Морфологические признаки почв

Почвенный профиль. Совокупность почвенных (генетических) горизонтов, идущих от поверхности почвы до материнской породы и последовательно, сменяющих один другого представляет собой почвенный профиль. Каждый почвенный профиль характеризуется определённым строением и мощностью. Под строением почвы понимается сочетание генетических горизонтов, образующих почвенный профиль. В разных почвах это сочетание различно.

Полноразвитый профиль состоит из трёх основных горизонтов (слоёв): гумусового, вмывания (иллювиального) и материнской (почвообразующей) породы. Формирование почвенных горизонтов связано с передвижением различных веществ по почвенной толще.

В зависимости от климатических условий и направления движения водных растворов эти вещества могут передвигаться по почвенному профилю вниз и вверх. В верхнем слое почвы всегда происходит образование и накопление органических веществ. Поэтому, верхний горизонт почвы называется перегнойно-аккумулятивным или просто перегнойным, или гумусовым, горизонтом. Но наряду с аккумуляцией перегноя в верхних слоях почвы под влиянием просачивающейся влаги имеет место и процесс выноса в нижние горизонты минеральных и органических соединений. Поэтому верхнему горизонту почвы дают ещё название перегнойно-элювиального горизонта, чтобы подчеркнуть ту особенность, что в этом горизонте одновременно с накоплением гумуса идёт и процесс вымывания.

Тот слой почвы, в котором процессы выноса преобладают над процессами накопления и который обычно формируется непосредственно под гумусовым горизонтом, носит название элювиального горизонта.

Следующий слой почвы, в котором скопляются приносимые нисходящими и восходящими водными растворами соединения, носит название иллювиального горизонта. Иллювиальный слой внизу сменяется материнской породой.

Так, перегнойно-аккумулятивный горизонт обозначают буквой А; иллювиальный – В; материнскую породу – С. При наличии в почве хорошо выраженного элювиального горизонта его обозначают буквой А₂, гумусовый слой – А₁, пахотный – А_n. Лесная подстилка обозначается буквой А_о. В свою очередь, основные горизонты подразделяются на подгоризонты.

Наиболее распространённые на территории России дерново-подзолистые почвы в целинном состоянии имеют следующее строение профиля:

А₀ – горизонт лесной подстилки, состоящий из полуразложившихся и неразложившихся продуктов лесного опада.

А₁ – гумусовый, или перегнойно-элювиальный, горизонт. Называется так потому, что в нём происходит не только накопление гумуса, но и разрушение и вымывание органических и минеральных соединений.

А₂ – подзолистый, или элювиальный, горизонт, наиболее характерной чертой которого является разрушение минеральной части, сопровождающееся вымыванием продуктов разрушения.

B – горизонт вмывания, или иллювиальный. В этом горизонте накапливается значительная часть соединений, выносимых из перегнойно-элювиального и элювиального горизонтов. Особенно много здесь концентрируется железа и алюминия.

С – материнская порода, совсем не затронутая или в малой степени затронутая почвообразовательным процессом.

Мощность почвы. Толщина почвы от её поверхности до слабо затронутой почвообразованием материнской породы называется мощностью почвы. По мощности почвенных горизонтов можно судить о содержании в них тех или иных веществ. Например, наличие мощного гумусового горизонта говорит о значительном развитии аккумуляции и слабом процессе вымывания, а следовательно, о богатстве почвы питательными веществами.

Цвет горизонта. Соединения, которые входят в состав почвенного горизонта определяет его цвет. Всё разнообразие окраски почв можно свести к сочетанию трёх основных тонов: чёрного, красного и белого. Темный цвет придают почве гумусовые вещества и соединения марганца, светлый – окислы кремния, углекислые соли кальция и магния, глинистые минералы и др. Окислы железа окрашивают почву в охристый, коричневый или бурый цвет.

Сложение почвы. Внешнее выражение порозности и плотности почвы называется сложением почвы. Оно зависит от свойств материнской породы на которых сформировалась данная почва, так и от структурных свойств почвы. Различают наиболее часто встречающиеся в природе типы сложения: рассыпчатое (свойственно песчаным почвам), рыхлое (характерно для суглинистых и глинистых, песчаных и супесчаных почв), плотное (характерно для глинистых и суглинистых почв), очень плотное или слитое (характерно для глинистых бесструктурных почв).

Почвенная структура и механический состав почв. При агрономической оценке они имеют первостепенное значение. Почвенная структура и механический состав почвы определяются в поле на глаз при выкопке почвы из ямы.

Включения и новообразования. Включения представляют собой различного рода обломки горных пород и остатки животных, которые механически вовлечены в однородную массу почвы и присутствие которых в почве не связано непосредственно с почвообразовательными процессами. Сюда относятся гранитные и известняковые валуны и гальки самой различной величины и формы, раковины, кости, кусочки угля и т.д.

Под новообразованиями принято понимать те выделения и скопления различных веществ, которые получились в почвенной толще в процессе почвообразования. Таковы, например, соединения углекислой извести, железа, марганца, или легко растворимых солей, скопляющихся в самых различных видах, чаще всего в иллювиальном горизонте, в результате их вымывания из верхних горизонтов или же поступления их снизу с грунтовыми водами. Нахождение в иллювиальном горизонте чернозёмных почв углекислой извести в виде «белоглазки», или «журавчиков» свидетельствует о вымывании карбонатов кальция и магния из верхних горизонтов и скопления их в более глубоких.

 

Состав почвы

 

Вещественный состав почвы. Почву можно условно разделить по вещественному составу на три части: твёрдую, жидкую и газообразную. Твёрдая часть составляет около 50% её объёма. Остальные части приходятся на поры (пустоты), занятые водой и воздухом в разных соотношениях. Следовательно, твёрдая часть, представленная минеральным и органическим веществом, доминирует. При этом минеральные вещества занимают 90-99% от её массы, на органическое вещество приходится – 1-10%.

Минеральная часть почвы представлена различными минералами, объединёнными в две большие группы: 1) первичные минералы; 2) вторичные минералы. Первичные минералы образовались из магмы в глубоких слоях Земли и представлены следующими классами: окислами (кварц, магнетит, корунд); силикатами (амфиболы, пироксены); алюмосиликатами (полевые шпаты и слюды). Они составляют основную массу магматических пород, по размеру крупные (> 1 мк), не растворяются в воде и придают почве сыпучесть. Вторичные минералы являются продуктами выветривания магматических пород в поверхностных горизонтах суши и представлены глинистыми минералами (90% всех вторичных минералов), простыми солями, гидроокислами и окислами.

Соотношение первичных и вторичных минералов определяет гранулометрический (минералогический) состав почв. В лёгких песчаных и супесчаных почвах преобладают первичные минералы, в тяжёлых – вторичные.

Органическая часть почвы подразделяется на живые и мёртвые органические вещества.

К живым органическим веществам относят корневые системы растений, почвенных животных и микроорганизмы. Особенно большая роль в почвообразовании принадлежит корням растений и микроорганизмам. Так, корневые системы выделяют CO₂, изменяя, тем самым, состав почвенного воздуха. Корни оказывают и механическое воздействие на почвенную массу, разделяя и уплотняя её, способствуют структурообразованию. С целью оструктуривания почв выращивают многолетние травы, имеющие мощную корневую систему.

Микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли) способствуют разложению (минерализации) органических остатков, что обусловливает накопление отдельных химических элементов. Масса микроорганизмов в почве очень велика.

Мёртвое органическое вещество представлено в почвах растительным опадом, главным образом, гумусом. Так, количество растительного опада в степной зоне может достигать 20-25 т/га.

Гумус. Источником образования гумуса в почве служат органические остатки растительного, микробного и животного происхождения. Характер поступления этих остатков в почву у разных групп организмов различный. У древесных растений она представлена наземным опадом из листьев, у травянистых – корневой системой. Количество органических остатков, оставляемых различными растительными группировками, различно. Под травянистой растительностью в метровом слое на 1 га остаётся до 20 т корней.

В условиях сельскохозяйственного производства важным источником для образования гумуса служат вносимые в почву органические удобрения и остающиеся в почве корни и пожнивные остатки сельскохозяйственных культур. В состав органических остатков входят азотистые и безазотистые соединения и зольные элементы.

Образование гумуса происходит под воздействием микроорганизмов в две стадии. Первая стадия заключается в разложении исходных органических остатков и образованием промежуточных продуктов превращения (аминокислоты, моносахариды, полифенолы и др.). Последние подвергаются минерализации с образованием конечных продуктов распада (H₂O, CO₂, NO₃), другие – используются гетеротрофными бактериями для питания а третья часть промежуточных продуктов превращения участвует во второй стадии гумусообразования – синтезе гумусовых веществ.

В состав гумуса входят три основные группы соединений: вещества исходных органических остатков (белки, углеводы, лигнин и т. п.), промежуточные продукты превращения и гумусовые вещества, составляющие 85-90% массы гумуса. Последние представляют собой азотсодержащие органические соединения, состоящие из гуминовых кислот и фульвокислот.

В естественных условиях в почвах баланс гумуса либо положительный, либо равновесный. Культурные почвы в большинстве случаев имеют отрицательный баланс.

Гумус содержит до 5% азота, обладает склеивающей способностью, т.е. образует структуру почв, обладает высокой поглотительной способностью по отношению к катионам. Гумус накапливает основные элементы питания растений, которые при его разложении усваиваются растениями, при синтезе гумуса или его разрушении выделяется CO₂.

Механический состав. Механический, или гранулометрический состав – относительное содержание в почве частиц различной величины. Сами частицы называются механическими элементами и по величине подразделяются на следующие фракции. В почвоведении пользуются классификацией гранулометрического состава почв и пород, предложенной Н. А. Качинским (1957). Все эти фракции можно разделить на несколько основных групп: камни - >3,00 мм, гравий – 3-1 мм, песок (крупный, средний, мелкий) – 1-0,05 мм, пыль (крупная, средняя, мелкая) – 0,05-0,001 мм, ил – 0,001-0,0001 мм и коллоиды - <0,0001 мм. Каждая из этих групп обладает определёнными водно-физическими свойствами. Песок хорошо пропускает воду, но плохо удерживает её. Пыль, наоборот, плохо пропускает влагу и хорошо удерживает её. Кроме того, тонкие частицы (пылеватые и илистые) обладают способностью поднимать влагу по капиллярам из грунтовых вод. У крупных частиц – песчаных и каменистых – эта способность выражена плохо.

Таким образом, отношение к воде и к воздуху у разных групп частиц различно. В связи с этим и почвы, имеющие разное соотношение этих групп частиц, обладают неодинаковыми водно-воздушными свойствами.

Различные по размеру механические элементы отличаются и минералогическим составом. Песчаные частицы представлены в почвах в основном первичными минералами, среди которых преобладают кварц и полевые шпаты. В тонких частицах, помимо первичных, содержится много вторичных минералов (каолинит и др.). Вторичные минералы, в отличие от первичных, обладают высокой ёмкостью поглощения, благодаря чему закрепляют зольные элементы. Небольшие по размеру вторичные минералы склеиваются гумусовыми веществами и тем самым способствуют образованию структуры. В то же время, находясь в коллоидном состоянии, они сами оструктуривают почву. Следовательно, тонкие частицы обладают рядом благоприятных свойств по сравнению с крупными. Поэтому, оптимальным является определённое соотношение между крупными и тонкими частицами в почве.

Классификация почв по механическому составу. В зависимости от соотношения частиц выделяют почвы различного механического состава (табл. 2).

 

Таблица 2

Классификация почв по механическому составу (по Н.А. Качинскому)

 

Основное название почвы по механическому составу	% физической глины (частиц < 0,01 мм
подзолистый тип	степной тип
Песчаная:
рыхлая песчаная	0 - 5	0 – 5
связная песчаная	5 - 10	5 - 10
Супесчаная	10 - 20	10 - 20
Суглинистая:
легкосуглинистая	20 - 30	20 - 30
среднесуглинистая	30 - 40	30 - 40
тяжелосуглинистая	40 - 50	40 - 50
Глинистая:
легкоглинистая	50 - 65	60 - 75
среднеглинистая	65 - 80	75 - 85
тяжелоглинистая	> 80	>85

 

В основу приведённоё выше классификации положено соотношение физического песка (частицы от 0,01 до 1 мм) и физической глины (частицы <0,01 мм). Частицы крупнее 1 мм составляют скелетную часть почвы, мельче 1 мм – мелкозём. Гранулометрический состав оказывает большое влияние на процессы почвообразования и агрономические свойства почв. С ним связаны превращение, накопление и перемещение веществ: он определяет физические, физико-химические и водные свойства почв. Исходя из этого, почвы различного механического состава подразделяют на три группы: лёгкие (песчаные и супесчаные), средние (легко- и среднесуглинистые) и тяжёлые (тяжёлосуглинистые и глинистые). Тепловой, водный, воздушный и питательные режимы в почвах каждой из этих групп при одних и тех же условиях складываются по-разному.

Почвенные коллоиды. Среди различных по размеру механических элементов выделяют коллоидные частицы. Почвенные коллоиды – это органические и минеральные частицы размером <0,0001 мм, способные поглощать (адсорбировать) из почвенного раствора ионы и молекулы элементов. Они обладают громадной удельной поверхностью, благодаря которой коллоидные частицы приобретают силы электростатического притяжения. Количество коллоидов в разных почвах различно и зависит от содержания гумуса и механического состава: чем более гумусирована почва и тяжелее её механический состав, тем больше в ней коллоидов и наоборот. Почвообразовательный процесс приводит к разрушению коллоидов в верхней части профиля и выносу их вниз. Среди почвенных коллоидов различают минеральные (глинистые минералы, кремневая кислота и др.), органические (гумусовые вещества) и органо-минеральные. Почвенные коллоиды могут находиться в двух состояниях: в состоянии коллоидного раствора, или золя, и в состоянии осадка, или геля. Под влиянием тех или иных факторов из состояния раствора коллоиды могут переходить в осадок (коагуляция) и наоборот (пептизация).

В составе почв обнаружено большинство известных химических элементов (макроэлементы и микроэлементы).

Глава 19