Состав и физические свойства почвы (стр. 1 )

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

СОСТАВ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Методические указания

к выполнению практических работ

по дисциплине «Науки о Земле» для студентов

специальности 280201.65 «Охрана окружающей среды

и рациональное использование природных ресурсов»

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2009

1. МОРФОЛОГИЯ ПОЧВЫ

Цель работы: ознакомиться с основными морфологическими признаками почвенного профиля.

Почва как природное тело образуется на основе различных горных пород под влиянием длительного воздействия живых и отмерших организмов, тепла, воды, воздуха и производственной деятельности человека. Поэтому многие свойства почвы определяются составом почвообразующих (материнских) пород.

На территории России, в том числе и Саратовской области, широко распространены элювий и делювий коренных пород, аллювий, лессовидные и морские отложения. По химическому составу это в основном силикаты, алюмосиликаты, глинистые минералы (кварц, из которого вследствие измельчения образуется песок); полевые шпаты и слюды, из которых образуются более мелкие пылеватые и илистые частицы.

1.1. Морфологические признаки почвы

В почвенных исследованиях важная роль принадлежит морфологическим (внешним) признакам почвы и почвенного профиля. Морфология почвы – это совокупность ее внешних признаков. По совокупности морфологических признаков можно выделить типы и подтипы почв, судить о направленности почвообразовательного процесса.

К основным морфологическим признакам почвы относятся: строение, мощность, окраска, механический состав, структура, сложение, новообразования и включения.

Вертикальный профиль всякой почвы обладает определенным строением: расчленяется на ряд генетически связанных между собой горизонтов. Обычно выделяют 3 горизонта (рис. 1).

,

Рис. 1. Схема почвенного разреза для изучения физических свойств почв:

А, В1, В2, С1 – генетические горизонты

Горизонт А – гумусово-аккумулятивный (по цвету обычно самый темный), формируется в верхней части почвенного профиля; в нем накапливается (аккумулируется) наибольшее количество органического вещества (гумуса) и питательных веществ. В процессе почвообразования ряд веществ из него выносится атмосферными осадками в нижележащие горизонты. Горизонт В расположен ниже, в нем откладываются вещества, вынесенные из горизонта А. Для подзолистых почв это иллювиальный горизонт (горизонт вмывания), для степных почв (черноземы, каштановые) – переходный к породе С.

Каждый горизонт и вся почва в целом имеет мощность, измеряемую в сантиметрах (см).

Окраска является одним из наиболее важных внешних признаков почвы и ее горизонтов. Окраска зависит от химического состава, физических свойств и влажности. Для верхних горизонтов различают цвета: черный, серый, каштановый, бурый. Чем темнее цвет, тем больше в почве гумуса. В переходном горизонте окраска более светлая, неравномерная, с бурыми и темными гумусовыми пятнами и затеками.

Механический состав – совокупность элементарных почвенных частиц. В полевых условиях и при камеральной обработке почвенных образцов механический состав определяется визуально и органолептически, т. е. по внешним признакам и на ощупь. Для более точного определения механического состава применяют лабораторные методы.

Структура – отдельные агрегаты, на которые распадается почва. Структурные агрегаты состоят из сцементированных между собой механических элементов почвы.

Сложение почвы характеризует плотность и пористость почвы в зависимости от ее механического состава, структуры, состава поглощенных оснований и других свойств. Сложение почвы – один из важных мелиоративных и агрономических показателей, влияющих на водно-физические свойства почвы и ее обработку. По сложению почвы подразделяются на слитные, плотные, рыхлые и рассыпчатые.

Новообразования – это скопление в генетических горизонтах почвы веществ различной формы и химического состава, которые сформировались в процессе почвообразования. К ним относятся скопления легкорастворимых солей, гипса, извести, окислов и гидратов окисей железа, кремнекислоты и органических веществ.

Включения – тела органического или минерального происхождения, несвязанные с процессом почвообразования. К включениям относят обломки горных пород, раковины и кости животных, кусочки кирпича, стекла, угля и др., случайно оказавшиеся в почве.

Задание 1. Описать морфологические признаки темно-каштановой почвы по образцам. Заполнить табл. 1.

Таблица 1

Морфологические признаки темно-каштановой почвы

Горизонты	Мощность почвенных горизонтов	Окраска	Структура	Сложение	Включения и новообразования
А
В1
В2
С

Контрольные вопросы

1. Что общего у почвообразующих пород и почвы и чем они отличаются?

1.  Назовите основные почвообразующие породы Поволжья.

2.  Что такое морфология почвы?

3.  Назовите основные морфологические признаки.

4.  Из каких горизонтов состоит почва?

5.  Что понимается под мощностью почвенного горизонта?

6.  Какая мощность у черноземов и каштановых почв?

7.  Чем обусловлен цвет почвы?

8.  Что называется механическим составом почвы?

9.  Что называется структурой почвы?

10.  Каким бывает сложение почвы?

11.  Что такое новообразования и включения в почве?

2. МЕХАНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВЫ

Цель работы: изучить принцип классификации почв по механическому составу.

Почва имеет различный механический или гранулометрический состав, представленный элементарными почвенными частицами. Элементарные почвенные частицы, составляющие твердую фазу почвы, отличаются размерам, по минералогическому и химическому составам. Активность частиц в отношении почвенных процессов обратно пропорциональна их размеру. Чем мельче частицы, тем больше их суммарная поверхность, тем больше активность.

Минеральная часть почвы состоит главным образом из первичных и вторичных минералов. Первичные минералы (результат физического выветривания) – кварц, полевой шпат, апатит, роговая обманка, магнетит; вторичные минералы – опал, каолинит, монтмориллонит, кальцит, гипс, мирабилит. Первичные минералы – исходный материал для образования вторичных. В песчаных почвах преобладают первичные минералы (кварц, полевой шпат), а в глинистых – вторичные с примесью кварца.

В составе почвы находятся кремнезем SiO2, окислы Fe и Al, органогенные элементы (C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg), микроэлементы (Cu, Zn, Co, Mo, B).

Механические элементы почвы имеют размеры от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Механические элементы группируются по диаметру на фракции. Фракции размером более 1 мм называются скелетом почвы; меньше 1 мм – мелкозем. Классификация механических элементов почвы по размеру приведена в табл. 2.

Таблица 2

Классификация механических элементов почвы

(по )

Диаметр частиц мм	Название фракций
Больше 10,00	камни	каменистая часть или скелет почвы
10,0-3,0	хрящ
3,0-1,0	гравий
1,0-0,50	песок крупный	физический песок	мелкозем
0,50-0,25	песок средний
0,25-0,05	песок мелкий
0,055-0,01	пыль крупная
0,01-0,005	пыль средняя	физическая глина
0,005-0,001	пыль мелкая
0,001-0,0001	ил
Меньше 0,0001	коллоиды

Сумму фракций почвы диаметром более 0,01 мм называют «физическим песком», меньше 0,01 мм – «физической глиной».

Задание 2. Изучить механические элементы почвы по образцам и записать их классификацию.

2.1. Классификация почв по механическому составу

Механическим составом почвы называется процентное содержание в ней элементарных частиц различной величины. Почвы по механическому составу принято определять по классификации (табл. 3). В основе классификации лежит процентное содержание частиц физической глины (d<0,01 мм) в почвенном мелкоземе (<1 мм), высушенном при 105 0С.

Зная содержание физической глины и принадлежность анализируемой почвы к тому или иному типу почвообразования, можно дать название почвы по механическому составу. При более подробной характеристике механического состава, помимо «физической глины», учитывают преобладающие фракции.

Таблица 3

Классификация почв по механическому составу

(по )

Содержание физической глины (частиц меньше 0,01 мм), %	Название почвы по механическому составу
Подзолистый тип	Степной тип	Солонцовый тип
0-5	0-5	0-5	песок рыхлый
5-10	5-10	5-10	песок связанный
10-20	10-20	10-15	супесь
20-30	20-30	15-20	суглинок легкий
30-40	30-45	20-30	суглинок средний
40-50	45-60	30-40	суглинок тяжелый
50-65	60-75	40-50	глина легкая
65-80	75-85	50-65	глина средняя
80	85	65	глина тяжелая

Наилучшими в агромелиоративном отношении являются легко - и среднесуглинистые почвы. Они оптимально сочетают в себе положительные свойства песчаных (легкая обработка, хорошая водопроницаемость и аэрация) и глинистых почв (высокая поглотительная и удерживающая способность в отношении воды и питательных элементов). Зависимость водных свойств почвы от механического состава показана в табл. 4.

Поглотительная способность почв обеспечивается наличием мельчайших илистых и коллоидных частиц, составляющих почвенный поглощающий комплекс.

Таблица 4

Зависимость водных свойств почвы

от механического состава

Механический состав почвы	Влагоемкость (НВ), %	Влагопроницаемость, мм/мин	Влагоподъемная способность (КК), м
Глинистый	34-38	0,1-0,6	4,0-6,0
Тяжелосуглинистый	29-30	0,7-1,0	3,0-3,5
Среднесуглинистый	27-28	1,0-1,3	2,5-3,0
Легкосуглинистый	25-26	1,4-1,6	1,5-2,5
Супесчаный	22-24	1,7-2,5	1,0-1,5
Песчаный	15-18	3,0-3,5	0,5-0,8

Мелкодисперсные частицы почвы благодаря своей высокой активности играют большую роль в плодородии и структурообразовании, являясь своего рода клеем-цементом, скрепляющим между собой отдельные более крупные элементы и микроагрегаты.

Соотношение глинистых и песчаных фракций позволяет приближенно судить о химическом составе почв: чем больше мелких глинистых частиц, тем больше содержится кальция, магния, железа, алюминия и меньше силикатов.

Задание 3. Изучить принцип классификации почв по механическому составу. Ознакомиться с образцами почвы (различными по механическому составу) и их основными водно-физическими характеристиками (табл. 4).

2.2. Механический анализ почвы

Механический состав почв определяют методом механического анализа, цель которого - разделение элементарных частиц по диаметру (по размерам) на группы (фракции).

Установка по определению механического состава почвы представлена на рис. 2.

Рис. 2. Установка для механического анализа почв

 

Наиболее распространен пипеточный метод, основанный на зависимости между скоростью падения частиц в водной суспензии и их диаметром (метод ).

Механические элементы, особенно в глинистых и суглинистых почвах, находятся в агрегированном состоянии. Химическим и механическим воздействием на почву все механические элементы переводят в раздельночастичное состояние.

Для дезагрегации необходимо поглощенные катионы Ca и Mg заместить одновалентными. Для этого почву обрабатывают 0,05 н раствором HCl, промывают и кипятят для большего диспергирования.

Механические элементы d<0,25 мм помещают в цилиндр, доливают водой, взбалтывают до суспензии и отбирают через определенное время пробы.

Скорость падения различных по размеру частиц рассчитывают по формуле Стокса:

,

где r - радиус частицы;

d1 - удельный вес частицы;

d2 - удельный вес жидкости;

h - вязкость жидкости;

g - ускорение свободного падения.

Зная скорость осаждения механических элементов различного диаметра (размера), можно брать пробы почвенной суспензии с определенной глубины по истечении различных сроков после взмучивания.

Задание 4. Дать развернутую классификацию механического состава чернозема обыкновенного по результатам, приведенным

в табл. 5.

Таблица 5

Механический состав чернозема обыкновенного, %

Глубина, см	Размер частиц, мм
1-0,25	0,25-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	<0,001	сумма фракций <0,01
0-20	0,60	14,52	37,24	9,20	15,64	22,80	47,64
20-40	0,60	12,44	31,68	12,00	19,60	23,68	55,28
80-100	0,30	10,18	40,16	3,88	13,48	32,00	49,36
120-140	0,30	7,26	40,96	12,48	10,76	28,24	51,48
140-160	0,90	32,34	28,32	8,08	9,00	21,96	38,44
240-260	15,15	39,18	18,56	6,48	2,20	18,08	26,76

Существует несколько визуальных способов определения механического состава почвы в полевых условиях, которые представлены в табл. 6.