🗊Презентация Lektsia__2_Gran_sost_org_v-vo

Лекция № 2. Гранулометрический состав почв. Органическое вещество почвы.

Рассматриваемые вопросы. Гранулометрический состав почв и пород. Значение гранулометрического состава почв и пород. Органическое вещество почв.

Литература. 1.Ганжара Н.Ф. Почвоведение. – М.: Агроконсалт, 2001. 2. Почвоведение / Под редакцией И.С. Кауричева. – М.: Агропромиздат, 1989. 3. Мамонтов В.Г., Панов Н.П., Кауричев И., С., Игнатьев Н.Н. Общее почвоведение.– КолосС, 2006. – 456 с. 4. Кирюшин В.И. Агрономическое почвоведение. – М.: КолосС, 2010. – 687 с.:

ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ Твердая фаза минеральных почв и почвообразующих пород состоит из частиц различного размера, которые называются механическими элементами.

Классификация механических элементов (Н.А. Качинский, 1965)

Частицы размером более 1 мм называют почвенным скелетом, менее 1 мм – мелкоземом. Частицы размером более 1 мм называют почвенным скелетом, менее 1 мм – мелкоземом. Отдельные фракции механических элементов заметно различаются по химическому и минералогическому составу, физико-химическим и водно-физическим свойством. Общая закономерность заключается в том, что по мере уменьшения размера фракции в них снижается содержание кварца, увеличивается количество слюд и вторичных минералов, в первую очередь глинистых (табл.2).

Минералогический состав фракций механических элементов покровного суглинка (А.А. Роде, 1955)

Камни (> 3 мм) представляют собой обломки горных пород. Наличие камней в почве затрудняет ее эффективное использование, поскольку мешает работе сельскохозяйственных машин и орудий, ухудшает заделку семян и развитие растений. Каменистость почв оценивают в зависимости от содержания каменистого материала (табл. 4). Камни (> 3 мм) представляют собой обломки горных пород. Наличие камней в почве затрудняет ее эффективное использование, поскольку мешает работе сельскохозяйственных машин и орудий, ухудшает заделку семян и развитие растений. Каменистость почв оценивают в зависимости от содержания каменистого материала (табл. 4).

Классификация почв по каменистости (Н.А. Качинский, 1958)

Гравий (1 – 3 мм) – состоит из обломков первичных минералов. Высокое содержание гравия в почвах не препятствует обработке, но придает им малоблагоприятные свойства – провальную водопроницаемость, отсутствие водоподъемной способности, низкую влагоемкость, что оказывает отрицательное влияние на развитие сельскохозяйственных культур. Гравий (1 – 3 мм) – состоит из обломков первичных минералов. Высокое содержание гравия в почвах не препятствует обработке, но придает им малоблагоприятные свойства – провальную водопроницаемость, отсутствие водоподъемной способности, низкую влагоемкость, что оказывает отрицательное влияние на развитие сельскохозяйственных культур.

Песчаная фракция (1 – 0,05 мм) – состоит из первичных минералов, прежде всего кварца и полевых шпатов. Обладает высокой водопроницаемостью, некоторой капиллярностью и влагоемкостью, не набухает, не пластична. Характеризуется крайне низкой поглотительной способностью. Для полевых культур пригодны пески с влагоемкостью не менее 10 %, для лесных культур не менее 3 – 5 %. Песчаная фракция (1 – 0,05 мм) – состоит из первичных минералов, прежде всего кварца и полевых шпатов. Обладает высокой водопроницаемостью, некоторой капиллярностью и влагоемкостью, не набухает, не пластична. Характеризуется крайне низкой поглотительной способностью. Для полевых культур пригодны пески с влагоемкостью не менее 10 %, для лесных культур не менее 3 – 5 %.

Фракция крупной пыли (0,05 – 0,01 мм). По минералогическому составу приближается к песчаной, обладает невысокой влагоемкостью, не пластична, слабо набухает, имеет низкую величину удельной поверхности – 1-2 м2/г. Фракция крупной пыли (0,05 – 0,01 мм). По минералогическому составу приближается к песчаной, обладает невысокой влагоемкостью, не пластична, слабо набухает, имеет низкую величину удельной поверхности – 1-2 м2/г.

Фракция средней пыли (0,01 – 0,005 мм). Характеризуется низкой величиной удельной поверхности – 2-10 м2/г, не способна к коагуляции и структурообразованию, не набухает. Вследствие повышенного содержания слюд обладает связностью и пластичностью, удерживает влагу, имеет пло-хую водопроницаемость. Фракция средней пыли (0,01 – 0,005 мм). Характеризуется низкой величиной удельной поверхности – 2-10 м2/г, не способна к коагуляции и структурообразованию, не набухает. Вследствие повышенного содержания слюд обладает связностью и пластичностью, удерживает влагу, имеет пло-хую водопроницаемость. Почвы, обогащенные крупной и средней пылью, легко распыляются, склонны к заплыванию и уплотнению, отличаются слабой водопроницаемостью.

Фракция мелкой пыли (0,005 – 0,001 мм). Состоит не только из первичных, но и вторичных минералов. В связи с этим обладает рядом свойств, не присущих более крупным фракциям: способна к коагуляции и структурообразованию, обладает поглотительной способностью, содержит повышенное количество гумусовых веществ. Удельная поверхность ее превышает 50 м2/г. Однако высокое содержание мелкой пыли в почвах в свободном, не агрегированном состоянии придает им ряд неблагоприятных свойств: плотное сложение, плохую водопроницаемость, чрезмерное набухание и усадку, липкость, трещиноватость, возрастает количество недоступной для растений влаги. Фракция мелкой пыли (0,005 – 0,001 мм). Состоит не только из первичных, но и вторичных минералов. В связи с этим обладает рядом свойств, не присущих более крупным фракциям: способна к коагуляции и структурообразованию, обладает поглотительной способностью, содержит повышенное количество гумусовых веществ. Удельная поверхность ее превышает 50 м2/г. Однако высокое содержание мелкой пыли в почвах в свободном, не агрегированном состоянии придает им ряд неблагоприятных свойств: плотное сложение, плохую водопроницаемость, чрезмерное набухание и усадку, липкость, трещиноватость, возрастает количество недоступной для растений влаги.

Ил (< 0,001 мм) состоит преимущественно из высокодисперсных вторичных минералов. Их первичных минералов встречается кварц, ортоклаз, мусковит. Ил (< 0,001 мм) состоит преимущественно из высокодисперсных вторичных минералов. Их первичных минералов встречается кварц, ортоклаз, мусковит. Илистая фракция имеет большое значение в создании почвенного плодородия. Благодаря высокой удельной поверхности, достигающей 200 – 250 м2/г, она играет главную роль в физико-химических процессах, протекающих в почве. Ил обладает высокой поглотительной способностью, содержит много гумуса, элементов зольного и азотного питания растений. Коллоидной части этой фракции принадлежит особо важная роль в структурообразовании и формировании почвенного поглощающего комплекса. Водно-физические и физико-механические свойства почв, обогащенных илистой фракцией, в значительной мере определяются ее способностью к коагуляции и склеиванию механических элементов в агрегаты. Эта способность зависит от минералогического и химического состава почвы, обогащенности ее гумусом, соединениями кальция и железа, от состава поглощенных катионов. Необратимая коагуляция илистой фракции способствует структурообразованию. Структурная почва даже при высоком содержании ила характеризуется благоприятными физическими свойствами. В ряде случаев высокое содержание ила негативно влияет на свойства почв. При развитии восстановительных процессов в результате переувлажнения, высоком содержании в ППК обменных ионов натрия или водорода, большом количестве минералов группы монтмориллонита в малогумусных почвах, значительная часть ила находятся в свободном состоянии и легко пептизируется водой. Почвы, содержащие много водопептизируемого ила при увлажнении заплывают, содержат мало воздухоносных пор, характеризуются повышенной плотностью, набухаемостью и липкостью, низкой водопроницаемостью, склонны к коркообразованию.

Единая классификационная шкала почв по гранулометрическому составу

Вся совокупность органических компонентов в пределах почвенного профиля называется органическим веществом почвы.

Состав органического вещества почв По составу органическое вещество почв можно разделить на три части. 1. Источники гумуса – свежие, неразложившиеся вещества растительного и животного происхождения, ежегодно поступающие в почву в виде наземного и корневого опада растений, остатков животного происхождения, в том числе микроорганизмов, состоят из веществ неспецифической природы (белки, углеводы, лигнин и др.). 2. Детрит — промежуточные продукты разложения и гумификации источников гумуса, не связанные с минеральной частью почвы. Содержат много неспецифических веществ. 3. Гумусовые вещества специфической природы: гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин, связанные в различной степени прочности с минеральной частью почвы.

Исходя из функциональных свойств и способности к трансформации, в одну группу объединяют две первые части — источники гумуса и детрит — под общим названием легкоразлагаемое (лабильное) органическое вещество. В эту же группу входят и практически все виды внесенных в почву органических удобрений (различные виды навоза, компосты и др.). Исходя из функциональных свойств и способности к трансформации, в одну группу объединяют две первые части — источники гумуса и детрит — под общим названием легкоразлагаемое (лабильное) органическое вещество. В эту же группу входят и практически все виды внесенных в почву органических удобрений (различные виды навоза, компосты и др.). Гумусовые вещества, как наиболее устойчивые к разложению, следует относить к стабильной (трудноразлагаемой) части органического вещества.

Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений образующихся при разложении и гумификации органических остатков и продуктов жизнедеятельности живых организмов. Гумусом называют сложный динамический комплекс органических соединений образующихся при разложении и гумификации органических остатков и продуктов жизнедеятельности живых организмов. В составе гумуса различают промежуточные продукты распада и гумификации, неспецифические органические соединения и специфические гумусовые вещества.

Источники органического вещества почвы и их химический состав. К потенциальным источникам относятся все компоненты биоценоза, которые поступают на поверхность почв или в толщу почвенного профиля после завершения жизненного цикла. Главный источник органического вещества почвы в естественных ценозах - растительные остатки в виде наземного и корневого опада.

Растительный опад

Система органических веществ почвы (Д.С. Орлов, 1985)

Гумусовые вещества представляют собой гетерогенную, полидисперсную систему высокомолекулярных, азотсодержащих, ароматических органических соединений кислотной природы. Гумусовые вещества представляют собой гетерогенную, полидисперсную систему высокомолекулярных, азотсодержащих, ароматических органических соединений кислотной природы. В их составе выделяют три группы: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумин, или негидролизуемый остаток. Качественное соотношение этих групп характеризует групповой состав гумуса.

Для отнесения органических соединений к классу гумусовых кислот необходимо сочетание следующих важнейших признаков: Содержание углерода в пределах 36-62 %, при обязательном содержании азота от 2 до 6 %. Наличие циклических фрагментов, содержащих 3-6 % гетероциклического азота. Наличие негидролизуемого азота в количестве 25-55 % от общего. Характер электронных спектров поглощения( при значениях длины волны 465 нм) порядка 0,01-0,1.

В составе гумусовых кислот различают гуминовые кислоты (Гк), фульвокислоты (Фк) и гиматомелановые кислоты (Гмк)

Строение молекулы гуминовой кислоты Ядро молекулы состоит преимущественно из ароматических и гетероциклических соединений типа бензола, фурана, пиридина, нафталина и др. Периферическую часть формируют цепочки боковых радикалов, состоящие из углеводных, аминокислотных и углеводородных фрагментов, соединенных между собой углеродными, аминокислотными и другими цепочками и мостиками (-О-, -N-, -СН2-, -С-С-) и образуют рыхлое сетчатое строение. Функциональные группы: карбоксильные (СООН), метоксильные (ОСН3), карбонильные (СО), аминогруппы (NH2), спиртовые и фенольные гидроксилы (ОН) и некоторые другие.

Сравнительная характеристика гумусовых кислот

Состав и свойства гуминовых кислот Значительная часть азота находится в труднодоступной для растений форме. Кроме того, в составе препаратов всегда содержится 1-5% зольных элементов (Si, Al, Fe, P и др.), даже после тщательной их очистки. Наличие функциональных групп обусловливает очень высокую емкость поглощения катионов (300-700 мг-экв на 100 г до 800-1000 мг-экв). По современным представлениям молекула Гк представляет собой подобие “рыхлой сетки” такое своеобразное строение, наличие пор в ассоциатах, обусловливает способность Гк к адсорбции воды и набуханию, которое может достигать 300–400 %.

Водород функциональных групп способен замещаться на металлы. При этом образуются соли гуминовых кислот — гуматы. Водород функциональных групп способен замещаться на металлы. При этом образуются соли гуминовых кислот — гуматы. Условно принимается, что ядро молекул обладает гидрофобными свойствами, а периферическая часть - гидрофильными.

Строение молекулы гуминовой кислоты (по С.С. Драгунову и др., 1948)

Фульвокислоты — группа светло-окрашенных (от желтой до бурой) гумусовых кислот (креновые, апокреновые), сходных по составу и строению с гуминовыми кислотами. обладают большей подвижностью в почвенном профиле и агрессивностью по отношению к минеральной части почв. При взаимодействии фульвокислот с катионами образуются соли — фульваты. Водные растворы фульвокислот обладают очень кислой реакцией (рН 2,6–2,8).

Гумины (негидролизуемый остаток) — совокупность соединений гуминовых и фульвокислот, очень прочно связанных с минеральной частью почв.

Процессы трансформации органических остатков в почвах и образование гумусовых кислот Совокупность процессов трансформации органических веществ в почвах составляет процесс гумусообразования, который определяет формирование и эволюцию гумусового профиля (органопрофиля) почв. В число процессов входят: поступление в почву органических остатков, их разложение, минерализация и гумификация, минерализация гумусовых веществ, взаимодействие органических веществ с минеральной частью почвы, миграция и аккумуляция органических и органно-минеральных соединений.

Минерализация – распад органических остатков до конечных продуктов – воды, углекислого газа и простых солей. В результате минерализации происходит сравнительно быстрый переход закрепленных в органических остатках различных элементов ( N P, S, Ca, Mg, K, Fe и др. ) в минеральные формы и потребление их новыми поколениями живых организмов. Гумификация – совокупность биохимических и физико-химических процессов трансформации продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соединений - гумусовые кислоты почвы. Итог гумификации – закрепление органического вещества в почве в форме новых, устойчивых к микробиологическому разложению продуктов, служащих аккумуляторами огромных запасов элементов питания и энергии.

В зависимости от количественного соотношения группы гуминовых кислот и группы фульвокислот устанавливается тип гумуса почвы: гуматный – Сгк : Сфк >2 фульватно–гуматный – Сгк : Сфк =1–2 гуматно–фульватный – Сгк : Сфк = 0,5–0,99 фульватный – Сгк : Сфк < 0,5

Роль органического вещества в генезисе и плодородии почв. Функции, связанные с генезисом почвы, формированием ее морфологических признаков, вещественного состава и свойств. Формирование специфического органопрофиля. Агрегатообразование с участием гумусовых и глиногумусовых соединений. Взаимодействие гумуса с минералами и формирование микробиологически и термодинамически устойчивых структур. Формирование сложения и влияние гумусовых веществ на водно-физические свойства почвы. Формирование лабильных миграционнноспособных соединений и вовлечение минеральных компонентов почвы в биогеохимический круговорот. Формирование сорбционных, кислотно-основных и буферных свойств почвы.

2. Функции, связанные с прямым участием органических веществ в питании растений. 1.Источник элементов минерального питания высших растений (N, Р, К, Са, микроэлементов). 2. Источник органического питания для гетеротрофных организмов и влияние на биологическую и биохимическую активность почв. 3. Источник СО2 в приземном слое воздуха и влияние на продуктивность фотосинтеза. 4. Источник биологически активных веществ в почве, оказывающих влияние на рост и развитие растений, мобилизацию питательных веществ и т. д. (природные ростовые вещества, ферменты, витамины и др.).

3. Санитарно-защитные функции органического вещества. 1.Ускорение микробиологической деградации пестицидов, каталитическое влияние на скорость разложения пестицидов. 2. Закрепление загрязняющих веществ в почвах (сорбция, комплексообразование и т. д.), снижение поступления токсикантов в растение. 3. Усиление миграционной способности токсикантов.

К основным мероприятиям по регулированию количества и состава гумуса относятся: К основным мероприятиям по регулированию количества и состава гумуса относятся: -систематическое внесение в почву достаточно высоких норм органических удобрений в виде навоза и торфяных компостов, -применение зеленых удобрений (люпин, сераделла), -травосеяние, -известкование или гипсование регулирует реакцию почвы, что создает благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, тормозит процессы разрушения и вымывания органических, органо-минеральных и минеральных веществ из почвы. -мелиорация почвы коренным образом улучшает ее водно-воздушный режим и, следовательно, создает хорошие условия как для образования, так и для активного функционирования гумуса.

Гумусовое состояние почв зонального ряда