Проблема вивітрювання в ґрунтознавстві

курсовая работа

2.1 Склад ґрунту. Утворення і складові частини гумусу

«Ґрунт складається з трьох фаз - твердої, рідкої і газоподібної, а також біологічної частини - ґрунтової біоти (ґрунтової флори, фауни, бактерій, грибів тощо).

Тверда фаза - це основа ґрунту, яка складається з мінеральної та органічної частин.

Мінеральна речовина більшості ґрунтів складає 80-90% твердої фази, яка входила до складу материнської породи. За величиною мінеральні частинки ґрунту, або так звані механічні елементи, ділять на фракції.

Органічна частина ґрунту складається із залишків рослин і тварин, які не розклалися та гумусу.

Гумус - це складний динамічний комплекс різних специфічних ґрунтових органічних сполук. Гумус складає 60-90 % органічної частини ґрунту, крім торфових.

У складі гумусу виділяють три основні групи сполук: гумінові кислоти, фульвокислоти та гумусове вугілля, або гуміни.

Гумінові кислоти мають молекулярну масу 1000 - 1200 і більше, колір від темно бурого до коричнево-чорного. Не розчиняються у воді й розчинні в лугах. Коагулюючи з частинками ґрунту утворюють структурні агрегати. Основними представниками цієї групи є: гумінова, ульмінова та гіматомеланова кислоти.

Фульвокислоти - це сполуки з меншою молекулярною масою, ніж гумінові. Колір від світло жовтого до оранжевого. Розчиняються у воді і лугах. Основними фульвокислотами є: кренові та апокренові кислоти.

Гуміни - це сполуки, нерозчинні навіть у лугах, які є, очевидно, продуктами руйнування гумінових кислот. Гуміни утворюють комплекси з мінеральними частинками ґрунту. Відомі представниками цієї групи є: гумін, ульмін. Також до гумінів відносять ґрунтові бітуми.

Агрономічна цінність гумусу значною мірою визначається співвідношенням вмісту гумінових і фульвокислот. Переважне утворення гумінових кислот супроводжується формуванням у ґрунті чітко виявленого високородючого структурного гумусового горизонту, який характеризується високою поглинальною і водозатримною здатністю, багатий на елементи живлення (властивий чорноземним і іншим ґрунтам). За інтенсивного утворення фульватного гумусу ґрунти легко збіднюються на лужні катіони та інші поживні елементи, набувають кислої реакції і втрачають структурність.

Якість гумусу вважається високою, якщо відношення гумінових кислот до фульвокислот більше одиниці, а такий тип гумусових речовин називається фульватно-гуматний (співвідношення від 1 до 2) і гуматний (співвідношення більше 2). Зазначені типи гумусових речовин найсприятливіші та містять найменшу кількість вільних фульвокислот.

Всі гумусові кислоти володіють високою адсорбційною здатністю, завдяки чому саме вони обумовлюють поглинальну, або вбирну здатність ґрунтів.

Утворення і нагромадження гумусу в ґрунті є одночасно результатом розкладання та синтезу органічних продуктів, які утворюються із рослинних і тваринних залишків. Процеси розпаду органічних решток і формування гумусу ґрунту мають складний ферментативний характер і відбуваються за безпосередньої участі мікроорганізмів (в основному - бактерій і грибів).

Одна частина проміжних продуктів розкладання органічних залишків повністю розщеплюється мікроорганізмами до мінеральних елементів, тобто мінералізується, а утворені мінеральні речовини використовуються зеленими рослинами.

Частина йде на живлення самих мікроорганізмів, в результаті чого утворюються нові органічні речовини.

А ще одна частина продуктів розпаду органічних речовин проходить тривалий шлях перетворень (окислення, поліконденсації, полімеризації), які відбуваються поза мікроорганізмами за участі виділених ними ферментів. У результаті цих процесів утворюються гумусові, або перегнійні, речовини, а сам процес їх утворення називається гуміфікацією.

У середньому 80-90% органічних решток мінералізується до кінцевих продуктів і лише 10-20%, а інколи і менше, бере участь в утворенні гумусу або нагромаджується в ґрунтах у формі стійких до розпаду сполук.

Наприклад, з 1 т внесеного підстилкового гною у ґрунтах Полісся утворюється 42 кг, Лісостепу - 54 і Степу - 56 кг гумусу. Тобто, коефіцієнт перетворення гною в гумус становить близько 5%.

Отже, в наслідок зазначених перетворень органічних сполук у ґрунті утворюється складна суміш органічних речовин, таких як малорозкладені рослинні рештки, проміжні продукти їх розкладу, колоїдні комплекси власне гумусових речовин і розчинні (що швидко мінералізуються) органічні сполуки.

Важливість накопичення гумусу в ґрунті зумовлено тим, що: 1) гумус - це джерело мінеральних елементів живлення для рослин; 2) компоненти гумусу з частинками ґрунту утворюють комплекси, які покращують структуру і зумовлюють поглинальну здатність ґрунту; 3) гумусові кислоти прискорюють процеси вивітрювання мінералів тощо.

У сільському господарстві накопичення та збереження наявного рівня гумусу досягається: 1) внесенням органічних добрив; 2) внесенням мінеральних добрив, особливо азотних, які, засвоюючись рослинами, не "дозволяють" забирати мінеральні елементи з гумусу, тим самим запобігається його руйнування; 3) певним обробітком ґрунту, який повинен бути мінімально неглибоким, так як глибоке приорювання верхнього горизонту руйнує його активну мікрофлору і, відповідно, гальмує процеси розкладання органічних речовин; 4) оптимізацією водного, повітряного і теплового режимів ґрунту; 5) науково обґрунтованим чергуванням культур, яке б передбачало розміщення в сівозміні бобових культур, використання парових полів, ущільнюючих та проміжних посівів тощо.

Рідка фаза ґрунту - це ґрунтовий розчин, який являє собою суміш розчинених мінеральних солей, деяких органічних речовин і газів у воді. У ньому в найдоступнішій для рослин формі знаходяться поживні речовини. Ґрунтовий розчин активно впливає на водозабезпечення рослин за рахунок осмотичного тиску, який визначається концентрацією іонів (від кількох мг/л до 100 і більше г/л), рН тощо, які, в свою чергу, залежать від вмісту води в ґрунті.

Вода в ґрунті знаходиться у різних формах. Підґрунтова вода - вода, яка, просочуючись у нижні шари ґрунту, накопичується над водонепроникним ґрунтовим горизонтом.

Гравітаційна - це вода, що знаходиться у великих некапілярних порах ґрунту і опускається донизу під дією гравітації.

Капілярна вода міститься в капілярних порах ґрунту і рухається в них під дією меніскових сил. Розрізняють капілярно підвішену, капілярно підперту, стикову, внутрішньоагрегатну та інші форми води.

Пароподібна вода - це газоподібна вода у складі ґрунтового повітря.

Плівкова - це крапельно-рідка вода, адсорбована частинками ґрунту.

Гігроскопічна вода - газоподібна вода, адсорбована частинками ґрунту.

Тверда вода - це лід, який утворюється за відємних температур.

З перерахованих форм ґрунтової води доступними для рослин є підґрунтова, за умови неглибокого залягання, гравітаційна та капілярна, всі ж інші форми води є недоступні рослинам і називаються мертвим запасом.

Стан вологості ґрунту, за якого рослини вянуть, тобто наявна волога, недоступна рослинам, називають коефіцієнтом вянення.

Ґрунти характеризуються певними водними властивостями, такими як водопроникність, водопіднімальна, випаровувальна та водоутримуюча здатності.

Водопроникністю називають здатність ґрунту пропускати за одиницю часу певну кількість води з верхніх у нижні горизонти. Процес водопроникності ділять на вбирання та фільтрацію. Вбирання проявляється за неповного насичення ґрунту вологою, тобто тоді, коли пори неповністю заповнені водою, а також включаються сорбційні та капілярні сили. Фільтрація виникає за максимального насичення ґрунту вологою. Вимірюють водопроникність висотою стовпа води, яка просочилась у ґрунт за певний час, і називається ця величина коефіцієнтом фільтрації.

Водопроникність ґрунту залежить від механічного складу і структури ґрунту. Піщані та структурні ґрунти швидше пропускають воду, ніж глинисті і безструктурні. На водопроникність впливає також кількість органічної речовини та колоїдів, які затримують велику кількість вологи.

Водопіднімальна здатність - здатність ґрунту піднімати воду капілярами з нижніх горизонтів у верхні. Швидкість і висота піднімання води залежить від діаметра пор, а значить, від механічного складу і структури ґрунту.

Вода у ґрунті піднімається тим вище, чим тонші капіляри, але швидкість руху води зменшується. Так, у глинистих ґрунтах вода в капілярах піднімається повільно, але на більшу висоту, в піщаних - швидше, але на меншу висоту.

У безструктурних ґрунтах, порівняно із структурними, вода швидше рухається капілярами і непродуктивно витрачається випаровуючись в атмосферу.

Випаровувальна здатність - це властивість ґрунту випаровувати воду. Власне випаровування - це перехід води в стан водяної пари, що зумовлює безпосередні втрати її з ґрунту. Цей процес залежить від таких факторів, як наявність енергії (тепла) для переходу води з рідкого стану в газоподібний, здатність повітря переносити водяну пару від випаровуючої поверхні, наявність води на випаровуючій поверхні.

Водоутримуюча здатність - це властивість ґрунту утримувати в собі воду. За умови високого вмісту води водоутримуюча здатність низька, а під час зменшення кількості води швидко зростає.

Кількість та доступність рослинам ґрунтової води характеризується вологоємністю ґрунту, яка визначається, як вміст води в ґрунті, виражений у відсотках від його маси або обєму.

О.А. Роде виділив пять показників вмісту води в ґрунті: максимальну адсорбційну вологоємність, максимальну гігроскопічність, вологість стійкого вянення рослин, найменшу, або польову, вологоємність і повну вологоємність.

Максимальна адсорбційна вологоємність - це максимальна кількість води, яку може утримати ґрунт за рахунок сил адсорбції. Ця вода недоступна для рослин.

Максимальна гігроскопічність характеризується максимальною здатністю ґрунту вбирати газоподібну вологу із повітря, відносна вологість якого не нижче 94%. Ця волога недоступна для рослин.

Вологість стійкого вянення рослин - запас вологи, за якого спостерігається постійне вянення рослин, яке не зникає і у вологій атмосфері. Відповідно, в ґрунті залишається тільки недоступна для рослин вода. Цю кількість води в ґрунті також називають коефіцієнтом вянення.

Найменша, або польова, вологоємність (НВ) - відповідає такій кількості води, яка складається із всіх форм ґрунтової вологи, крім підґрунтової, гравітаційної та капілярно-підпертої. Це верхня межа доступної рослинам ґрунтової вологи після стікання гравітаційної води.

Повна вологоємність (ПВ) - найбільша кількість вологи, яку здатний утримувати ґрунт, коли всі пори (капілярні і некапілярні) заповнені водою і поглинальна здатність ґрунту повністю реалізована.

Таким чином, інтервал доступної рослинам вологи обмежується двома величинами - повною вологоємністю і вологістю стійкого вянення. Оптимальною для більшості сільськогосподарських рослин є вологість ґрунту - 60% ПВ або 80% НВ.

Сукупність фізичних та фізико-хімічних явищ, що зумовлюють зміну кількості вологи в ґрунті та швидкості її пересування, називають водним режимом ґрунту. До водного режиму ґрунту належить надходження, вбирання та затримання ним води, її переміщення та витрачання, зміна її фізичного стану тощо.

Залежно від цих процесів виділяють різні типи водного режиму (за Г.Н. Висоцьким): промивний, періодично промивний, непромивний, випітний, а також (за О.А. Роде) іригаційний і мерзлотний.

Промивний. Опадів випадає більше, ніж втрачає ґрунт, і вода, просочуючись донизу, промиває його горизонти. Цей тип водного режиму характерний для Поліської і Північно-Західної Лісостепової зон України.

Періодично промивний характерний для регіонів, де чергуються періоди повного промивання ґрунту із обмеженим промоканням. Характерний майже для всього Лісостепу України.

Непромивний тип поширений у районах, де випадає мало опадів, і між верхнім вологим шаром ґрунту та підґрунтовими водами знаходиться незволожений горизонт. Зустрічається на чорноземних і каштанових ґрунтах Південного Степу України.

Випітний тип водного режиму зустрічається в районах, де кількість вологи, яку втрачає ґрунт, значно перевищує кількість опадів. Такий водний режим характерний для пустель та Південного сухого степу України.

Іригаційний водний режим - це водний режим поливних земель.

Мерзлотний тип водного режиму характеризується накопиченням надлишкової води у верхньому шарі ґрунту за рахунок непроникності нижніх замерзлих горизонтів на фоні невеликої кількості опадів. Характерний для Тундрової зони Півночі.

До заходів регулювання водного режиму ґрунтів відносять заходи боротьби з посухою - затримання снігу, дощової води, збільшення водопроникності та вологоємності ґрунту, збереження ґрунтової вологи, штучне зрошення та з перезволоженням ґрунту - осушувальні заходи.

Газоподібна фаза ґрунту - це ґрунтове повітря, що знаходиться між частинками ґрунту у великих некапілярних порах. Його склад відрізняється від атмосферного підвищеним вмістом вуглекислого газу - 0,1 - 10% (в атмосферному 0,03%), азоту - до 80,2% (в атмосферному 78,08%), присутністю аміаку, сірководню, зниженим вмістом кисню - до 10% (в атмосферному повітрі 21%).

Склад ґрунтового повітря залежить від твердої фази ґрунту, вмісту води, життєдіяльності ґрунтових організмів тощо.

Повітряний режим ґрунту - це сукупність усіх явищ надходження повітря в ґрунт, його переміщення і витрачання, обмін газами між ґрунтом, атмосферою, твердою і рідкою фазами ґрунту та виділення газів живими ґрунтовими організмами.

Оптимальний повітряний режим ґрунту необхідний для вирощування високих врожаїв сільськогосподарських культур, так як повітря необхідне для дихання коріння рослин, мікроорганізмів, грибів, водоростей, червів та інших ґрунтових організмів.

Найсприятливіші умови для росту сільськогосподарських рослин складаються за 50-60% пористості ґрунту та за умови, що 60% пор заповнені водою, а 40% - повітрям.

Повітряний режим ґрунту регулюється за допомогою механічного обробітку, внесенням органічних добрив, відведенням надлишкової кількості води, вирощуванням багаторічних трав, тобто заходів, спрямованих на покращення структури ґрунту» [2; 245-263].

Тепловий режим ґрунту - це важливий фактор росту і розвитку рослин та життєдіяльності ґрунтових організмів, який визначається температурними умовами.

Для більшості культурних рослин оптимальною для росту є температура 20-30 °С. Низькі температури сповільнюють фізіологічні процеси в рослинному організмі, а надмірно високі - посилюють процеси розпаду життєво важливих органічних речовин і послаблюють синтетичні процеси.

Джерелом тепла у ґрунті є в основному променева енергія Сонця, а також енергія розкладання органічних речовин і внутрішнє тепло Землі. Температура ґрунту залежить від пори року, рельєфу, кольору поверхні, затінення рослинністю, структури, водозабезпечення і повітряного режиму ґрунту.

Тепловий режим ґрунту визначається сукупністю явищ теплообміну в системі «приґрунтовий шар повітря - рослина - ґрунт - материнська порода» і регулюється низкою прийомів: зміною рослинного покриву (затінення); зміною співвідношення в ґрунті вода-повітря за рахунок обробітку ґрунту, поливів та осушення; мульчуванням поверхні ґрунту: світле - соломою, тирсою, листям і темне - торфом, чорними плівками; cнігозатриманням для захисту від низьких температур; ущільненням снігу за його випадання на незамерзлий ґрунт для кращого його проморожування та інших заходів.

Вміст доступних для рослин поживних речовин визначає поживний режим ґрунту.

Залежно від кількості засвоюваних рослинами хімічних елементів з ґрунту їх поділяють на: макроелементи (С, О, Н, N, P, K, S, Ca, Si, Mg, Fe, Na, Cl) та мікроелементи (Zn, B, Mn, Cu, Mo, Br, F, Ti, W, Ni та інші).

Явище поглинання рослинами мінеральних елементів є процесом обмінного вбирання іонів активною частиною кореня. Рослини, вбираючи з ґрунту К+; чи А-, виділяють у ґрунтовий розчин еквівалентну кількість аналогічних іонів.

Основний запас поживних речовин ґрунту знаходиться у вигляді органічних і важкорозчинних мінеральних сполук. Так, у гумусових горизонтах більше 90% усього азоту, 80% сірки, 60% фосфору, а також значна частина калію, мікроелементів перебуває у формі органічних речовин. Доступними ж поживними елементами рослини забезпечуються в результаті мінералізації органічних сполук ґрунтовими мікроорганізмами і переходу мінеральних важкорозчинних речовин у розчині.

Поживний режим ґрунту регулюється: надходженням поживних речовин у ґрунт завдяки внесенню добрив та азотфіксації; запобіганням втратам поживних елементів ґрунту за рахунок їх змиву і вимивання, росту бурянів; правильним чергуванням культур; оптимізацією водного, теплового і повітряного режимів ґрунту, що активує його мікробіологічну активність і, відповідно, покращує доступність мінеральних елементів тощо.

Делись добром ;)