Основные характеристики состава и свойств почв
Каждая почва состоит из органических, минеральных и органоминеральных комплексных соединений. Основным источником минеральных соединений в почвах являются почвообразующие породы. Минеральное вещество составляет 80-90% всего веса почвы.
Органические соединения почвы формируются в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. В процессе почвообразования происходит накопление органического вещества на поверхности почвы и в ее верхних горизонтах. Разное соотношение процессов поступления растительных и животных остатков в почву и процессов их преобразования, а также разная напряженность этих процессов приводят к тому, что характер горизонтов накопления органического вещества отличается большим разнообразием.
Растительные и животные остатки, попадая в почву, претерпевают сложные изменения. Часть их полностью распадается до углекислоты, воды и простых солей (процесс минерализации). Другая часть преобразуется в сложные новые специфические органические вещества самой почвы — гумусовые вещества (процесс гумификации). Совокупность же специфических и неспецифических органических веществ почв, растительных и животных остатков разной степени разложения, кроме тех, которые еще не утратили тканевого строения, получила название гумуса, или перегноя.
Гумусовые вещества почвы состоят из гуминовых кислот, фульвокислот и гумина. Соотношения между ними определяют качественную характеристику гумуса разных типов почв. Обычно учитывается прежде всего отношение углерода гуминовых кислот (Сг) к углероду фульвокислот (Сф). В том случае, когда это отношение меньше 1, гумус фульватный; когда отношение Сг: Сф больше 1 — гумус гуматный.
Почвенные горизонты обычно характеризуются содержанием гумуса в процентах. Перегнойные и торфяные горизонты характеризуются потерей при прокаливании. Потеря при прокаливании — убыль в весе почвы при нагревании ее до 450-500°С при свободном доступе воздуха за счет потери воды и органических веществ — выражается также в процентах.
Следующей важной характеристикой химических свойств почв является степень их кислотности. Она определяется в суспензиях, полученных при взбалтывании почв с водой (актуальная кислотность) или раствором КCl ( обменная кислотность), и выражается в единицах pH. По величине степени кислотности различают кислые, нейтральные и щелочные почвы. В зависимости от степени кислотности определяют нуждаемость почв в известковании или гипсовании и нормы внесения извести и гипса.
Одной из важнейших сторон почвообразования является образование почвенных коллоидов и формирование почвенного поглощающего комплекса, способного удерживать катионы кальция, магния, натрия, калия, аммония, алюминия, железа и водорода в обменном и необменном состоянии.
Общее количество поглощенных оснований Са**, Mg**, Na*, К*, NH4 называют суммой поглощенных оснований. Эту величину выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы (мг-экв на 100 г почвы). Суммарное количество всех обменных катионов называют емкостью поглощения или емкостью обмена и также выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Такие же характеристики имеет поглощение почвами анионов — Сl'1, NO'3, SO'4, РО'4, OH'.
Наличие в составе поглощенных катионов водорода и алюминия обусловливает гидролитическую кислотность почв, величина которой также выражается в мг-экв на 100 г почвы. Отношение суммы поглощенных оснований к величине суммы поглощенных оснований плюс гидролитическая кислотность, выраженное в процентах, называют степенью насыщенности почв основаниями или насыщенностью. По величине степени насыщенности почв основаниями решают вопрос о нуждаемости почв в известковании, необходимых количествах извести и о формах внесения минеральных удобрений.
Одна из основных характеристик вещественного состава минеральной части почвы и его изменения в результате почвообразования может быть получена в итоге определения валового состава. Основные компоненты минеральной части почв — SiO2 — окись кремния (кремнекислота, кремнезем) и R2O3 — полуторные окислы. По изменению их содержания в профилях почв, сформированных на однородных, неслоистых породах, можно судить о наличии или отсутствии дифференциации почвенного профиля. Это прослеживается как по изменению абсолютного содержания окислов в разных горизонтах почвы (%SiO2, %R2O3), так и по изменению молекулярных отношений SiO2 : R2O3.
По количеству подвижных (доступных для питания растений) соединений азота, фосфора, калия оценивают естественное плодородие почв. Содержание этих соединений выражают в миллиграммах на 100 г сухой почвы. На основании данных о содержании подвижных соединений азота, фосфора, калия определяются нормы внесения минеральных удобрений — аммиачного азота, калийных и фосфорных удобрений.
В южных и юго-восточных районах нашей страны в почвах часто накапливаются водно-растворимые соли минеральных кислот, таких, как угольная (Na2CO3, CaCO3, MgCO3, NaHCO3), соляная (NaCl, СаСl2, MgCl2), серная (Na2SO4, CaSO4, MgSО4) и др. По степени растворимости в воде простые соли делятся на мало-, средне- и легкорастворимые. Малорастворимые соли в почвах — MgCO3 и СаСO3 — карбонаты кальция и магния, среднерастворимая соль — CaSO4 2Н2O — гипс, остальные соли относятся к легкорастворимым. Легкорастворимые соли в концентрациях более 0,25% токсичны для растений.
Обычно в профиле незасоленных почв соли распределяются в соответствии с их растворимостью. Легкорастворимые соли выносятся за пределы почвенного профиля, среднерастворимая соль — гипс появляется на значительной глубине (150-200 см), и несколько выше по профилю залегают малорастворимые соли — карбонаты.
Глубина и характер выделения солей учитываются при диагностике почв. В засоленных почвах легкорастворимые соли подтягиваются к поверхности. Морфологически засоление почв определяют в поле по выцветам легкорастворимых солей. Степень засоления почв определяется в лабораторных условиях путем анализа водной вытяжки. Для получения последней навеску почвы заливают определенным количеством специально очищенной воды и взбалтывают — легкорастворимые соли переходят в раствор. В полученном растворе определяют общее содержание солей по величине плотного остатка и состав солей.
Содержание в почвах карбонатов также является диагностическим признаком. В поле глубину залегания невидимых на глаз выделений карбонатов определяют элементарной химической реакцией. На небольшой образец почвы наносят несколько капель разбавленной минеральной кислоты. Обычно применяют 5- 10%-ную соляную кислоту. В случае присутствия карбонатов в почве протекает реакция между ними и кислотой с выделением пузырьков углекислоты, происходит так называемое вскипание почвы. При невысоком содержании карбонатов отмечается лишь слабое потрескивание.
Наряду с химическими свойствами важную роль в жизни почвы играют ее водно-физические свойства, такие, как водопроницаемость, влагоемкость, аэрация почвы и др.
Аэрация почвы в большой степени зависит от поступления воздуха, особенно кислорода, из атмосферы в поры почвы. Приток воздуха определяется в значительной мере порозностью почвы, т. е. объемом пор, заполненных почвенным воздухом (или почвенным раствором).
Поступление влаги в почву складывается из впитывания при частичном заполнении пор водой и фильтрации воды. Совокупность этих явлений объединяется понятием «водопроницаемость почвы». По скорости впитывания воды различают почвы хорошо-, средне- и слабоводопроницаемые. Фильтрация почвы, т. е. нисходящее передвижение влаги в почве или грунте при заполнении всех пор водой, зависит от многих факторов: механического состава, водопрочности агрегатов, плотности, сложения.
Количество воды, характеризующее водоудерживающую способность почвы, называют влагоемкостью. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почве, различают максимальную адсорбционную влагоемкость (влага, которая удерживается па поверхности частиц под действием сорбционных сил), капиллярную (запас воды, удерживаемый капиллярными силами), наименьшую (полевую) и полную влагоемкость или водовместимость (содержание воды в почве при заполнении всех пор водой).
С капиллярной влагоемкостью связано важное в агрономической науке понятие капиллярной каймы. Капиллярной каймой называется весь слой влаги между уровнем грунтовых вод и верхней границей фронта смачивания почвы.
Наименьшая (полевая) влагоемкость — это количество влаги, которое сохраняется в почве (или грунте) при отсутствии капиллярного подтока после стенания избыточной гравитационной воды. Это максимальное количество воды, удерживаемое почвой в естественных условиях при отсутствии испарения и притока воды извне. Влагоемкость почвы зависит от механического, химического, минералогического состава почвы, ее плотности, пористости и т. д.
Аэрация, водопроницаемость, влагоемкость и другие водно-физические свойства почвы являются важными почвенными характеристиками, влияющими на плодородие почвы, ее хозяйственную ценность.
