Влияние механического состава и структурного сложения почвы на агрономические свойства почв и их плодородие

Содержание

 

Введение.............................................................................................................3

1. Обзор литературы..........................................................................................5

2. Почвообразующие породы...........................................................................8

3. Гранулометрический состав.......................................................................13

4. Классификация почв  по механическому составу и  их характеристика................................................................................................18

5. Понятие о структуре  почвы

5.1 Структурность почвы................................................................................23

5.2 Виды почвенной структуры.....................................................................25

5.3 Факторы формирования агрономически  ценной структуры................30

6. Влияние механического  состава и структурного сложения  почвы на агрономические свойства  почв и их плодородие........................................34

Выводы............................................................................................................37

Список литературы.........................................................................................40

Приложение.....................................................................................................42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Актуальность  темы исследования определяется тем, что гранулометрический состав – важнейшая физическая характеристика почвы, одна из характеристик ее дисперсности. Он отражает все основные почвенные процессы, является одним из фундаментов почвенного плодородия, т.к. в зависимости от гранулометрии почв планируются те или иные мероприятия. Знание гранулометрического состава также дает представление о генезисе, эволюции и использовании почв, позволяет достаточно подробно охарактеризовать изучаемый объект и сравнивать различные почвенные объекты.

В настоящее время  широко распространено представление результатов гранулометрического анализа в виде процентного содержания фракций частиц различного размера с выделением границ этих фракций в строгом соответствии с классификационными требованиями. Состав минеральной части почвы близок к составу почвообразующих пород, образовавшихся из горных пород при процессах выветривания.

Землеустроители, агрономы и другие специалисты должны учитывать  пестроту почвенного покрова при  организации территории полей севооборота, при определении доз и сроков внесения удобрений, при организации рационального использования почв.

Цель работы: изучение гранулометрического состава и структуры почвы в Хакасии.

Задачи:

1. Изучить имеющуюся  по вопросу литературу;

2. Выявить почвообразующие породы;

3. Охарактеризовать гранулометрический состав почв;

4. Изучить классификацию почв по механическому составу;

5. Найти определение структурности и структуры почвы;

6. Определить виды  почвенной структуры;

7. Выявить факторы  формирования агрономически ценной  структуры;

8. Изучить влияние  механического состава и структуры почв на их свойства и плодородие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Обзор литературы

 

Наличие в почве различных  отдельностей было подмечено учёными  ещё в VXIII веке. Так, например, М. И. Афонин описывал в 1771 году чернозёмные почвы, отмечал «ореховатый чернозём». Один из видных учёных конца VXIII века И. М. Комов писал в 1788 г., что чернозём «всегда мягким и сочным бывает, от чего, когда его пашут, то глыбы, плугом подрезанные, блестят и, полежав на воздухе, в мелкие комочки рассыпаются».

Значительно позже к этому свойству почвы появился интерес в Германии, где, начиная с 1879 г. ежегодно, на протяжении 20 лет, публикуют результаты своих разнообразных исследований Вольни и его школа. В его лабораторных и лизилитрических опытах было установлено изменение различных физических свойств почвы от размера её комочков и от содержании пыли [4, c. 19].

В 1877 г., ещё до появления  первых работ Вольни, классик агрономической науки П. А. Костачев обратил внимание исследователей на необходимость уделять  больше внимание физическим свойствам почвы. Им было отмечено, что после распашки целины почва быстро распыляется и снижается урожаи. Если такую почву оставляли под перелог, то под многолетней травяной растительностью структура почвы восстанавливалась и урожайность повышалась. Этими исследованиями была доказана большая агротехническая роль структуры почвы [7, c. 22].

Позже, в 30-е и 40-е годы в агрономической науке изучению структуры почвы уделялось много  внимания. Среди учёных того времени  следует называть К. К. Гедройца, А. Н. Соколовского, И. Н. Антипова-Каратаева, П. В. Вершинина, Н. А. Качинского и др. Особенно большое внимание этому вопросу придал В. Р. Вильямс. Структуре почвы отдавалось первостепенное значение в создании плодородия. Структура и плодородие подразумевались как синонимы. Считалось, что только на структурной почве могут быть эффективными другие приёмы, например внесение удобрений. Поэтому вся агротехника была направлена на создание и поддержание структуры почвы [2, c. 22].

Она стала краеугольным камнем в травопольной системе земледелия. И хотя были данные, что высокие урожаи можно получать не только на структурных почвах, но и на бесструктурных, если в них создать благоприятный водный и воздушный режимы, сторонники структурной теории преобладали. И только в 50-е и 60-е годы прошлого столетия во время критики травопольной системы земледелия интерес к этому вопросу упал. Многие начали поддавать сомнению положительную роль структуры или вообще её отрицать. Ослабили и научные исследования в этом плане. Но это был очередной перегиб. Естественно, не следует и преувеличивать агрономическую роль структуры почвы. Бесструктурные почвы с лёгким гранулометрическим составом (где и не можна создать агрономически ценную структуру) и благоприятными водным и питательным режимами могут быть также плодородными (многие почвы Белоруссии, Прибалтики, Западной Европы) [4, c. 27].

Конечно, нельзя отождествлять структуру и плодородие почвы, но, зная, что структурные почвы не заплывают, дольше сохраняют приданное обработкой строение, не переуплотняются, требуют меньших тяговых усилий во время обработки, стойки против водной и ветровой эрозии, становится ясно, что между ними существует тесная связь. При всех одинаковых условиях структурные почвы всегда плодороднее бесструктурных. Поэтому структуру почвы необходимо сохранять и улучшать.

Несмотря на длительное ослабление внимания к структуре  почвы, ряд учёных продолжали исследования в этом плане. Особенно плодотворно  работал академик В.В. Медведев. Структуру  почвы он изучал на микроморфологическом уровне в условиях многофакторных модельных опытов с использованием современного математического аппарата для анализа и обобщения результатов исследований. По результатам многолетних исследований В.В. Медведев в 2008 г. издал монографию «Структура почвы (методы, генезис, классификация, эволюция, география, мониторинг, охрана), которая является наиболее капитальной, среди когда либо издаваемых по этому вопросу на территории бывшего СССР. В ней он обобщил огромный экспериментальный материал как собственных исследований, так и данных литератур и убедительно доказал, что структура почвы оказывает большое влияние на растение как непосредственно, так и косвенно через улучшение водно-воздушного и теплового режимов почв [8, c. 23].

О гранулометрическом составе почв пашен, о противоэрозионных мероприятиях, о системе почвозащитного земледелия говорится в книге "Почвозащитное земледелие" под общей редакцией А.И.Бараева [9, c. 81].

Таким образом, мы видим, что вопросы изучения гранулометрического  состава и структуры почв имеют длительную историю. Они освещены как в учебной, так и в научной литературе. Многие учёные почвоведы, агрономы интересовались не только гранулометрическим составом и структурой почв, но и различными способами и методами их изучения, связью их с плодородием, сохранением, способами обработки почвы и выращиванием определённых культур.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Почвообразующие породы

 

Начало почвообразования на поверхности нашей планеты  относится к тому отдаленному  в геологических масштабах времени, когда на поверхности суши появились первые живые организмы.

Горные породы, из которых  формируется почва, называют почвообразующими, или материнскими. Почвообразующая порода является материальной основой почвы и передает ей свой механический, минералогический и химический состав, а также физические, химические, физико-химические свойства, которые в дальнейшем постепенно изменяются в различной степени под воздействием почвообразовательного процесса [14, c. 56].

Почвообразующие   породы  различаются по происхождению, составу строению и свойствам. Твердая оболочка Земли, или литосфера, состоит из магматических, метаморфических и осадочных пород. Формирование почвообразующих пород связано с процессами выветривания горных пород и переносом и переотложением продуктов выветривания.

Магматические, или изверженные, породы образовались из силикатных расплавов, застывших в глубине земной коры (породы глубинные - интрузивные), или  из магмы, излившейся на поверхность  Земли (породы излившиеся - эффузивные). Магматические породы составляют 95% общей массы пород, слагающих литосферу, однако почвообразующими являются лишь в редких случаях, главным образом в горных областях.

Метаморфические - вторичные  массивнокристаллические породы, образовавшиеся из магматических или осадочных в недрах земли в результате глубоких превращений (сланцы, гнейсы). Их значение также мало.

Осадочные породы - отложения  продуктов выветривания массивнокристаллических  пород или остатков различных  организмов [16, c. 103].

К ним относятся рыхлые осадочные породы и на них почти повсеместно развиваются почвы. Элювиальные породы (элювий) - продукты выветривания коренных пород, оставшиеся на месте образования. В зависимости от свойств исходной породы, климатических условий и рельефа элювий отличается большим разнообразием по составу и мощности. Для элювия характерны тесные связи с исходной породой, постепенный переход от рыхлого мелкозернистого материала к плотной породе.

Значение элювиальных  пород в почвообразовании определяется их свойствами. На элювии карбонатных пород в Нечерноземной зоне формируются плодородные дерновые почвы. На маломощном элювии почвы отличаются щебеночным составом [13, c. 39].

Делювиальными породами (делювием), называются наносы, отложенные на склонах дождевыми и талыми водами. Делювий откладывается в виде пологого шлейфа. В вершине шлейфа часто накапливается грубый материал, иногда обломочный, а в конце шлейфа - пылеватый, глинистый. Плоскостной склоновый сток формирует делювиальные наносы с большей мощностью у основания склона, где движение воды замедляется и материал оседает.

Для делювия характерны относительная сортированность  и хорошо выраженная слоистость. Встречаются  несортированные и неслоистые наносы. По составу делювий разнообразен. Делювиальные породы широко распространены в предгорных областях и служат материнскими породами для различных почв [3, c. 71].

Пролювий формируется  в горных странах, у подножия гор  в результате деятельности временных  водных и селевых потоков значительной силы. Пролювий характеризуется плохой сортированностью, включением крупнообломочного материала. Делювий и пролювий часто сочетаются, образуя делювиально-пролювиальные отложения [3, c. 73].

Аллювиальные породы (аллювий), представляет собой осадки, отложения при разливе рек (пойменный  аллювий). Аллювиальные отложения характеризуются горизонтальной или косой слоистостью, окатанностью минеральных зерен, включением органических остатков. К аллювиальным породам относятся также донные отложения рек (русловый аллювий). Русловый аллювий обычно сложен песками различной зернистости.

Пойменный аллювий преимущественно  суглинистый и глинистый. В пределах поймы, в старицах, накапливается  старичный аллювий, богатый органическим веществом. Горные реки в отличие от равнинных формируют только русловый аллювий. Аллювий служит материнской породой для различных пойменных почв, отличающихся высоким плодородием [12, c. 64].

Озерные отложения выполняют  понижения древнего рельефа, отличаются глинистостью и слоистостью. Таковы, например, ленточные глины, образовавшиеся в предледниковых озерах. В озерных отложениях часто наблюдаются органические прослойки, могут накапливаться углекислый кальций, а в сухих областях - гипс и легкорастворимые соли. Накопление легкорастворимых солей превращает озерные отложения в засоленные. Пересыхая, соленые озера образуют солончаки [5, c. 64].

Ледниковые (моренные) отложения - продукты выветривания различных  пород, перемещенные и отложенные ледником. Обычно залегают на возвышенных водораздельных пространствах. Для морен характерны следующие особенности: несортированность, неоднородный механический состав, наличие валунов, обогащенность песчаными фракциями, красно-бурая, реже желто-бурая и другая окраска.

Окраска зависит от характера  коренных пород подледникового ложа, условий выветривания и почвообразования. При оглеении цвет морены приобретает серо-сизый оттенок.

По механическому составу  морены разнообразны, однако наиболее широко представлены валунными песчанистыми суглинками. По химическому составу  различают бескарбонатные и карбонатные  морены. На карбонатной морене формируются слабо- и среднеподзолистые виды почв, а также плодородные дерново-карбонатные почвы. На бескарбонатных средне- и сильноподзолистые [17, c. 114].

Флювиогляциальные (водно-ледниковые) отложения связаны с деятельностью  мощных ледниковых потоков. Вытекая из-под ледника, они перемещали моренный материал и переоткладывали его за краем ледника.

Флювиогляциальные отложения  характеризуются сортированность, слоистостью, не содержат валунов, бескарбонатные, преимущественно песчаные и песчано-галечниковые. Почвы, сформированные на флювиогляциальных отложениях, отличаются низким плодородием. Они бедны гумусом, питательными веществами, обладают малой влагоемкостью. Здесь развиваются болотно-подзолистые почвы [15, c. 109].

Покровные суглинки распространены в зоне ледниковых отложений и рассматриваются как отложения мелководных приледниковых разливов талых вод. Для них характерно покровное залегание на морене, откуда и произошло их название.

Они характеризуются  желто-бурой окраской, хорошо выраженной сортированностью, большим содержанием пылеватых фракций, не содержат валунов. По механическому составу - чаще тяжелые и средние пылеватые суглинки однородного строения с преобладанием фракций крупной пыли и ила. По химическому составу преимущественно бескарбонатные. На покровных суглинках развиты подзолистые, дерново-подзолистые почвы, нередко испытывающие переувлажнение, а также серые лесные почвы.

Лёссы и лёссовидные  суглинки имеют различный генезис. Их общими чертами являются палевая  или буровато-палевая окраска, карбонатность, пылевато-суглинистый механический состав с преобладанием крупнопылеватой фракции, мучнистость, пористость, рыхлое сложение, микроагрегированность, хорошая проницаемость.

По химическим и водно-физическим свойствам эти породы наиболее благоприятны для развития растений. При благоприятных климатических условиях на них формируются высокоплодородные черноземные почвы, а также сероземы, каштановые, серые лесные [10, c. 94].

Эоловые отложения образуются в  результате аккумулятивной деятельности ветра, которая проявляется особенно интенсивно в пустынях. К эоловым отложениям относятся сортированные песчаные наносы, которые откладываются недалеко от областей дефляции. Эти наносы образуют особые формы рельефа - бугры, дюны, барханы.

Морские отложения формируются в результате перемещения береговой линий морей, явлений трансгрессии и регрессии, которые неоднократно наблюдались в четвертичный период. Морские отложения отличаются слоистостью, сортированностью и большой аккумуляцией солей. Выходя местами на поверхность приводят к образованию засоленных почв [6, c. 69].

Роль почвообразующих пород  в почвообразовании определяется тем, что они в значительной степени  влияют на состав, свойства формирующихся  из них почв. Это, в свою очередь, сказывается на скорости преобразования минеральной массы при почвообразовании, закрепления образующихся органических веществ и т. п.[4, c. 95]

Таким образом, почвообразующие породы отличаются как по происхождению, так и по составу, по строению, а значит и свойствам. Литосфера, состоит из магматических, метаморфических и осадочных пород. Формирование почвообразующих пород связано с процессами выветривания горных пород, переносом, переотложением продуктов выветривания. Основную роль в процессе почвообразовании играют осадочные породы.

Почвообразующие породы в большой степени влияют на состав, свойства формирующихся из них почв. Это сказывается на скорости преобразования минеральной массы при почвообразовании, закрепления образующихся органических веществ и др.

 

 

 

 

 

3. Гранулометрический состав

 

На сегодняшний день существуют различные толкования термина «гранулометрический  состав почвы». Например, Викепедии  принадлежит следующее определение: «Гранулометрический состав – (механический состав, почвенная текстура)  относительное содержание в почве, горной породе или искусственной смеси частиц различных размеров независимо от их химического или минералогического состава».

Немного шире определение Большой  советской энциклопедии: «Гранулометрический  состав – содержание в горной породе, почве или искусственном продукте зерен различной крупности, выраженное в процентах от массы или количества зерен исследованного образца. Гранулометрический состав является важным показателем физических свойств и структуры почвы.

Определение, данное в Сельскохозяйственном энциклопедическом словаре несколько отличается от вышеприведённых: «Гранулометрический состав – механический состав почвы, относительное содержание в почве частиц различной величины. Совокупность почвенных частиц с диаметром определённого размера составляет фракцию гранулометрии элементов, например: камни, гравии, песок, пыль различной крупности, ил, коллоиды».  

То есть, гранулометрический или механический состав (устаревшее), относительное содержание различных размеров фракций элементарных почвенных частиц (ЭПЧ), выраженное в массовых процентах. По определению А. Д. Воронина (1986), элементарные почвенные частицы - обломки пород и минералов, а также аморфные соединения, все элементы которых находятся в химической взаимосвязи и не поддаются общепринятым методам пептизации, применяемым при анализе гранулометрический состав почвы [3, c. 49].

В природе элементарные почвенные частицы могут быть округлой, вытянутой, пластинчатой и др. форм. Однако группировку элементарных почвенных частиц по размерным фракциям проводят на основе т. н. эффективных (эквивалентных) диаметров частиц, условно принимаемых за шарообразные. В России элементарные почвенные частицы принято группировать в зависимости от размеров по 11 классам (фракциям) (См. прил. 1).

Разделение частиц на скелет и мелкозем, а также на группы физического песка и физической глины проводят без учета химического  и минералогического состава, лишь на основе физико-механических свойств элементарных почвенных частиц в зависимости от их величины. Границы между более тонкими фракциями могут учитывать другие свойства входящих в них элементарных почвенных частиц. Так, в России границу илистой фракции связывают со специфическим минералогическим составом почвенных частиц мельче 0,001 мм [1, c. 114].

За рубежом принята  иная классификация гранулометрических элементов, в которой за основу выделения  глинистой фракции взята величина 0,002 мм (Прил. 2).

Гранулометрическим составов почв и грунтов называется относительное  содержание в них частиц различной величины, в весовых процентах, при высушенной при температуре 105 градусов Цельсия почвы.

Механический (гранулометрический) состав оказывает влияние на ряд  важных свойств почвы: пористость, водопроницаемость, высоту капиллярного поднятия, величину поглотительной способности, водный, воздушный и тепловой режим почвы, усадку и набухание [14, c. 107].

В производственном отношении  лучшими являются суглинистые почвы (легко и средне суглинистые).

Песчаные почвы бесструктурны, бедны органическим веществом и  зольными элементами питания растений, но хорошо водопроницаемы и легко обрабатываются. Глинистые почвы, наоборот, плохо водопроницаемы, слабо аэрируются, с трудом обрабатываются, образуя глинистую корку, однако богаты зольными элементами.

Содержание почвенных частиц разной величины определяется различными методами гранулометрического анализа. В результате этого выделяются группы частиц определенного размера, так называемые гранулометрические фракции [11, c. 109].

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

Фракции частиц различной величины имеют различный минеральный состав. В России частицы крупнее 10 мм состоят почти исключительно из обломков пород. Частицы величиной от 10 до 3 мм - обломки пород и отдельные породообразующие минералы. Частицы величиной от 3 до 0,25 мм - исключительно породообразующие минералы, причем с уменьшением размера частиц возрастает процентное содержание кварца. Частицы от 0,25 до 0,01 мм состоят почти полностью из чистого кварца. Частицы мельче 0,001 мм представляют преимущественно смесь глинистых минералов с незначительным количеством гидроксидов железа и некоторых других минеральных образований [13, c. 38].

В почвоведении иногда используют термин "физическая глина", под  которым понимается сумма частиц менее 0,01 мм. Изучение минерального состава различных гранулометрических фракций почв и почвообразующих пород показывает, что объединение частиц величиной менее 0,01 мм в единую фракцию мало обосновано. Понятие "глина" должно отвечать фракции частиц величиной менее 0,001 мм. Некоторые исследователи относят к глине частицы менее 0,005 мм, что так же не совсем правильно.

Физические свойства гранулометрических фракций также  существенно различаются между  собой. С уменьшением величины частиц возрастают гигроскопичность, высота капиллярного водоподъема, емкость поглощения. Такие свойства, как пластичность, липкость и набухание, в частицах крупнее 0,005 мм практически отсутствуют [8, c. 105].

В природных условиях почвенные частицы находятся  не в разъединенном состоянии, а  собраны в агрегаты. Поэтому различают агрегатный анализ, в результате которого выявляют процентное содержание в почве агрегатов различной величины, и гранулометрический анализ, проводимый с полным разрушением агрегатов для установления процентного содержания почвенных частиц.

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 .

Для разделения песчаных и более крупных частиц используются сита с различной величиной отверстий. Для разделения пылеватых и илистых (глинистых) частиц применяются различные варианты седиментационного анализа. Седиментационный анализ основан на обособлении частиц вследствие неодинаковой скорости осаждения (седиментации) их в воде в зависимости от величины и массы [1, c. 20].

Таким образом, гранулометрический состав (механический состав, почвенная текстура) – относительное содержание в почве, горной породе или искусственной смеси частиц различных размеров независимо от их химического или минералогического состава. Гранулометрический состав определяет многие физические свойства и водно-воздушный режим почв, а также химические, физико-химические и биологические свойства.

Гранулометрические фракции элементарных почвенных частиц отличаются по своим особенностям и функциям. По мере убавления размеров гранулометрических элементов усложняется их химический состав, модифицируются физико-механические признаки, возрастает роль в развитии плодородия почвы.

 В зависимости от  того, в каком совмещении находятся  фракции элементарных почвенных  частиц, модифицируются в одно-физические, физико-механические, лёгкие, тепловые  свойства почвы, её поглотительная  способность, накопление гумуса, зольных элементов и азота. Посему гранулометрический состав почвы - их важнейшая генетическая, агрономическая и лесорастительная характеристика.

Меньший диаметр частиц означает большую удельную поверхность, а это, в свою очередь – большие величины ёмкости катионного обмена, водоудерживающей способности, лучшую агрегированность, но меньшую порозность. Тяжёлые почвы могут иметь проблемы с воздухосодержанием, лёгкие – с водным режимом.

Разные фракции обычно представлены различными минералами. Так, в крупных преобладает кварц, в мелких — каолинит, монтмориллонит. По фракциям различается способность образовывать с гумусом органоминеральные соединения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Классификация почв  по механическому составу и  их характеристика

 

В основу классификации  почв по механическому составу положено процентное соотношение фракций  физического песка и физической глины. В классификации учитываются генетические особенности почв, что отражается в различии градаций содержания физической глины и физического песка при определении наименования механического состава различных по генезису почв. Почвы разного механического состава существенно отличаются по своим свойствам, обладают неодинаковым плодородием.

По отношению к механической обработке выделяют легкие почвы  и тяжелые. Легко обрабатывать почвы  песчаные и супесчаные, тяжело —  суглинистые и глинистые. Легкие почвы (песчаные и супесчаные) обладают хорощей водопроницаемостью и аэрацией, плохо удерживают влагу, однако они бесструктурны, бедны гумусом и элементами питания. Тяжелые почвы (суглинистые и глинистые) оказывают большое сопротивление при обработке, так как обладают большой связностью и липкостью во влажном состоянии. Эти почвы плохо водопроницаемы и способны удерживать много влаги длительное время. В тяжелых почвах накапливается больше гумуса и элементов питания, они способны к оструктуриванию [16, c. 147].

В результате процессов  выветривания плотные горные породы превращаются в рыхлую массу, состоящую из частиц различного размера, которые называются механическими элементами. Механические элементы, близкие по размерам, объединяются во фракции. Совокупность механических фракций представляет механический состав почвы.

По преобладанию частиц той или иной крупности почвы относят к песчаным, суглинистым, глинистым разновидностям и т.д. В почвоведении принята классификация почв по механическому составу, разработанная Н. А. Качинским, по которой все почвы подразделяются на категории в зависимости от содержания в них физической глины, т. е. частиц размером менее 0,01 мм (прил. 1).

Так, глинистыми почвами  в зоне подзолистого типа почвообразования называются такие почвы, в которых  содержится более 50% физической глины. В суглинистых почвах физической глины будет содержаться от 20 до 50% и т. д.