Ковда В.А., Розанов Б.Г. (ред.) Почвоведение. Часть 1 Почва и почвообразование

Подождите немного. Документ загружается.

магр

=P-P

Σагр

. (7)

Приведенные уравнения для агрегатной и межагрегатной

порозности справедливы лишь в том случае, если вся почва хо-

рошо и полностью агрегирована; если имеется в почве распылен-

ная неагрегированная часть, приходится вносить поправку на

содержание агрегатов в общем объеме почвы, что можно сделать

на основе данных структурного анализа.

Поскольку вода и воздух в почвенных порах являются анта-

гонистами (чем больше воды в почвенных порах при их неизмен-

ном объеме, тем меньше воздуха, и наоборот), важно знать

соотношение пор, занятых водой и воздухом в тот или иной мо-

мент или в том или ином состоянии, которое определяется влаж-

ностью почвы.

Относительный объем пор, занимаемых прочносвязанной во-

дой (в%):

мг

=(W

мг

•d

)/1,5, (8)

где Wмг — максимальная гигроскопичность почвы, % по массе;

1,5— плотность прочносвязанной воды.

Относительный объем пор, занятых рыхлосвязанной водой

(в%):

р св

=(0,5W

мг

)/1,25=(W

зав

-W

мг

/1,25, (9)

где W

зав

—влажность завядания, % по массе; 1,25 — плот-

ность рыхлосвязанной воды.

Наконец, относительный объем пор, занятых капиллярной

водой (в%):

кап

=(W

нв

-1,5W

мг

=(W

нв

-W

зав

, (10)

где W

нв

— наименьшая влагоемкость почвы (см. гл. 6), % по

массе.

Общая порозность, занятая разными категориями воды или

при различной влажности почвы (в%), соответственно составит:

=Р

мг

+ Р

рсв

+ Р

кап

. (11)

Тогда порозность аэрации (в%) будет равна:

аэр

=Р-P

. (12)

Описанное соотношение различной порозности почв было раз-

работано Н. А. Качинским под названием дифференциальной

порозности почвы.

Почвы довольно существенно различаются между собой по

порозности; различна порозность почв и в разных горизонтах

профиля (табл. 3).

В общем случае можно сказать, что чем больше в почвах

органического вещества, чем лучше они оструктурены, тем выше

их общая порозность, а следовательно, тем лучше их водно-

физические и воздушно-физические свойства, определяющие пло-

дородие. Однако существенные поправки в это общее положе-

ние может внести соотношение между внутри- и межагрегатной

порозностью, крупными и тонкими порами. Важное значение

имеет и реальная конфигурация почвенных пор, связанных с их

происхождением в почвенной массе:

— плоскопараллельные трещины (поры растрескивания, упа-

ковки) — это крупные поры с относительно параллельными стен-

ками, вытянутые в одном направлении, формирующиеся в ре-

зультате сжатия (усадки) почвенной массы в процессах увлаж-

нения — обсыхания, нагревания — охлаждения, замерзания —

оттаивания, просадки. Они могут быть ориентированы вертикаль-

но, горизонтально, косо или образовывать сеть разной густоты;

трещины составляют основной объем межагрегатной порозности;

— нерегулярные поры (поры растрескивания, упаков-

ки) — вытянутые или компактные пустоты неопределенной фор-

мы, открытые или замкнутые, внутри агрегатов или между ними;

— камерные поры (поры упаковки, выщелачивания, газовы-

деления) — округлые относительно крупные поры внутри агрега-

тов;

— пузырьковые поры (поры выщелачивания, газовыделе-

ния) — округлые очень мелкие поры внутри агрегатов, имеющие

форму сфер или эллипсоидов;

— трубчатые поры (норы-ходы) — более или менее цилиндри-

ческие, вытянутые в одном направлении поры, простые или ден-

дритовые, закрытые или открытые, ориентированные в разных

направлениях.

Общая характеристика почвенных пор была дана Н. А. Ка-

чинским, который выделял: микропоры диаметром до 0,01 мм;

тонкие капиллярные поры внутри комков диаметром более 0,01 мм.

Таблица 3. Общая порозность (скважность) разных типов почв

Глубина, см

Дерново-

подзолистая

супесчаная

почва Архан-

гельской

области

Дерново-

подзолистая

суглинистая

почва Мос-

ковской об-

ласти

Торфяная

почва Мур-

манской об-

ласти

Обыкновен-

ный суглини-

стый черно-

зем Воронеж-

ской об-

ласти

Южный су-

глинистый

чернозем

Одесской

области

Глубина, см

гори-

зонт

пороз¬

ность,

гори-

зонт

мороз-

ность,

гори-

зонт

пороз¬

ность,

гори-

зонт

пороз¬

ность,

гори-

зонт

пороз¬

ность,

0—10

54,6

Ар

48,9

Т'

90,5

Ар

62,8

Ар

57,3

10—20

Е 47,9 » 48,9 » 90,5 » 61,7 » 52,1

20—30

» 41,4 Е 41,8 T" 88,6 А 63,0 А 51,6

30—40

В1 42,9 » 41,8 » 88,6 » 58,9 » 50,8

40—50

В2 41,0 В1 39,4 T'" 91,2 АВ 59,4 АВ

49,6

50—60

» 39,6 » 39,4 » 91,2

52,7 » 46,7

занятые водой и воздухом; средние поры в комках — ячейки,

канальцы, которые при увлажнении наполняются водой, а после

высыхания — воздухом; капиллярные поры на стыке комков,

большей частью заполненные водой в естественных условиях;

крупные поры между комками, почти всегда заполненные возду-

хом (в незатопленных почвах).

Стенки пор могут быть построены из различного почвенного

материала: неизменной основы, зерен скелета, плазменного ма-

териала (глинистое вещество, гумус, гидроксиды и т. д.), солей,

осажденных из растворов на стенке в поре или выделенных в

пору основой.

Обычно в каждом элементарном объеме почвы имеется ком-

бинация пор всех форм, размеров и генезиса, дающая в целом

очень сложную суммарную характеристику общей порозности.

1.10. Микросложение почв

Под микросложением почв (микростроение по Е. И. Парфе-

новой и Е. А. Яриловой, 1977) понимается то сложение почвен-

ного материала, характеристическое для разных почвообразую-

щих пород, почв и специфических почвенных горизонтов, кото-

рое наблюдается с помощью микроскопа в тонких шлифах

почв ненарушенного строения Обычно это сложение почвенных

агрегатов, включая особенности их поверхности. Микросложение

почв изучается в разделе почвоведения — микроморфологии почв.

Развитие микроморфологии почв как раздела почвоведения

связано с именем австрийского почвоведа Вальтера Кубиены,

опубликовавшего в 1938 г. книгу «Микропочвоведение», где он

систематически изложил новые представления о микросложении

почв и ввел соответствующую терминологию. Большой вклад в

развитие микроморфологии почв внесли И. И. Феофарова,

Е. И. Парфенова, Е. А. Ярилова, Н. Г. Минашина, Г. Альтемюл-

лер, А. И. Ромашкевич, Р. Брюэр, А Йонгериус, В. В. Добро-

вольский, Г. В. Добровольский, С. А Шоба, М И. Герасимова.

Микросложение почвы в принципе повторяет ее макросложе-

ние, однако имеет и некоторые специфические особенности, не

видимые невооруженным глазом. Это та же структурная много-

фазная система, основа которой или матрица представлена твер-

дой фазой почвы, включающей почвенную плазму и зерна ске-

лета.

Матрица почвы — это ее каркас, состоящий из твердых час-

тиц почвы или их микроагрегатов с пустотами (порами) между

ними. Представление о почвенной матрице, плазме и скелете,

резко различающихся по своей роли в почвообразовании, было

введено В. Кубиеной (1938).

Плазма почвенного материала — это та его часть, которая

способна к перемещению, реорганизации и (или) концентрации

в процессе почвообразования; она включает весь материал кол-

лоидного размера, минеральный или органический, и относитель-

Рис. 6. Микросложение почвы, наблюдае-

мое под микроскопом в шлифе ненарушен-

ного строения:

1 — плазма, 2 — зерна скелета, 3 — поры, 4 —

микроконкреция

но растворимый мате-

риал, не связанный в

зернах скелета. Часто

используемыми синони-

мами понятия «плазма»

являются «тонкодис-

персная часть (масса)

почвы» и «глинистая

масса». Плазма почвы

представлена в основ-

ном глинистыми мине-

ралами, свободными по-

луторными оксидами,

гумусом.

Скелетные зерна

почвенного материа-

ла — это индивидуаль-

ные зерна, исключая

морфологически выра-

женные отдельности но-

вообразований (см. ни-

же), относительно ус-

тойчивые и нелегко пе-

ремещаемые, концентрируемые или реорганизуемые в процессе

почвообразования; они включают минеральные зерна и устойчивые

кремниевые либо органические компоненты (элементарные поч-

венные частицы) крупнее коллоидного размера.

Таким образом, микросложение почвы — это пространствен-

ное соотношение (форма, размеры, расположение) матрицы,

включающей скелет, плазму и поры, и почвенных микроновообра-

зований (рис. 6).

Для большинства почв характерна микрозональность сложе-

ния: неоднородность окраски всей почвенной массы или отдель-

ных ее частей, различия в агрегированности, зоны повышенной

или пониженной концентрации тех или иных компонентов, раз-

личия в соотношении между скелетом, плазмой и новообразо-

ваниями. Микрозональность может проявиться и по какому-то

одному компоненту, например по гумусу, соединениями железа,

гипсу, кальциту, солевым выделениям. Согласно А. И. Ромашке-

вич и М. И. Герасимовой (1982), можно выделить следующие

проявления микрозональности в микросложении почв.

1. Микрозональность в распределении оксидов и гидроксидов

железа, проявляющаяся как при автоморфном почвообразовании

на породах с неоднородным распределением железосодержащих

минералов, так и, особенно, при гидроморфном почвообразовании

при оглеении и псевдооглеении, в результате которых имеет место

сегрегация соединений железа.

2. Микрозональность в распределении глинистого вещества,

часто унаследуемая от осадочных почвообразующих пород или

появляющаяся при неоднородном распределении в исходных

породах легковыветривающихся минералов. Обычным случаем

такой микрозональности служит образование натеков тонкодис-

персного материала в иллювиальных горизонтах.

3. Микрозональность по гумусу наблюдается в большинстве

почв, отражая локальную концентрацию органических остатков

в почве на разных стадиях гумификации. Она может быть свя-

зана с наличием в почве копролитов (экскрементов почвенной

фауны).

4. Микрозональность, связанная с миграцией солей в порах:

максимальная концентрация солей на стенках пор и минималь-

ная внутри микроагрегатов.

5. Микрозональность переорганизации почвенной массы, свя-

занная обычно с изменением условий почвообразования, часто

при антропогенных воздействиях.

Микрозональность в почвах четко выражена и с точки зрения

биологической активности, что объясняется локализацией жи-

вого вещества в почвах — корневых систем растений, ходов и

жилищ почвенной фауны и особенно колоний микроорганизмов.

Последние концентрируются на стенках пор, на гумусовых сгуст-

ках, на частицах разлагающихся растительных и животных ос-

татков, адсорбируются на поверхности глинистых минералов.

Микрозональность сложения почвы формируется уже на са-

мых начальных стадиях почвообразования на скальных горных

породах, поскольку преобразование породы в почву происходит

не фронтально, а по микрозонам. На осадочных породах на

начальных этапах почвообразования происходит микрозональная

переориентация глинистого вещества.

В общем можно сказать, что чем моложе почва, тем более

контрастно выражена в ней микрозональность сложения. С раз-

витием почвообразования имеет место гомогенизация почвенного

материала и его микросложения. Однако на этот общий про-

цесс гомогенизации накладываются частные почвенные процессы,

приводящие к новой микрозональности. Даже в наиболее гомо-

генных гумусовых горизонтах А черноземов наблюдается микро-

зональность в формах выделения гумуса, степени гумусирован-

ности, характере ориентации глинистого вещества. На стадии

развитого почвообразования таким образом приобретенная при

первичном почвообразовании микрозональность может сохра-

ниться, уменьшиться вплоть до исчезновения или, наоборот, уси-

литься, либо приобрести новый характер.

Следующий пример микрозональности в профиле дерново-

подзолистой глееватой почвы дает представление об общем ха-

рактере микрозональности почв:

в горизонте А — микрозоны гумусонакопления с концентра-

цией сгустков органического вещества; элювиальные микрозоны,

отмытые от тонкодисперсного материала;

в горизонте Е — элювиальные микрозоны, отмытые от тонко-

дисперсного материала; микрозоны иллювиирования с натеками

глинистого материала, особенно обильные в нижней части; мик-

розоны сегрегации железистых соединений;

в горизонте В — микрозоны, сохранившие сложение материн-

ской породы; микрозоны иллювиирования с натеками глинистого

материала; элювиальные микрозоны, отмытые от тонкодисперс-

ного материала;

в горизонте Bg — микрозоны горизонта В плюс четко выра-

женные микрозоны концентрации гидроксидов железа (микро-

зоны окисления) и микрозоны осветления (микрозоны восстанов-

ления).

А. И. Ромашкевич и М. И. Герасимова (1982) привели при-

мер микрозонального горизонта АЕ серой лесной почвы, в ко-

тором выделяются следующие микроучастки: 1) вымывания тон-

кодисперсного материала; 2) вмывания тонкодисперсного ма-

териала; 3) аккумулятивные со значительным количеством гли-

нисто-гумусовых образований; 4) стяжения гидроксидов железа

в виде микроконкреций и диффузных колец-оболочек.

Микрозональность сложения почв имеет крайне важное зна-

чение для их плодородия, ибо с ней связаны процессы корневого

питания растений. Соответственно, задача земледельца — до-

биться как можно более гомогенного корнеобитаемого слоя для

культурных растений.

При рассмотрении микросложения почв основное внимание

обращается на взаимное расположение скелета, плазмы и пор

в матрице. По этому показателю В. Кубиена (1938) и затем

Р. Брюэр (1964) выделили 4 типа «основной структуры» почвы,

а Е. И. Парфенова и Е. А. Ярилова (1977) —7 типов «Элемен-

тарного микростроения» (рис. 7).

Песчаное (гранулярное) — в шлифах видны соприкасающие-

ся или близко расположенные зерна скелета крупнее 0,1 мм;

плазма отсутствует или ее очень мало, в виде пленок на мине-

ральных зернах или в небольшом количестве между зернами;

характерны поры упаковки (зернистая основная структура по

Кубиене — Брюэру) (рис. 7, а).

П лазменно-песчаное (агломератное) — рыхло расположен-

ные песчаные зерна крупнее 0,1 мм, между которыми находит-

ся скоагулированная плазма в виде сгустков (агломероплазмо-

вая основная структура по Кубиене — Брюэру) (рис. 7, б).

Песчано-пылеватое — песчаные зерна крупнее 0,1 мм беспоря-

дочно расположены в плотной пылеватой массе с малым коли-

чеством плазмы (рис. 7, в).

Песчано-плазменное (порфировидное) — характеризуется

присутствием материала в основном двух размерных категорий:

плазмы (часто глинистой или включающей пылеватые частицы),

которая может быть как неагрегированной, так и агрегирован-

ной, и рассеянных в ней песчаных зерен крупнее 0,1 мм (пор-

фироскелетная основная структура по Кубиене — Брюэру)

(рис. 7, г).

Плазменно-пылеватое — скелет состоит в основном из зерен

Рис 7 Схемы типов элементарного микростроения почвы (типы матрицы микро-

сложения)

а — песчаное (гранулярное), б — плазменно песчаное (агломератное), в — песчано пыле¬

ватое, г — песчано-плазменное (порфировидное), д — плазменно-пылеватое е — пылевато-

плазменное, ж — плазменное, 1 — песчаные зерна скелета, 2 — пылеватые зерна скелета

пылеватая масса, 3 — плазма, 4 — поры

размера пыли (0,05—0,005 мм), густо расположенных в плазме;

возможны вкрапления песчаных зерен; плазма бывает агрегиро-

ванной и неагрегированной (рис 7, д)

Пылевато-плазменное — зерна скелета размера пыли (0,05—

0,005 мм) редко рассеяны в агрегированной или неагрегирован-

ной (плотной) плазме (рис. 7, е)

Плазменное — скелет почти полностью отсутствует или его

может быть очень мало; плазма преимущественно плотная

(рис. 7, ж)

В понятие элементарного микростроения почвы включается

также характер агрегированности материала Соответственно вы-

деляется несколько типов микроструктур почвы поровая микро-

структура с изолированными порами; губчатая, с обособленными

агрегатами; микроструктура растрескивания с изолированными

трещинами, с редкими пересекающимися трещинами, с обособ-

ленными блоками; неагрегированная масса без пор и трещин.

Характеристическим для разных типов почв и почвенных

горизонтов служит также строение тонкодисперсного материа-

ла — плазмы. При этом введено понятие о псевдокристалле как

агрегате глинистых частиц, под которым понимается объедине-

ние или ориентация групп глинистых частиц под влиянием сил

притяжения водных пленок на их поверхности. Псевдокристаллы

обнаруживают оптические свойства, как и индивидуальные

кристаллы.

В почвах обычно встречаются две формы глинистых псевдо-

кристаллов: чешуйка и волоконце, различие между которыми

сводится к степени удлиненности по одной из осей. Встречается

иногда и зернистая форма псевдокристаллов в виде разного раз-

мера овальных образований.

Типы микростроения плазмы создаются ориентацией псевдо-

кристаллов глинистой массы, среди которых выделяются чешуй-

чатое, спутанно-волокнистое или спутанно-полосчатое, перекрест-

но-волокнистое, параллельное, кольцевое и натечное (Т. Д. Мо-

розова, 1965) либо чешуйчатое (тонкочешуйчатое, крупночешуй-

чатое, рыхлочешуйчатое, связночешуйчатое), волокнистое (беспо-

рядочно-волокнистое, параллельно-волокнистое, перпендикуляр-

но-волокнистое или сетчатое, спутанно-волокнистое) и зернистое

строение (А. И. Ромашкевич и М. И. Герасимова, 1982).

Глинистые частицы обладают ярко выраженной способностью

ориентироваться определенным образом в отношении друг друга,

что и приводит к образованию их агрегатов (псевдокристаллов),

создающих то или иное микростроение почвенной плазмы. Такие

образования в почвах получили название ориентированных или

оптически ориентированных глин.

Плазма, состоящая преимущественно из органических (гуму-

совых) веществ или гумусо-минеральных комплексов, также имеет

специфические особенности строения, типология которых детально

разработана в микроморфологии почв.

В микроморфологии органического вещества почвы выде-

ляются следующие компоненты: 1) растительные остатки разной

степени разложения; 2) аморфный гумус — хлопьевидные сгуст-

ки; 3) гумоны — округлые полупрозрачные и непрозрачные плот-

ные тела с более или менее четкими границами размером 5—

8 мк; 4) тонкодисперсный подвижный гумус в виде темно-бурых

полос или натеков; 5) гумусо-глинистая плазма плотного строе-

ния.

1.11. Новообразования в почве

Под новообразованиями в почвах понимаются морфологи-

чески оформленные выделения и скопления вещества в почвен-

ном материале, отличающиеся от вмещающего их почвенного

материала по составу и сложению и являющиеся следствием

3~817

почвообразовательного процесса. Новообразования могут нахо-

диться как внутри почвенных агрегатов (структурных отдель¬

ностей), так и на их поверхности или между ними в порах и

трещинах.

Характеристика почвенных новообразований была разработа-

на С. А. Захаровым (1930) и затем постепенно дополнялась

Р. Брюэром (1964), А. В. Македоновым (1966), В. А. Ковдой

(1973), Б. Г. Розановым (1976, 1983). С одной стороны, почвен-

ные новообразования, включая их макро-, мезо- и микроформы,

классифицируются но составу, с другой — по форме. Были по-

пытки классифицировать почвенные новообразования и по их

происхождению.

Первую систематику макроформ почвенных новообразований

дал С. А. Захаров (1930), разделивший их на две большие груп-

пы: химического и биологического происхождения. К первой

группе им были отнесены налеты, выцветы, примазки, натеки,

корочки, прожилки, трубочки, конкреции, стяжения, прослойки,

состоящие из легкорастворимых солей, гипса, карбоната каль-

ция, полуторных оксидов, соединений железа (II), кремнезема,

гумусовых веществ. Ко второй группе он отнес червороины, коп¬

ролиты, дендриты, кротовины, корневины.

Весьма полная морфологическая система почвенных новооб-

разований, включая микроформы, была предложена Р. Брюэ-

ром (1964), который выделил следующие их виды.

Кутаны — изменения текстуры или сложения на природных

поверхностях в почвенном материале вследствие концентрации

каких-либо компонентов почвы либо модификации плазмы in

situ. По тем поверхностям, на которых они образованы, они

делятся на кутаны зерен, агрегатов, каналов, поверхностей агре-

гатов и пор. По минералогическому составу они делятся на

аргилланы — глинистые пленки; сескваны — пленки из полутор-

ных оксидов; манганы — пленки оксидов марганца; солюаны —

налеты водорастворимых солей, карбоната кальция, гипса; си¬

ланы — кремнеземистые пленки; скелетаны — налеты из скелет-

ных зерен; сложные кутаны, состоящие из комплекса различных

соединений, например железогумусовые, глинисто-гумусовые.

Генетически кутаны могут быть иллювиальными, диффузион-

ными, стрессовыми и комплексными. Четко слоистые, представ-

ленные слоистыми глинами струйчатого строения кутаны выделя-

ются под названием стриан.

Педотубулы — новообразования, состоящие из почвенного

материала и имеющие трубчатую внешнюю форму в виде прос-

тых или ветвящихся трубок с относительно резкими внешними

границами. Среди них выделяются гранотубулы — зернистого

сложения благодаря обилию зерен скелета; агротубулы — микро-

агрегатного сложения при равном участии скелета и плазмы;

изотубулы — порфировидного сложения при равном участии ске-

лета и плазмы; стриотубулы — струйчатого сложения при рав-

ном участии скелета и плазмы; сложные педотубулы — обладаю-

щие порозностью и имеющие кутаны на поверхности или в порах.

По составу трубки могут быть органическими (корневины, черво-

роины, корневые чехлики), полутораоксидными, кремниевыми,

кальцитовыми, гипсовыми, солевыми. По происхождению мате-

риала трубки делятся на: ортотубулы, состоящие из материала

вмещающего горизонта; метатубулы, состоящие из материала

других горизонтов; паратубулы, состоящие из материала, ино-

родного по отношению к материалу почвенного профиля.

Глобулы — новообразования округлой формы, отличающиеся

концентрацией какого-то материала и строением от вмещаю-

щего материала и отделяющиеся четкими границами. По своему

строению они могут быть недифференцированными, концентри-

ческими, слоистыми, ориентированными и пористыми. По составу

глобулы могут быть полутораоксидными, марганцевыми, карбо-

натными, гипсовыми, кремневыми, глинистыми. По форме они

классифицируются на желваки (нодули) — плотные с недиф-

ференцированным внутренним строением, округлой неправильной

формой и резкими границами; конкреции — с концентрическим

строением вокруг точечного центра; септарии — с нерегулярной

серией радиальных и сферических трещин десквамации; педо-

ды — пустотелые глобулы; глобулярные облака — диффузная

аккумуляция материала вокруг точечного центра; папулы —

слоисто-глинистые глобулы с резкими границами.

Кристаллярии — одиночные кристаллы или скопления крис-

таллов вне почвенной матрицы, по форме сопоставимые с теми

порами, в которых они образуются. Они делятся на кристалли-

ческие трубки, кристаллические камеры, кристаллические про-

слои и включенные кристаллы.

Субкутанные новообразования — различимые по текстуре,

структуре и сложению от матрицы образования, имеющие ве-

щественную связь с вмещающим материалом и образующиеся

близ поверхностей агрегатов, но не непосредственно на поверх-

ностях в отличие от кутан. Они делятся на неокутаны — анало-

гичные кутанам образования, возникающие в поверхностных

слоях агрегатов, но не натечные пленки, а уплотнения материала

самого агрегата, и квазикутаны — аналогичные неокутанам об-

разования, но не непосредственно у поверхности.

Фекальные таблетки — экскременты почвенной фауны, копро-

литы, одиночные или сложные (кучками).

Новообразования в почвах — это всегда результат почвооб-

разования, какого-то элементарного или общего почвенного про-

цесса, характерный для определенного типа почвы. Поэтому они

имеют важное диагностическое значение. В соответствии с про-

исхождением можно выделить следующие группы почвенных

новообразований.

Элювиальные новообразования — кремнеземистая присыпка,

скелетаны, белесые пятна кремнезема.

Иллювиальные новообразования — известковые, марганце-

вые, железистые, кремнеземистые, глинистые, гумусовые или