Основные физические свойства и состав почвы
Литосфера (земная кора) – органо-минеральная оболочка планеты Земля, которая распространяется от ее поверхности к магме. Состоит из собственно литосферы, сформированной из магматических пород, разрушенных физическими, физико-химическими и химическими процессами до появления жизни на Земле, и почва.
Почва – поверхностный слой литосферы (толщиной от нескольких миллиметров на скальных породах до 10 км в низинах), сформированный после появления жизни на планете Земля вследствие действия климата, растительности и живых организмов (микроорганизмов и корней высших растений). Почва состоит из поверхностного (0-25 см) пахотного или гумусного слоя, которому присуще плодородие и который обрабатывается при выращивании растений, и собственно почва.
Почвы чрезвычайно разнообразные в зависимости от условий их формирования (климата и растительности). В Украине наиболее распространены черноземы (54,0% территории), затем - серые лесные почвы (18,2 % территории) и дерново-подзолистые (7,8 % территории).
Основные физические свойства почвы:
- механический состав - процентное распределение частиц почвы по их размеру. Определяется просеиванием через сита Кнопа, которых существует 7 номеров с отверстиями диаметром от 0,25 до 10,0 мм (рис. 18.1). К механическим элементам почвы принадлежат: камень и гравий (размером > 3 мм); песок крупный (3-1 мм), средний (1-0,25 мм), мелкий (0,25-0,05 мм); пыль крупная (0,05-0,01 мм), средняя (0,01-0,005 мм), мелкая (0,005-0,001 мм); ил (< 0,001 мм). По механическому составу почвы классифицируют в зависимости от удельного веса физического песка (частицы размером > 0,01 мм) и физической глины (частицы размером < 0,01 мм) (Приложение 3);
- пористость - суммарный объем пор в единице объема почвы, выраженный в процентах. Размер пор тем больше, чем крупнее по размеру отдельные механические элементы почвы. Пористость почвы тем высшая, чем меньшие за размером отдельные механические элементы почвы;
- воздухопроницаемость - способность почвы пропускать воздух через свою толщу. Повышается с увеличением размеров пор и не зависит от их общего объема (пористости);
- водопроницаемость - способность почвы поглощать и пропускать воду, поступающую из поверхности. Протекает в две фазы: впитывание (свободные поры последовательно заполняются водой до полного насыщения почвы) и фильтрации (при полном насыщении почвы водой она приходит в движение по порам под действием силы тяжести);
- влагоемкость - количество влаги, которую способна удержать почва сорбционными и капиллярными силами. Она тем больше, чем меньший размер пор (чем мельче механические элементы почвы) и чем больший их суммарный объем (пористость);
Рис. 18.1. Сита Кнопа для определения механического состава почвы
- капиллярность почвы - способность почвы поднимать по капиллярам воду из нижних слоев кверху. Чем меньший размер механических частиц почвы, т.е. чем мельче поры, тем большей будет капиллярность почвы, тем выше и медленнее будет подниматься в такой почве вода.
В почвах легкого механического состава (песчаных, супесчаных и легких суглинистых) по сравнению с тяжелыми (глинами, тяжелыми суглинками) преобладает физический песок, поры имеют больший размер, пористость невысокая, воздухопроницаемость, водопроницаемость и фильтрующая способность значительная, капиллярность и влагоемкость малые. В таких почвах, с одной стороны, быстрее протекают процессы самоочищения от органических загрязнений, с другой - более интенсивной является миграция химических веществ из почвы в подземные и поверхностные водоемы, атмосферный воздух и растения.
Почва состоит из биотической (почвенные микроорганизмы), и абиотической компонент. Абиотическая компонента включает твердое вещество почвы (минеральные и органическое соединения и органо-минеральные комплексы), почвенную влагу и почвенный воздух.
Минеральные (неорганические) вещества почвы на 60-80% представлены кристаллическим кремнеземом (кварц), а также алюмосиликатами (полевой шпат, слюда, вторичные глинистые минералы). Здесь содержатся практически все элементы периодической системы Д.И. Менделеева преимущественно в виде солей.
Органические вещества почвы представлены как собственно органическими соединениями почвы (гуминовые кислоты, фульвокислоты и прочие), синтезированными почвенными микроорганизмами (именно это и называется гумусом), так и посторонними для почвы органическими веществами, попавшими в почву извне вследствие естественных процессов и техногенного (антропогенного) загрязнения.
Почвенная влага может находиться в твердом и жидком состоянии, а также в виде пара. Наибольший интерес, с гигиенической точки зрения, имеет жидкая влага. Она может находиться в форме: 1) гигроскопической воды, конденсирующейся на поверхности почвенных частиц; 2) пленочной воды, удерживающейся на поверхности почвенных частиц; 3) капиллярной воды, удерживающейся капиллярными силами в тонких порах почвы; 4) свободной гравитационной воды, находящейся под действием силы тяжести или гидравлического напора и заполняющей крупные поры почвы.
Почвенный воздух - смесь газов и пара, заполняющих поры почвы. По составу отличается от атмосферного и постоянно взаимодействует с ним, путем диффузии, за градиентом концентраций. Почвенный воздух и вода являются антагонистами относительно пространства пор. Естественный состав почвенного воздуха регулируется скоростью использования кислорода и образования диоксида углерода вследствие микробиологических процессов минерализации органических веществ. С увеличением глубины содержание в почвенном воздухе диоксида углерода увеличивается, а кислорода уменьшается.