Строение и состав почвы Почвенный профиль. Морфологические признаки почв.

В результате длительного почвообразовательного процесса изменяются внешний вид и свойства материнской породы. Уже по внешним признакам можно говорить о происхождении почвы, о её химическом составе и плодородии. Внешние признаки почвы обычно изучают по почвенному профилю. Почвенный профиль - это разрез от поверхности почвы до её измененной почвообразовательным процессом породы, обычно на глубину 1-1,5 м. На вертикальной стенке разреза видны размеры почвенного профиля, окраска и сложение отдельных генетических (связанных между собой по происхождению) горизонтов почвы, различные включения и новообразования. Для большинства почв характерно следующее расположение горизонтов.

Горизонт А₁ - перегнойный горизонт (перегнойно-аккумулятивный), отличающийся от нижних слоев почвы более высоким содержанием органического веществ, более тёмной окраской. В этом горизонте происходят накопление перегноя и зольных элементов, их аккумуляция. У чернозёмов перегнойный горизонт имеет почти чёрную окраску, у серых лесных почв - от светло-серой до темно-серой, у каштановых - серо-коричневую. У дерново-подзолистых почв горизонт А₁ сероватый с белёсым оттенком.

Горизонт А₂ светлоокрашенный (подзолистый). Этот горизонт образуется в результате разрушения силикатов, алюмосиликатов, органических веществ, выноса их в нижележащие горизонты. При сильной выраженности подзолообразовательного процесса горизонт А₂ становится белёсым.

Неразложившаяся лесная подстилка или плотная дернина, покрывающие поверхность почвы, обозначаются А₀. В подзолистых почвах горизонт А₂ может следовать непосредственно за лесной подстилкой (А₀). Если верхний горизонт состоит из торфа, он обозначается буквой Т.

На распаханных полях горизонты А₀, А₁ и частично А₂ вовлекаются в обработку, смешиваются и вместо них появляется горизонт Аn (пахотный слой), мощность которого зависит от глубины вспашки.

Горизонт В - горизонт вмывания (иллювиальный), переходный к материнской породе. От отличается от верхнего горизонта меньшим количеством перегноя, а также тем, что в нём накапливаются полуторные окислы и минеральные соли, вымываемые из верхних горизонтов; в нём идет также новообразование минеральных соединений путём изменения самой материнской породы. Обычно горизонт В красно-бурой окраски и имеет различную структуру: ореховатую (в подзолистых и серых лесных почвах), комковатую (в чернозёмах), столбчатую (в солонцах) и т.д. В зависимости от внешних признаков (цвета, структуры) может быть выделено несколько подгоризонтов (В₁, В₂ и т.д.).

На заболоченных почвах на разной глубине, иногда почти с поверхности выделяют глеевый горизонт G, где под влиянием переувлажнения и недостатка воздуха образуются закисные соединения железа и алюминия голубоватого цвета.

Горизонт С - материнская порода, которая участвовала в образовании почвы. Мощность его различна. В нём часто встречаются включения в виде галек, валунов, известковых отложений и т.д.

Выделяют ещё горизонт D, означающий в отличие от материнской подстилающую породу, не затрагиваемую почвообразовательным процессом.

При отсутствии резкого перехода от одного горизонта к другому выделяют переходные горизонты, например А₂В, ВС.

В процессе развития почва приобретает ряд свойств и внешних признаков, которые отличают ее от материнской породы. В ней выделяются генетические горизонты, образуются новые вещества и соединения, которых не было в материнской породе. Под морфологическими признаками понимают внешние признаки почвы, по которым ее можно отличить от горной породы или одну почву отличить от другой, а также приблизительно судить о направлении и степени выраженности почвообразовательного процесса. К главным морфологическим признакам почвы относятся: 1) строение почвы, 2) мощность почвы и ее горизонтов, 3) окраска, 4) гранулометрический состав, 5) структура, 6) сложение, 7) новообразования и включения, 8) характер перехода в нижележащий горизонт и форма границы.

Образование и эволюция почвы приводит к появлению в ней слоев, которые накладываются друг на друга и отличаются по ряду признаков. Эти слои, различающиеся по структуре, цвету, механическому и химическому составу, направленности биологических процессов и связанные между собой общностью происхождения, называются почвенными горизонтами. Совокупность почвенных горизонтов образует почвенный профиль, то есть определенную вертикальную последовательность генетических горизонтов, специфических для каждых почв.

Мощность почвы – это ее вертикальная протяженность, которая измеряется от дневной поверхности до слабо затронутой почвообразовательными процессами материнской породы. Мощность почв колеблется в среднем от 50 до 150 см.

По существующим в почве горизонтам и их вертикальной мощности можно судить о характере почвообразующих процессов и наличии в почве тех или иных веществ. Богатая питательными веществами почва имеет мощный перегнойный горизонт, который свидетельствует о значительном развитии в ней процесса аккумуляции и слабом процессе вымывания. Наличие в профиле почвы резко выраженного элювиального горизонта связано с интенсивным процессом выщелачивания.

Структурой называются соединенные между собой механические элементы (агрегаты), на которые может распадаться почва. Форма, размер и качественный состав структурных элементов неодинаков. Он изменяется в различных почвах, а также в разных горизонтах одной и той же почвы.

В зависимости от формы структурных элементов различают три основных типа структуры:

1. кубовидная, когда структурные элементы равномерно развиты по трем взаимно перпендикулярным осям. Основными видами данного типа структуры являются глыбистая, комковатая, ореховатая и зернистая.

2. призмовидная, когда структурные элементы развиты преимущественно по вертикальной оси. Основные виды – столбовидная, столбчатая и призматическая.

3. плитовидная, когда структурные элементы развиты преимущественно по двум горизонтальным осям и укорочены в вертикальном направлении. Основные виды – плитчатая и чешуйчатая.

В почве или почвенном горизонте структурные элементы не бывают одного размера и формы. Чаще всего встречается смешанный тип структуры, включающий в названии род и вид: комковато-пылеватая, комковато-пластинчатая, пластинчато-пылеватая.

Почва может быть структурной и бесструктурной. При структурном состоянии почвы или породы она делится на структурные элементы определенной формы и величины. При бесструктурном состоянии отдельные механические элементы, слагающие почву, не соединены между собой в более крупные структуры. Они существуют раздельно или залегают сплошной сцементированной массой. Между структурными и бесструктурными почвами имеются переходные почвы, где структура выражена слабо.

Одной из важнейших характеристик почвы является ее гранулометрический состав, или содержание элементарных частиц различного размера. Эти частицы называются механическими элементами. Определить размер каждой частицы, входящей в состав почвы, не представляется возможным. В лабораторных условиях ограничиваются нахождением количества частиц определенного размера в установленных пределах, которые называются фракциями гранулометрического состава.

Существует много методов гранулометрического анализа почв. Наиболее часто в почвенных исследованиях используются методы, основанные на том, что после взбалтывания с водой частицы почвы или породы разного размера оседают на дно с различной скоростью.

Частицы размером < 1 мм называются мелкоземом, в его пределах выделяют частицы крупнее 0,01 мм – физический песок и частицы мельче 0,01 мм – физическая глина. В составе ила выделяют фракцию коллоидных частиц диаметром < 0,0002 мм.

Для характеристики почв в зависимости от крупности входящих в них фракций используются различные классификации. Наиболее часто применяется классификация Н.А.Качинского. (табл.1).

Таблица 1.

Классификация гранулометрических элементов (по Н.А.Качинскому).

Фракции гранулометрических элементов слагают почвы или породы в различных количественных соотношениях. Относительное содержание в почве или породе фракций гранулометрических элементов называется гранулометрическим составом.

Гранулометрический состав почв определяют по соотношению количества фракций физического песка и физической глины (табл. 2). Различные группы гранулометрических элементов по разному влияют на свойства почв, что объясняется различиями их минералогического, физического и химического состава и свойств. Например, песок обладает значительной проницаемостью, влагоемкостью и капиллярными свойствами, а механические элементы крупнее 2,0 мм почти не обладают капиллярной способностью.

Таблица 3.3.2.

Гранулометрический состав почв (по Н.А.Качинскому).

Различают три типа гранулометрических элементов почв: минеральные, органические и органо-минеральные. Основная масса почв состоит из минеральных элементов. По гранулометрическому составу все многообразие почв и пород можно объединить в несколько основных групп с характерными для каждой группы физическими, физико-химическими и химическими свойствами, которые определяют интенсивность почвообразовательных процессов, содержание зольных элементов, плодородие.

Сложение почвы – это внешнее выражение ее пористости и плотности, которое зависит от свойств материнской породы и структурных свойств почвы.

По плотности различают следующие типы сложения: рассыпчатое (в сухом состоянии распадаются на отдельные составляющие), рыхлое (характерно для пахотных горизонтов спелых почв), уплотненное (характерно для некоторых тяжелых почв и уплотненных иллювиальных горизонтов легких почв), плотное (свойственно большинству суглинистых и глинистых почв, особенно их иллювиальным горизонтам) слитное (очень плотное) сложение (характерно для связных глинистых бесструктурных почв).

По сложению почв можно судить об аэрации, водопроницаемости, легкости обработки той или иной почвы.

Окраска почвы – это морфологический признак, который является существенным показателем генезиса почвы, характера протекающих в ней почвообразовательных процессов и ее принадлежности к тому или иному типу. Многие почвы имеют название в соответствии со своей окраской: подзол, чернозем, краснозем. Все разнообразие окраски почвы можно свести к комбинациям и сочетаниям основных цветов: черного, красного, синего и белого.

Гумусовые вещества обуславливают черную, темно-серую и серую окраску. При 10-20 % перегноя почва имеет ярко выраженный черный цвет, 4-6 % гумуса дают серую, каштановую или темно-бурую окраску. Красный цвет почвы обуславливается содержанием в ней соединений водной окиси железа (Fe₂O₃ · nH₂O). При значительном содержании окиси железа почва имеет красную, ржавую или красно-бурую окраску, при небольшом – желтую или оранжевую. Соединения закисного железа (FeO · nH₂O) окрашивают почву или ее отдельные горизонты в голубоватые или сизые тона. Они образуются в почвах с избыточным увлажнением и недостаточной аэрацией. Белая окраска обусловлена значительным содержанием кремнезема (SiO₂), углекислой извести (CaCO₃), каолинита (H₂Аl₂Si₂O₈ · H₂O) или гидратом глинозема (Аl₂O₃ · nH₂O). В ряде случаев белесоватый оттенок могут придавать гипс и легкорастворимые соли.

На окраску почвы также оказывает влияние гранулометрический состав, структурное состояние и влажность почвы. Суглинки и глины характеризуются красными оттенками, пески и супеси – желтоватыми, лессы – палевыми оттенками. Бесструктурные почвы выглядят светлее, чем комковатые или зернистые. Влажные оказываются более темные, чем сухие.

При характеристике почвы, как правило, указывается не только цвет, но и степень окраски (темно-серая, светло-бурая), оттенки (белесая с желтоватым оттенком), промежуточные тона (серо-бурая, коричнево-серая).

Новообразования - это специфические вторичные минералы и их скопления, которые образуются и откладываются в горизонтах почвы и имеют различный химический состав и форму. В зависимости от преобладающего действия и направленности физических, химических и биологических процессов, происходящих в почвах, в ней могут формироваться новообразования химического и биологического происхождения.

Химические новообразования представлены легкорастворимыми соединениями, гипсом, известью, окислами железа, алюминия, марганца, кремнекислотой, гумусовыми веществами и др. - присыпки, налеты, корочки, выцветы, пятна, прожилки, трубки, ортзанды, конкреции, стяжения –пласты, плиты и горизонты цементации.

Новообразования биологического происхождения являются продуктами механической и физиологической деятельности животных и растений. Они представляют собой извилистые ходы (червоточены), экскременты дождевых червей (капролиты), пустые или заполненные ходы роющих животных (кротовины), сгнившие крупные корни растений (корневины), узоры мелких корешков на поверхности структурных отдельностей (дендриты).

Включениями называются тела, органического и минерального происхождения, образование которых не связано с почвообразовательными процессами, а унаследованы от материнской породы. Основными включениями являются:

1. обломки горных пород различного размера, окатанности и минералогического состава, которые свидетельствуют о ледниковом, аллювиальном или местном элювиальном происхождении почвообразующих пород.

2. раковины моллюсков свидетельствуют о недавнем перемещении береговой линии на значительном пространстве суши, о существовании пресных озер и болот.

3. остатки корней и стволов ранее не произраставших в данной местности растений говорят о коренной смене условий почвообразования, что особенно важно при изучении торфяников.

4. антропогенные включения, которые представлены остатками кирпича, стекла, костей, обломков посуды, монетами, подтверждают антропогенный характер трансформации почвенного профиля и составляющих его горизонтов. Археологические находки позволяют датировать возраст почвообразующей породы и самой почвы.

Определенное значение для диагностики и характеристики почв имеет характер перехода данного горизонта в нижележащий и форма границы. Эти параметры характеризуют выраженность почвенного профиля и дают основания для суждений о почвообразовательных процессах. Различают переход постепенный (граница выделяется с неопределенностью более 5 см), заметный (3-5 см), ясный (1-3 см) и резкий (менее 1 см). Форма границ выделяется по нарастанию глубины языков по сравнению с шириной – ровная, волнистая, карманная, языковатая и изъеденная.