут быть первичными (унаследованными) либо вторичными (новообразованными) [5].

 

 

 

 

2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЧВ

Почва – сложная полидисперсная система, состоящая из частиц разнообразного размера – от нескольких сантиметров и миллиметров до тысячных и десятитысячных долей миллиметра и меньше.

Элементарные почвенные частицы – это разнообразные по размеру обособленные кусочки, обломки, осколки горных пород, минералов, органических и органоминеральных веществ, находящихся в почве, все элементы которых находятся в химической взаимосвязи и не поддаются общепринятым методам пептизации [6].

Вопросами классификации механических элементов занимались многие ученые: А.А. Атерберг,  А.Н. Сабанин, В.Р. Вильямс, В.Т. Глушков, В.В. Охотин, Н.А. Качинский и др.

Молекулярные силы взаимодействия определяют целостность и существование механических элементов (ЭПЧ).

По мнению Б.Г. Розанова механические элементы могут иметь любую возможную геометрическую форму: шар, призма, куб, пирамида, параллелепипед, правильный или неправильный многогранник, плоскопараллельная пластинка. В зависимости от характера исходной почвообразующей породы, ее генезиса и минералогического состава форма частиц в пределах данной почвенной массы может быть однородной или весьма неоднородной. Могут преобладать округлые частицы (в аллювиальных песках, например) или плоские пластинки (в слоистых тяжелых глинах); возможны и все переходные группы форм частиц. Поверхность частиц может быть гладкой или неровной,  корродированной в зависимости от генезиса и стадии выветривания материала [7].

В состав ЭПЧ наземных минеральных почв входят компоненты минеральной природы (90%), органические и органоминеральные соединения (10%). Минеральные ЭПЧ формируются в результате физического и биологического выветривания горных пород под влиянием температурных колебаний, воздействия ветра, воды, развития растений. При формировании тонких минеральных фракций возрастает роль химического и биохимического выветривания. Органические ЭПЧ образуются при разложении остатков отмерших животных, растений и микробной массы почвы. Органоминеральные ЭПЧ являются результатом взаимодействия органических и минеральных веществ.

Гранулометрические фракции ЭПЧ различаются по своим свойствам и функциям. По мере уменьшения размеров гранулометрических элементов усложняется их химический состав, изменяются физико-механические показатели, возрастает роль в формировании плодородия почвы.

В зависимости от того, в каком сочетании находятся фракции ЭПЧ, изменяются водно-физические, физико-механические, тепловые, воздушные свойства почвы, ее поглотительная способность, накопление гумуса, зольных элементов и азота. Поэтому гранулометрический состав почвы - важнейшая генетическая, агрономическая и лесорастительная характеристика ЭПЧ.

Н.М.Сибирцевым были введены такие понятия как физическая глина и физический песок, которые сейчас широко используются. Физическая глина – это сумма частиц мельче 0,001мм. Физический песок – это сумма частиц крупнее 0,01мм [5].

В советском почвоведении приняты номенклатура и подразделение гранулометрических фракций, разработанные А.Н.Сабаниным и В.Р.Вильямсом и  впоследствии уточненные Н.А.Качинским [5].

Таблица 2.1

Классификация ЭПЧ (Н.А.Качинский, 1965)

Фракции	Размер, мм
Камни	>3
Гравий	3-1
Песок
крупный	1-0,5
средний	0,5-0,25
мелкий	0,25-0,05
Пыль
крупная	0,05-0,01
средняя	0,01-0,005
мелкая	0,005-0,001
Ил
глинистый(грубый)	0,001-0,0005
коллоидный (тонкий)	0,0005-0,0001
Коллоиды	<0,0001

 

Другая номанклатура механических элементов В.В.Охотина (1933) применяется в грунтоведении и инженерной геологии [5]. Она несколько отличается в деталях от рассмотренной по Н.А.Качинскому.

Таблица 2.2

Классификация ЭПЧ (В.В.Охотин, 1933)

Фракции	Размер, мм
Хрящ и гравий
крупный	>20
средний	20-10
мелкий	10-7
очень мелкий	7-3
Песок
крупный	3-1
средний	1-0,5
мелкий	0,5-0,25
пылеватый	0,25-0,05
Пыль	0,05-0,01
Ил	0,01-0,005
Глина
грубая	0,005-0,0002
тонкая	<0,0002

 

В зарубежной научной литературе используется международная классификация, одобренная Первым международным конгрессом почвоведов в 1927г.

Таблица 2.3

Международная классификация ЭПЧ (1927)

Фракции	Размер, мм
Камни, булыжник	>20
Гравий
грубый	20-6
мелкий (тонкий)	6-2
Песок
грубый	2-0,6
мелкий (тонкий)	0,6-0,2
очень мелкий (очень тонкий)	0,2-0,06
Пыль
песчаная (грубая)	0,06-0,02
средняя	0,02-0,006
мелкая (тонкая)	0,006-0,002
Глина	<0,002
Коллоиды	<0,0002

 

Границы гранулометрических фракций в целом отражают реально существующие различия в их свойствах (физических, химико-минералогических), что, в свою очередь, обусловливает наличие определенных свойств почв в зависимости от степени участия тех или иных фракций в формировании их гранулометрического состава.

Наиболее существенные отличия в свойствах фракций лежат на границе около 0,001 мм. У частиц мельче этого размера (илистых и коллоидных), в силу высокой дисперсности и особого химико-минералогического состава (преобладание в их составе глинистых минералов, а также гумуса) ярко выражена поглотительная способность: вся емкость поглощения почв, как правило, обусловлена содержанием этих фракций. У таких частиц хорошо выражена способность к коагуляции с образованием агрегатов, включающих и более крупные частицы. Это способствует созданию благоприятных физических свойств почв в целом. При существовании в почве преимущественно вне агрегатов илистые частицы резко снижают воздухо- и водопроницаемость почв.  

Фракции крупнее 0,001 мм представлены преимущественно обломками первичных минералов и содержат ничтожное количество органического вещества (за исключением фракции 0,005—0,001 мм, содержащей некоторую примесь глинистых минералов и гумуса в силу ее переходного к илу характера), поэтому их поглотительная способность практически не выражена. Фракция пыли размером 0,05—0,005 мм обусловливает способность почв к распылению в сухом состоянии и к всплыванию во влажном, что создает при значительном содержании вне агрегатов неблагоприятные водно-физические свойства почв. Фракции песка (1—0,05 мм), представленные обломками пород и минералов, совершенно лишены поглотительной способности. Однако при значительном содержании в почве они обеспечивают ее хорошую воздухо- и водопроницаемость [5].

Что касается минералогического состава – это одна из важнейших структурных составляющих ЭПЧ, обуславливающих характер их поверхности, размер и форму и оказывающих существенное влияние как на свойства ЭПЧ, так и на структуру и физические свойства почв в целом.

В состав минеральной части почвы входят две группы минералов, которые резко различаются по условиям образования и свойствам: остаточно-первичные и вторичные минералы.

Первичные минералы приурочены к фракциям крупнее 0,002 мм. Они образовались при высоких температурах и давлениях в глубоких слоях Земли и поэтому неустойчивы в зоне гипергенеза. В термодинамических условиях земной поверхности, характеризующихся низкими давлениями и температурами, а также изобилием воды, двуокиси углерода и особенно свободного кислорода, сохраняются только более устойчивые из первичных минералов.

В группу вторичных минералов входят глинистые минералы и гидроокиси железа и алюминия. Они являются продуктами выветривания первичных минералов под воздействием климатических и биохимических факторов и сосредоточены в основном во фракциях мельче 0,002 мм. Условия образования вторичных минералов соответствуют условиям, преобладающим в настоящее время на земной поверхности, благодаря чему они достаточно устойчивы в зоне гипергенеза [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЧВ ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ СОСТАВУ

Для определения гранулометрического состава почв и грунтов в зависимости от соотношения фракций механических элементов существует несколько схем классификаций. В советском почвоведении принята классификация, разработанная Н.В. Сибирцевым и впоследствии уточненная Н.А. Качинским [5]. Она основана на соотношении физической глины и физического песка.

Таблица 3.1

Классификация почв по гранулометрическому составу

(Н.А.Качинский, 1965)

Содержание физической глины (частиц <0,01 мм), %			Краткое название почвы по гранулометрическому составу
Почвы подзолистого типа почвообразования	Почвы степного типа почвообразования	Солонцы и сильносолонцеватые почвы
0-5	0-5	0-5	Песок рыхлый
5-10	5-10	5-10	-связный
10-20	10-20	10-15	Супесь
20-30	20-30	15-20	Суглинок легкий
30-40	30-45	20-30	-средний
40-50	45-60	30-40	-тяжелый
50-65	60-75	40-50	Глина легкая
65-80	75-85	50-65	-средняя
>80	>85	>65	-тяжелая

 

«Легкими» называются почвы, в гранулометрическом составе которых преобладают крупные фракции (песчаные и супесчаные почвы). «Тяжелые» почвы характеризуются преобладанием в их составе тонких фракций, особенно ила (тяжелосуглинистые и глинистые почвы) [3].

Существует более детальная классификация почв по гранулометрическому составу, разработанная Н.А.Качинским в 1965 году [5].

Таблица 3.2

Детальная классификация почв по гранулометрическому составу

(Н.А.Качинский, 1965)

Основное название	Содержание физической глины, %	Название дополнительное	Преобладающие фракции, мм
Глины тяжелые	>80	Иловатые	<0,001
		Пылеватые	0,01-0,001
-средние и легкие	60-80	Иловатые	<0,001
		Пылеватые	0,01-0,001
		Крупнопылеватые	0,05-0,001
Суглинки тяжелые	40-60	Иловатые	<0,001
		Пылеватые	0,01-0,001
		Крупнопылеватые	0,05-0,01
-средние	30-40	Иловатые	<0,001
		Пылеватые	0,01-0,001
		Крупнопылеватые	0,05-0,01
-легкие	20-30	Песчаные	>0,05
		Крупнопылеватые	0,05-0,01
Пески	0-10	Рыхлые	>0,05
		Крупнопылеватые	0,05-0,01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА

Существует много методов определения гранулометрического состава почв - от предельно простых полевых приемов на ощупь для отнесения почвы к глинистой, суглинистой, супесчаной или песчаной до сложных методов с использованием специальной аппаратуры.

Изучение гранулометрического состава почв как в полевых условиях простейшими приемами, так и в лабораторных условиях с помощью чувствительных приборов связано с определенной ошибкой, зависящей от метода подготовки почвенного образца к работе. Дело в том, что первичные механические элементы в почве практически не существуют в свободном состоянии, за исключением редких случаев, а в большинстве объединяются в микро- и макроагрегаты различной формы и размера, цементированные в различной степени разными цементами, такими как гуматы щелочей и щелочных земель, железа и алюминия, свободные гидроокислы железа и алюминия, кремнезем, карбонат кальция. В некоторых случаях агрегаты бывают сильно прочными, что не поддаются разрушению при обычных способах подготовки (длительное растирание, кипячение, насыщение аммонием, добавка пирофосфата натрия, обработка перекисью водорода ). Примером таких очень устойчивых агрегатов может быть «псевдопесчаный» механический состав, обладает водно-физическими свойствами, сходными со свойствами настоящих песчаных почв (малая водоудерживающая способность, высокая водопроницаемость и т.д.). Определение гранулометрического состава таких почв в поле и в лаборатории, сопоставление результатов с водно-физическими свойствами приводят к немалым недоразумениям [7].

Основными методами определения гранулометрического состава являются:

-полевой;

- ареометрический;

- ситовый;

- пипеточный.

4.1 Полевой метод

При полевом описании почв необходимо давать характеристику их гранулометрического состава до проведения лабораторного анализа. Обычно его определяют визуально на ощупь в сухом («сухой» метод) и влажном состоянии («мокрый» метод) [6].

«Мокрый» метод определения гранулометрического состава почв и пород основан на увлажнении их образцов до оптимальной влажности (до сырого состояния), скатывании из него шарика между ладонями, раскатывании в шнур и изгибании шнура. Названия по гранулометрическому составу дают в зависимости от того, как ведет себя при этом образец.

Таблица 4.1

Определение гранулометрического состава почв в поле