 |
B) Состав почвенного воздуха, воздушные свойства почв
|
|
|
|
Почвенный воздух – это смесь газов и летучих органических соединений, заполняющий поры почвы, свободные от воды. Главным источником почвенного воздуха является атмосферный воздух и газы, образующиеся в самой почве. Попадая в почву, атмосферный воздух претерпевает значительные изменения. Поэтому состав почвенного воздуха отличается от атмосферного воздуха (Табл.5.1.1).
Таблица 5.1.1. Состав атмосферного и почвенного воздуха, %.
| Воздух | О2 | N | СО2 | Прочие газы |
| Атмосферный Почвенный (верхние 15-30 см) | 20,95 11-21 | 78,08 78-86 | 0,03 0,3-8,0 | - |
Состав атмосферного воздуха достаточно постоянен, и содержание его основных компонентов практически не меняется. Почвенный воздух отличается значительной динамичностью. Изменение состава почвенного воздуха происходит вследствие процессов жизнедеятельности организмов, дыхания корней растений и почвенной фауны, в результате окисления органического вещества. Трансформация атмосферного воздуха в почве тем интенсивнее, чем выше ее энергетический потенциал и биологическая активность, а также зависит от сложности удаления газов из почвенного профиля. Зависимость интенсивности поглощения кислорода почвой из атмосферы выражается следующей формулой (В.Д.Федоров, Т.Г.Гильманов, 1980):
SO2 = F (CO2, TS, W, RS, FS, MS, NS…),
где СO2 – концентрация кислорода в почвенном воздухе; TS – температура почвы, W - влажность почвы; RS - количество корней в почве; FS - дыхание почвенных животных; MS - активность почвенных микроорганизмов; NS - содержание органического вещества.
В зависимости от количественного содержания, в почвах различают макрогазы и микрогазы. К макрогазам относятся азот, кислород, диоксид углерода, к микрогазам – СО, N2О, NО2, предельные и непредельные углеводороды, водород, сероводород, аммиакэфиры, пары органических и неорганических кислот и другие.
|
|
|
Чем почва структурнее, чем больше в ней пустот, особенно крупных, тем легче идет газообмен. Если бы в почве не было газообмена, то растения и микробы быстро использовали бы почвенный воздух и погибли.
Н.Н.Никольский выделяет следующие факторы, влияющие на газообмен с атмосферой:
- диффузия газов, возникающая вследствие различного процентного содержания газов в почве и атмосфере
- изменение барометрического давления.
- колебания температуры. При нагревании почвы возрастает температура и давление почвенного воздуха, который выделяется в атмосферу. При охлаждении почвы происходит обратный процесс.
- проникновение атмосферных осадков в почву, где они обогащают почвенный воздух кислородом и поглощают углекислоту.
- действие ветра (атмосферный воздух проникает на небольшую глубину вследствие действия этого фактора).
- механический состав и структура почвы.
- влажность почвы. В сильно увлажненных почвах газообмен ослаблен. В почвах умеренно влажных (не более полевой или или наименьшей влагоемкости) происходит энергичный воздухообмен.�/p>
c) К общим физическим свойствам почвы относят плотность твёрдой фазы почвы, плотность почвы в целом, пористость почвы.
Плотность твёрдой фазы (удельный вес почвы) – средняя плотность почвенных частиц – масса сухого вещества почвы (М) в единице его истинного объема (Vs), т. е. в единице объема твердой фазы почвы, выраженная в г/см3 или т/м3:
d = M/ Vs.
Плотность почвы (объёмный вес почвы, объёмная масс почвы) – масса сухого вещества почвы (М) в единице её объёма ненарушенного естественного сложения (V), выраженная в г/см3 или т/м3:
dv = M/V.
Объемный и удельный вес
Объемным весом почвы принято называть единицу объема сухого грунта в его природном сложении. Для определения этого параметра проводится взвешивание образца почвы, имеющего ненарушенную структуру и определенный объем.
|
|
|
Удельный вес – единица веса твердой массы грунта без пор. Это выражение соотношения веса твердой фазы почвы заданного объема и веса воды, имеющего такой же объем и температуру 40 °C.
Пористость
Пористостью, или скважностью, называется общий объем пор между составляющими твердой фазы почвы, который выражается в соотношении объема грунта к объему пор.
Величина пор, их сочетаемость и форма могут быть разнообразными, поскольку они образуются в результате случайного взаимодействия полидисперсных частиц. Промежутки, образующиеся между ними, обычно различаются также качеством поверхности. Их основные характеристики – форма и размер – способны изменяться с течением времени вследствие биологических, механических и физических процессов, происходящих в толще грунта.
Механические свойства почв
Пластичность
Пластичность почвы – это ее способность при создании определенного влажностного уровня изменять первоначальную форму и сохранять новую, заданную. Такое качество она получает за счет формирования гидратированных уплотненных оболочек, которые образуются вокруг мелких ее частиц. Максимальными показателями пластичности обладает жирная глина, в структуру которой входят тончайшие чешуеобразные частицы, расположенные слоями – одна поверх другой.
Липкость
Липкость – такое свойство почвы, при котором она, находясь во влажном состоянии, прилипает к поверхности соприкасающихся с ней предметов. Показатели этого параметра обусловлены главным образом составом почвы и уровнем ее влажности. Липкость способна проявляться при влажности от 40 до 60 % в бесструктурных грунтах и от 60 до 70 % – в структурных.
При условии дальнейшего увлажнения она переходит в разряд текучести, а при высушивании материала такое свойство может быть полностью утраченным. Таким образом, можно говорить о том, что липкость – это качество почвы, которое зависит от уровня влажности в соответствующий момент времени.
Связность
Связность – термин, которым обозначено свойство почвы, выражающееся в соединении составляющих ее частиц. Для измерения данной величины используются показатели силы, которая способствует удерживанию и сцеплению частиц друг с другом. Связность зависит от когезии, адсорбции, степени увлажненности грунта и его цементирующей способности, которая, в свою очередь, обусловлена структурой и составом почвы.
|
|
|
Твердость
Твердостью, или плотностью, считается степень сопротивления почвы действию твердого предмета. На основании данного параметра различают почвы следующих видов:
► рыхлые (частицы грунта легко соскальзывают с поверхности воздействующего предмета);
► рыхловатые (обладает несколько меньшей сыпучестью);
► уплотненные (степень сопротивления такого грунта предмету воздействия можно назвать удовлетворительной);
► твердые (частицы грунта прилипают к поверхности действующего предмета, а стенки среза остаются плотными);
► очень твердые (не поддается разрезанию лопатой или ножом).
Удельное сопротивление почвы, то есть сопротивление передвижению в ней рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий. Это как бы равнодействующая многих физико-механических свойств почвы.
Химия почв
a) Органическое вещество почвы представлено двумя группами веществ: органическими остатками отмерших организмов (главным образом растений), в разной степени затронутых разложением, и продуктами их гумификации — гумусовыми веществами (гумусом).
Основную часть органического вещества почв автоморфного ряда составляют специфические гумусовые вещества. Гумусовые вещества представляют собой смесь различных по составу и свойствам высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений, имеющих общие части строения и общность некоторых свойств.
По растворимости и экстрагируемости из почвы гумусовые вещества делятся на следующие группы (групповой состав гумуса): фульвокислоты (ФК), гуминовые кислоты (ГК) и гумин.
b) Глинистые минералы, их строение, состав и свойства.
Глинистые минералы — группа водных силикатов, слагающих основную массу глинистых отложений и большей части почв и определяющих их физико-химические, механические и др. свойства.
|
|
|
Глинистые минералы являются продуктом выветривания преимущественно алюмосиликатов и силикатов магматических и метаморфических горных пород на дневной поверхности. В процессе выветривания глинистые минералы испытывают стадийные преобразования структуры и химического состава в зависимости от изменения физико-химических условий среды выветривания и седиментации. Размеры частиц глинистых минералов в глинах большей частью не превышают 0,01 мм. По кристаллической структуре глинистые минералы относятся к слоистым или псевдослоистым силикатам.
Высокая удельная поверхность, изоморфные замещения, обилие сколов кристаллической решётки и нескомпенсированных зарядов придаёт глинистым минералам катионнообменную способность. Также они способны химически связывать воду.
В состав минералов входят слои, состоящие из кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров, эти слои объединяются в элементарные пакеты, совокупность которых формирует частицу минерала. По набору слоёв в пакете различают несколько групп глинистых минералов:
· Группа каолинита (каолинит, галлуазит) c пакетом, состоящим из одного слоя октаэдров и одного слоя тетраэдров. Пакеты прочно связаны между собой и плотно прилегают друг к другу, в результате чего молекулы воды и катионы металлов не могут входить в межпакетное пространство и минерал не набухает в воде, а также обладает низкой ёмкостью катионного обмена (ЕКО).
· Группа монтмориллонита или группа смектита (монтмориллонит, нонтронит, бейделит и др.) с трёхслойным пакетом вида тетраэдр-октаэдр-тетраэдр. Связь между пакетами слаба, туда проникает вода, из-за чего минерал сильно набухает. Отличается высокой ЕКО (до 80-120 мг-экв на 100 г.).
· Группа гидрослюд (гидробиотит, гидромусковит и др.) также с трёхслойным пакетом, но сильной связью между ними. Практически не поглощают воду и не набухают в ней. Отличаются высоким содержанием калия, поскольку его ионный радиус позволяет ему входить в пустоты структуры минерала.
· Группа хлорита с четырёхслойной набухающей структурой.
· Группа смешаннослойных минералов с чередованием пакетов различных типов. Носят названия вида иллит-монтмориллонит, вермикулит-хлорит и т. п., свойства сильно варьируют
|
|
|
