2. Морфологические признаки почв

Разнообразные почвы уже по чисто внешним морфологическим особенностям неодинаковы и очень сильно отличаются от других тел природы, в частности от горных пород. Большинство важнейших внутренних особенностей почв, т. е. их минералогический состав, химические, физико-химические и физические свойства отражаются во внешнем облике почв — на их морфологии.

Морфология — учение о форме — составляет основу всех естественных наук. Морфологическое описание почв — это первое, с чего начинается изучение почв в поле. На основе изучения морфологии исследователь сравнивает между собой разные почвы и систематизирует их.

Внешний вид почвы отражает химико-биологические процессы, протекающие в почве. Детальное исследование морфологии почв дает ключ к познанию истории их формирования, а также к научному обоснованию их генезиса. На основе исследования морфологии почв можно получить представление об их составе, химизме протекающих в них процессов, о тех режимах, под воздействием которых почвообразование развивается. Морфология почвы — это ее консервативный признак, медленно меняющийся во времени (в отсутствие деструктивных процессов и коренных мелиорации) и фиксирующий историю развития почвы.

Однако задача исследователя не только констатация и описание особых свойств почв, но и правильное, научно обоснованное объяснение всех ее внешних признаков. Для этого требуется предварительное знание многих важных закономерностей, причин и внутренних процессов, под влиянием которых формируются внешние морфологические признаки. Именно поэтому описание и изучение морфологии неотделимо от исследования внутренних свойств и процессов, происходящих в почве.

Строение почвенного профиля. На разрезе можно видеть, что почвенная толща неоднородна и состоит из чередования различных по окраске, плотности, структуре и другим признакам слоев, или, как принято говорить, почвенных генетических горизонтов. Формирование горизонтов связано с дифференциацией исходной почвообразующей породы под влиянием процессов почвообразования. Совокупность генетических горизонтов образует тот или иной генетический почвенный профиль. Все горизонты в профиле взаимно связаны и обусловлены. Генетический профиль формируется из исходной почвообразующей породы сразу как единое целое, расчленяясь на генетические горизонты.

Строение почвенного профиля столь же разнообразно, сколь разнообразны факторы, его формирующие. По характеру соотношения генетических горизонтов все почвенные профили можно объединить в две большие группы — простые и сложные (рис. 8). Простые профили разделяют следующим образом.

Примитивный профиль (I) имеет лишь поверхностный горизонт А1 либо АС, лежит непосредственно на почвообразующей породе. Подобный профиль характерен для почв, находящихся на начальной стадии своего образования.

Неполноразвитый профиль (II) имеет все горизонты, характерные для данного типа почв, но малой мощности, укороченные. Примером таких почв могут служить некоторые горные почвы.

Нормальный профиль (III) — это наиболее распространенный тип строения почвенного профиля, в котором имеется полный набор генетических горизонтов при нормальной для данных ландшафтных условий мощности горизонтов.

Слабодифференцированный профиль (IV) — практически не расчлененный на горизонты, растянутый, монотонный. Характерен для почв, формирующихся на почвообразующей породе, бедной легко выветривающимися минералами. Такими породами могут быть и кварцевые пески, и древние ферраллитные коры выветривания.

Нарушенный (эродированный) профиль (V) имеют почвы, подвергающиеся водной, ветровой или пахотной эрозии.

Среди сложных профилей выделяют:

Погребенный (реликтовый) профиль (I) содержит два и более профиля или отдельные горизонты, соответствующие былому и современному почвообразованию.

Многочленный профиль (II) формируется на многочленных почвообразующих породах разного строения и выделяется в тех случаях, когда смена породы происходит в пределах почвенного профиля (примерно в 100 см от поверхности).

Полициклический (реликтовый) профиль (III) характерен для почв, формирующихся в условиях периодического отложения почвообразующего материала.

К морфологическим признакам почвы относятся окраска почвы, структура, гранулометрический состав, сложение и степень уплотнения, новообразования и включения.

Окраска почвы — одно из важных и заметных внешних свойств почв, широко используемое для присвоения им различных названий — чернозем, краснозем, желтозем, серозем, каштановая почва и т.д. Разнообразие окраски обусловлено присутствием в почве химических соединений, органики и т.д. Черный цвет обусловлен накоплением органического вещества (гумуса), красный — накоплением оксидов железа, белый — накоплением оксидов кремния и углекислых солей. Это основные цвета. Смешение двух соседних цветов дают ряд переходных тонов. Неоднородная (пестрая) окраска почв может указывать на частую смену окислительно-восстановительных условий как во времени, так и в пространстве, т.е. в самой почве. Окраска почвы во многом зависит от увлажнения (влажная почва всегда темнее, чем сухая) и степени агрегированности. Обычно цвет внутрипедной (внутриагрегатной) части существенно отличается от поверхностной. Это хорошо видно на свежем срезе агрегата.

Структура почвы — важный и характерный генетический и агрономический признак почвы. Структура — это форма и размер структурных агрегатов. В зависимости от соотношения длины трех осей структурного агрегата — вертикальной и двух горизонтальных, расположенных перпендикулярно друг к другу, определяется принадлежность к определенному типу структурного элемента — кубовидному, призмовидному или плитовидному (табл. 9).

Таблица 9 Классификация структурных элементов

(по С.А.Захарову и Б.Г.Розанову)

У агрегатов кубовидного типа длина всех трех осей примерно одинакова. У агрегатов призмовидного типа заметно удлинена вертикальная ось. У агрегатов плитовидного типа вертикальная ось резко укорочена и сильно удлинены по сравнению с ней обе горизонтальные оси. В пределах этих типов структуры могут выделяться агрегаты разного рода. Род структуры определяется характером поверхности структурных агрегатов.

Признаки кубовидной структуры разного рода:

1. Глыбистая — агрегат имеет неправильную форму (бесформенный); характерна для глеевых, слитых, выпаханных горизонтов.

2. Комковатая — агрегат имеет более или менее правильную шаровидную форму, поверхность неровная, шероховатая; характерна для гумусовых и метаморфических горизонтов.

3. Ореховатая — агрегат имеет четко выраженные, почти плоские грани, образующие острые углы и ребра; характерна для верхней части иллювиального горизонта и метаморфических горизонтов.

4. Зернистая — по форме напоминает зерно, т. е. имеет шаровидную или яйцевидную форму; характерна для гумусовых горизонтов лугово-степных почв, особенно черноземов.

5. Пылеватая — состоит из мельчайших микроагрегатов, невидимых невооруженным глазом; характерна для выпаханных и элювиальных горизонтов.

Признаки призмовидной структуры разного рода:

1. Столбчатая — структурные агрегаты имеют форму вертикально стоящих столбов с округленными окончаниями вверху; характерна для солонцовых и слитых почв.

2. Призмовидная — структурные агрегаты имеют четко выраженные грани, плоскости которых располагаются более или менее параллельно друг другу; характерна для нижних частей иллювиальных горизонтов и суглинистых почвообразующих пород.

Признаки плитовидной структуры:

1. Плитчатая — структурные агрегаты по форме напоминают пластинки, залегающие в естественных условиях горизонтально и обладающие очень непрочным строением.

2. Чешуйчатая — агрегаты напоминают изогнутые пластинки, имеющие непрочное строение.

С морфолого-генетической и агрофизической точек зрения, почвенная структура понимается по-разному. С агрономической точки зрения, в структурной почве преобладают «агрономически ценные агрегаты» размером от 0,25 до 7—10 мм. Все другие считаются бесструктурными. С генетической точки зрения, любые естественные агрегаты какой-либо формы, обнаруженные в почве, дают основание считать ее структурной.

Как правило, почвы полиагрегатны, т. е. в почвенном профиле присутствуют агрегаты разных размеров и уровней организации структурной массы.

Формируют структуру почвы многие факторы, среди которых важную роль играют корни растений, особенно дерновинных злаков. Благодаря корням этих злаков структура гумусовых горизонтов почв становится комковатой и зернистой. Кроме того, сруктурообра-зованию способствуют почвенная фауна, особенно дождевые черви, а также гумус, глинистые частицы, оксиды железа и алюминия, карбонаты кальция. Они склеивают, цементируют агрегаты, придают им устойчивость в переувлажненной среде. Присутствие в почве наиболее водопрочных агрегатов свидетельствует не только о хорошей оструктуренности почв, но и о ее высокой агрономической ценности.

Гранулометрический состав почв. Основная часть почв формируется на рыхлых отложениях, которые представляют собой продукты выветривания, т. е. разрушения, преобразования и переотложения исходных плотных пород. Они состоят из минеральных частиц различной крупности, называемых механическими элементами. При этом соотношение частиц разного размера зависит от характера исходной породы, направления, интенсивности и длительности выветривания, определяя тот или иной гранулометрический (механический) состав отложений или элювия породы и, соответственно, формирующихся на них почв.

Гранулометрический состав в значительной степени наследуется от почвообразующих пород и мало меняется в процессе почвообразования. Гранулометрический состав продуктов выветривания плотных пород (элювия) тесно связан с их минералогическим составом: кислые, богатые кварцем породы при выветривании дают крупнодисперсный песчаный материал; элювий основных пород обогащен тонкодисперсными глинистыми частицами. Обычно элювий известняков, мергелей также имеет глинистый состав.

Вся масса мелкозема в зависимости от размера (диаметра) минеральных частиц может быть разделена на отдельные группы, или фракции: скелет (1 — 20 мм), песок (1 — 0,05 мм), пыль (0,05 — 0,001 мм) и ил (меньше 0,001 мм) (табл. 10).

Классификация гранулометрических элементов почв (по Н. А. Каминскому)

У частиц меньше 0,001 мм хорошо выражена способность к коагуляции с образованием агрегатов, включающих и более крупные частицы, что способствует созданию благоприятных физических свойств почв в целом. В частицах крупнее 0,001 мм поглотительная способность практически не выражена.

Легкими называют почвы, в которых преобладают крупные фракции, тяжелыми — в которых преобладают тонкие фракции, преимущественно илистые. В естественных условиях механические элементы в почве практически всегда в той или иной мере скреплены в микроагрегаты размером менее 0,25 мм.

Сопоставление данных гранулометрического состава и микроагрегатного анализа позволяет вычислить фактор дисперсности К, характеризующий степень разрушения микроагрегатов в воде. К = = (а/б) 100 (%), где а, б — ил, по данным микроагрегатного состава и гранулометрического состава соответственно. Чем выше К, тем менее прочны микроагрегаты, и наоборот.

Соотношение частиц разного размера, выраженное в процентах от массы абсолютно сухой почвы, и определяет гранулометрический состав почвы. Классификация почв по гранулометрическому составу основана на разделении почв по содержанию в них так называемой физической глины — частиц меньше 0,01 мм. По содержанию физической глины все почвы делятся на уже известные категории: песок, супесь, суглинок и глина, причем песок разделяется на рыхлый и связный, а суглинок — на легкий, средний и тяжелый. Соответственно глина может быть легкой, средней и тяжелой.

Суглинок или глина состоят из более тонких или более грубых частиц. Поэтому кроме краткого определения гранулометрического состава дают также его качественную характеристику по содержанию фракций песка, пыли и ила. Фракция, присутствующая в минимальном количестве, во внимание не принимается. По двум остальным характеризуют качество гранулометрического состава. При этом название господствующей фракции ставится в конце. Например, суглинок легкий пылевато-иловатый.

Песок и супесь могут быть иловатыми и пылеватыми. В полевых условиях гранулометрический состав почвы определяют визуально, смачивая и скатывая измельченную почвенную массу. Смоченный кусочек почвы замешивают на ладони до состояния крутого теста, а затем скатывают между ладонями. По степени и характеру скатывания влажной почвенной массы узнают гранулометрический состав почвы. При этом руководствуются следующими признаками:

1. песчаная почва — не скатывается между ладонями;

2. супесчаная почва — скатывается в непрочный, легко разрушающийся при малейшем надавливании шарик;

3. суглинистая почва — скатывается в шарик, а затем в шнурок или колбаску. Концы шнурка (колбаски) могут быть крошащимися (легкий суглинок), закругленными (средний суглинок) или острыми (тяжелый суглинок);

4. глинистая почва — быстро и легко скатывается в шарик, затем в колбаску и при тщательном скатывании — в эластичный шнур, легко сворачивающийся вокруг пальца или карандаша.

Метод скатывания применяют при изучении почвы давно, он достаточно достоверен. При тщательном соблюдении правил смачивания и скатывания почвы гранулометрический состав ее определяется точно.

Гранулометрический состав почвы — одна из наиболее важных ее характеристик. Это в первую очередь агрономический показатель, так как он определяет фильтрационную и водоудерживающую способность почв, ее структуру, а также тепловой обмен почв. Некоторые сельскохозяйственные культуры тяготеют к почвам определенного гранулометрического состава, например, виноградная лоза — к щебнистым почвам, а табак, арахис, картофель, бахча — к почвам легкого состава. Различия водно-тепловых условий почв легкого и тяжелого гранулометрического состава определяют также развитие элементарных почвенных процессов по одному из типов почвообразования.

Влажность почвы характеризуют вслед за окраской, структурой и гранулометрическим составом. Сама по себе влажность почвы не является морфологическим признаком, но она влияет на окраску почвы, степень прочности структурных агрегатов и пр.

По степени увлажнения почвы принято разделять на сухие, свежие, влажные, сырые и мокрые. При определении степени влажности почвы используют следующие признаки: сухая почва — почвенная масса при копке, при работе с ней пылит; свежая почва — при прикосновении руки к стенке почвенного разреза ощущается прохлада, но почвенная масса руки не пачкает; влажная почва — при прикосновении руки к стенке почвенного разреза или проведении по ней ладонью остается след; сырая почва — почвенная масса, сжатая в кулак, сохраняет хотя бы на короткое время приданную ей форму; мокрая почва — из стенки разреза выступает вода.

Сложение и степень уплотнения почвы характеризуют внешнее проявление порозности почв. По характеру пустот или полостей, присутствующих в почвенной массе, почва может иметь следующее сложение: пористое, губчатое, ячеистое, трещиноватое.

Пористое сложение — почвенная масса пронизана тонкими круглыми отверстиями диаметром 1 — 2 мм; губчатое сложение — почвенная масса пронизана крупными, преимущественно округлыми отверстиями диаметром до 5 мм; ячеистое сложение — почвенная масса принизана извилистыми пустотами шириной 10 мм и более; трещиноватое сложение — почвенная масса рассечена трещинами — прямыми или извилистыми.

По степени уплотненности в полевых условиях почвы разделяют на: рыхлые, рассыпчатые, уплотненные, плотные и слитые.

Рыхлая почва — почвенная масса свободно распадается на отдельные гранулометрические элементы (пылинки, песчинки).

Рассыпчатая почва — почвенная масса распадается на структурные агрегаты (зерна, орехи, комки), образованные из отдельных сцементированных гранулометрических элементов.

Уплотненная почва — лезвие ножа входит в стенку разреза почти полностью с небольшим усилием.

Плотная почва — лезвие ножа входит в почвенную массу частично (необходимо большое усилие).

Слитая почва — почвенная масса не поддается действию ножа. Для препарирования слитой почвы приходится прибегать к помощи стамески, долота или кирки.

Новообразования в почвенной массе представляют собой ясно видимые скопления различных веществ, имеющих вторичное происхождение, в пустотах почвы или на поверхности структурных агрегатов. Они генетически связаны с почвой и могут выпадать в осадок из почвенных растворов.

Все новообразования можно разделить прежде всего на две разные по характеру и количеству группы — минеральные и органические. Все минеральные новообразования по химическому составу в свою очередь разделяются на несколько групп.

Минеральные новообразования. Оксиды кремния — кремнеземистая присыпка — белый мучнистый налет (пудра) на поверхности структурных элементов или на изломе почвы; гнездовые скопления — мелкие белесые мучнистые пятнышки, вьщеляющиеся на фоне горизонта; прослои или целые горизонты, представляющие собой белую мучнистую аморфную массу.

Окисное железо — бурые и ржаво-бурые пятна, вьщеляющиеся на общем фоне горизонта или по отдельным пустотам, характеризуют начальную стадию накопления оксидных форм железа; рудяковые зерна — плотные стяжения, конкреции размером до 1 мм, свободно отделяющиеся от основной массы почвенного мелкозема (сцементированы они очень плотно и разрушаются с большим усилием); ортштейны — сцементированные рудяковые зерна, слившиеся в ноздреватую или сплошную массу камнеподобного вида (очень прочные, действию ножа или лопаты не поддаются, пробиваются ломом или киркой); ортзанды — плотные коричнево-бурые прослои, состоящие из песчаных частиц, сцементированных оксидами железа (практически водонепроницаемые, разрушаются с большим трудом); псевдофибры — извилистые мраморовидные тонкие желто-бурые прослойки, выделяющиеся на светлом фоне почвенной массы. Ортзанды и псевдофибры свойственны почвам песчаного гранулометрического состава.

Закисное железо — голубовато-сизые пятна, языки и разводы, выделяющиеся на общем фоне горизонта; сизоватые прожилки закисного железа по мелким порам.

Нередко в полевых условиях под действием кислорода воздуха закисное железо окисляется и переходит в форму трехвалентного. Вследствие этого сизый цвет относительно быстро меняется на ржаво-бурый или бурый.

Группа новообразований углекислого кальция и магния (карбонаты). Характерный признак этих новообразований — выделение диоксида углерода при взаимодействии с НС1, что дает эффект вскипания («вскипание карбонатов»). Карбонатная плесень — белый мучнистый налет на поверхности структурных агрегатов или на изломе почвы; карбонатные трубочки — выделения карбонатов по порам, заметные на общем фоне почвенной массы в виде белых нитей или точек; карбонатный псевдомицелий или карбонатная лжегрибница — массовое скопление карбонатных трубочек, образующих сложную причудливую сетку; карбонатная белоглазка — мучнистые стяжения углекислого кальция и магния, выделяющиеся на фоне горизонта в виде белых пятен, от почвенной массы практически неотделимы; карбонатные журавчики — плотные стяжения причудливой формы размером от 3 — 5 мм и более, свободно отделяющиеся от почвенной массы.

Группа новообразований легко и среднерастворимых солей. Солевые выцветы — белый или желтовато-белый мелкокристаллический налет на поверхности структурных агрегатов или на поверхности почвы; солевая корочка — преимущественно белая тонкая (1 — 2 мм) сплошная или прерывистая корочка на поверхности почвы; кристаллы — обычно желтого или чисто белого цвета, состоящие из сернокислого кальция (гипса); розы или друзы —скопление кристаллов гипса, имеющих причудливую форму и свободно отделяющихся от почвенной массы. Новообразования этой группы в отличие от карбонатных новообразований с НС1 не реагируют.

Органические новообразования. К ним относятся гумусовые потеки — серые или буровато-серые полосы преимущественно вертикального направления, выделяющиеся на общем фоне почвенной массы; гумусовая пленка или гумусовый налет - серая, темно-серая или коричнево-серая пленка или корочка на поверхности структурных агрегатов (во влажном состоянии блестящая — лакированная); копролиты — структурные комочки или зернышки, пропущенные через кишечник дождевых червей и насекомых; кротовины — пятна, резко очерченные или расплывчатые, хорошо выделяющиеся на общем фоне почвенной массы. Образуются в результате перемещений землероев.

Включения в почве представлены инородными телами, резко отличающимися по внешнему виду и составу от почвенной массы и не принимающие непосредственного участия в почвообразовании.

К включениям относятся раковины, остроугольные каменистые обломки пород — щебень, гравий и окатанный материал — галька, дресва. К числу включений можно отнести также попадающиеся в почве кусочки древесного угля или обломки кирпича, черепки и т.п. Последние относятся к так называемым антропогенным включениям и в известной мере позволяют судить об относительном возрасте породы и почвы.