Поглотительная способность почвы. Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПО ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВУ

Кафедра природопользования, экологии и почвоведения

Контрольная работа №1

СВОЙСТВА ПОЧВЫ

(вариант № _____)

Замечания (не удалять!!!):

- на отдельной странице написать ответы на вопросы в тексте (красным цветом отмечены) - ???,

- привести схему строения коллоидной мицеллы

Выполнил:

Студент 1 курса

Факультет землеустройство, группа №11Б

Сёмин Николай Валерьевич

Проверил:

Профессор, д.б.н.

Г.Е.Ларина

Москва - 2011

Содержание:

1. Поглотительная способность почвы...................................................................3

2. Структура почвы...................................................................................................5

3. Водные свойства почвы.......................................................................................5

Список литературы....... ......................................................................................6

Поглотительная способность почвы

Коллоиды почвенные - это совокупность элементарных почвенных частиц менее 0,0001 мм (по др. данным, менее 0,0002 мм или менее 0,001 мм). Составляют одну из фракций гранулометрич. элементов почвы (см. Гранулометрический состав почвы - и где информация этому пункту? ). Частицы К. п. наз. - так сокращать нельзя коллоидными мицеллами; они имеют разл. химич. и минералогич. состав, представлены органическими, минеральными и ор-гано-минеральными соединениями. В коллоидно-дисперсном состоянии находится осн. масса органического вещества почвы. Минер. К. п. состоят гл. обр. из глинистых минералов, органо-минеральные представлены преим. соединениями гумусовых в-в с др. вторичными минералами.

Во влажной почве мицеллы распределены в воде и образуют коллоидные системы: золи (мицеллы взвешены в р-ре) и гели (мицеллы связаны между собой в студенистый сгусток). Обычно К. п. находятся в форме гелей, но при поливах и выпадении осадков часть их переходит в золи. В виде золей К. п. перемещаются по почвенному профилю, образуя уплотнённые горизонты, напр. иллювиальный в подзолистых почвах. Содержание коллоидной фракции в разл. почвах неодинаково: от 2% в лёгких почвах до 30—50% в тяжёлых.

К. п. поглощают из почвенных р-ров аммоний, калий, кальций, магний, фосфаты, т. е. определяют поглотительную способность почвы, предохраняют эти в-ва от вымывания, способствуют образованию почвенной структуры. От содержания коллоидной фракции зависят также буферность почвы, связность, гидрофильность, водопроницаемость и др. По кол-ву, минералогич. и химич. составу коллоидов в различных почвенных горизонтах судят о генезисе и эволюции почв, прогнозируют их свойства, разрабатывают классификации.

Поглотительная способность — это свойство почвы поглощать и удерживать растворенные или взвешенные в воде твердые вещества, газы, а также живые микроорганизмы.

ППК способен поглощать вещества, вносимые в почву или образовавшиеся в ней. Известный ученый К. К. Гедройц, изучая явление поглощения почвой других ве­ществ, выделил 5 видов поглотительной способности почвы: ме­ханическую, биологическую, физико-химическую, физическую и химическую.

Механическая поглотительная — это способность почвы меха­нически задерживать в своих порах твердые частички.

Биологическое поглощение обусловливается жизнедеятель­ностью микроорганизмов, которые усваивают из почвенного рас­твора питательные вещества и используют их для построения своего тела.

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способ­ность обусловливается свойством коллоидных частиц почвы по­глощать из почвенного раствора катионы и анионы, а физичес­кие — адсорбировать на своей поверхности целые молекулы.

Химическая поглотительная способность почвы заключается в том, что растворенные в почвенном растворе соединения могут реагировать между собой или с твердой частью почвы, вследствие чего выпадают в осадок и удерживаются в почве.

Физико-химическая поглотительная способность — очень важ­ное свойство почвы. Питательные элементы для растений в фор­ме ионов могут быть в почвенном растворе или в адсорбирован­ном состоянии на поверхности почвенных коллоидов.

Между почвенным раствором и твердой частью почвы проис­ходит обмен ионов. Корневые волоски имеют свойство усваивать питательные вещества из почвенного раствора, а также ионы, которые находятся в адсорбированном состоянии. Благодаря фи­зико-химической поглотительной способности питательные эле­менты, в том числе и внесенные с минеральными удобрениями, не вымываются с почвы, а удерживаются на поверхности почвен­ных частиц и используются растениями.

Соли, содержащиеся в почвенном растворе, диссоциируют, то есть распадаются на частички, заряженные положительно (ка­тионы) и отрицательно (анионы). Между почвенным поглощаю­щим комплексом и почвенным раствором происходит обмен ка­тионов.

Если в почве много ионов калия, то из почвенного поглощаю­щего комплекса в раствор будут поступать катионы кальция, а при внесении извести в раствор вытесняется одновалентный ка­тион калия. Таким образом, ионы питательных веществ могут на­ходиться как в поглощенном состоянии, так и в почвенном рас­творе.

Энергия поглощения катионов зависит от их валентности и атомной массы: чем больше валентность, а в пределах одинаковой валентности чем больше атомная масса, тем выше энергия погло­щения (за исключением водорода).

Количество катионов, которые может поглотить почва, назы­вается емкостью поглощения, или емкостью обмена, и выражается в миллиграмм-эквивалентах (мг-экв) на 100 г почвы. Чем больше в почве глинистых частиц и гумуса, тем больше ее емкость погло­щения. Так, супесчаные дерново-подзолистые почвы имеют ем­кость поглощения 5—10 мг-экв, суглинистые серые лесные поч­вы— 10—20, а суглинистые черноземы — 30—50 мг-экв на 100 г почвы и больше.

Чрезвычайно важное значение для многих свойств почвы, в частности для ее плодородия, имеет состав поглощенных ионов. Двухвалентные катионы кальция и магния (Са2+, Mg2+), как уже упоминалось, способствуют коагуляции почвенных коллоидов и образованию структуры почвы. Эти катионы агрономически наи­более ценные. Одновалентные катионы калия, натрия, водорода, аммония (К+, Na+, Н+, NH+) пептизируют почвенные коллоиды, не способствуют образованию структуры почвы, приводят к ухуд­шению физико-механических и водно-физических свойств. Погло­щенный водород также подкисляет почвенный раствор.

Трехвалентные катионы (Al3+, Fe3+) имеют высокое адсорбци­онное свойство, но в интервале кислотности, которая свойственна почвам (рН 4,5—7,5), растворимость солей алюминия и железа чрезвычайно низкая, поэтому их оксиды содержатся в основном в минеральных коллоидах. Однако в кислых почвах они находят­ся в поглощенном состоянии, как и в почвенном растворе, обус­ловливая его подкисление.

Почвы, в которых до 25 % емкости поглощения приходится на Н+ и А13+, считают насыщенными осно­ваниями, а если водород и алюминий составляют свыше 25 % емкости поглощения, это свидетельствует о том, что такие почвы ненасыщены основаниями.

Черноземы, каштановые почвы и сероземы насыщены основа­ниями, дерново-подзолистые, светло-серые лесные, болотные поч­вы, красноземы — ненасыщены. Почвы, в поглощающем комплек­се которых 15—20 % и больше натрия, называются солонцами.

Наряду с физико-химическим поглощением катионов в почве может иметь место поглощение анионов. По возрастающей спо­собности к адсорбции анионы располагаются следующим обра­зом: С1-, NO3-, O2-. Анионы хлора и нитраты адсорби­руются почвой только при наличии коллоидов с высоким содер­жанием полутораоксидов алюминия и железа при кислой реакции среды (красноземы). Обычно хлориды и нитраты почвой не по­глощаются и поэтому легко вымываются. Поскольку они не образуют тяжелорастворимых соединений, содержание их в почве зависит от водного режима и усвояемости растениями.

Анионы фосфорной кислоты хорошо поглощаются всеми поч­вами, особенно кислыми, богатыми на полутораоксиды, бедными на гумус. Лишь незначительная часть фосфатионов может всту­пать в обменные реакции с ППК, потому что положительно заря­женных коллоидов мало. Кроме обменного поглощения значи­тельную роль в поглощении анионов фосфорной кислоты играют реакции химического осаждения с двух- и трехвалентными катио­нами кальция, алюминия, железа и др. С ними анионы образуют тяжело растворимые и нерастворимые соли. Вследствие этого по­нижается доступ фосфатионов для растений, и это явление назы­вают ретроградацией.

??? нет информации по вопросам кислотность, щелочность, буферность почвы

Структура почвы

Структурой называют отдельности (агрегаты), на которые способна распадаться почва. Они состоят из соединенных между собой механических элементов и мелких агрегатов.

Форма, размер и качественный состав структурных отдельностей в различных почвах, а также в одной почве, но в разных ее горизонтах неодинаковы.

Различают три основных типа структуры:

1) кубовидную — структурные отдельности равномерно развиты по трем взаимно перпендикулярным осям;

2) призмовидную — отдель­ности развиты преимущественно по вертикальной оси;

3) плитовидную — отдельности развиты преимущественно по двум горизон­тальным осям и укорочены в вертикальном направлении.

Каждый из перечисленных типов в зависимости от характера ребер, граней и размера подразделяется на более мелкие единицы.

В зависимости от размера структуру подразделяют на следующие группы:

1) мегаструктура (глыбистая)—больше 10 мм; 2) макро­структура— 10—0,25 мм; 3) грубая микроструктура — 0,25— 0,01 мм; 4) тонкая микроструктура — меньше 0,01 мм.

Почва может быть структурной и бесструктурной. При струк­турном состоянии масса почвы или породы разделена на отдель­ности той или иной формы и величины. При бесструктурном или раздельночастичном состоянии отдельные механические элементы, слагающие почвы, не соединены между собой в более крупные от­дельности, а существуют раздельно или залегают сплошной сце­ментированной массой. Типичным примером бесструктурного со­стояния является рыхлый песок. В бесструктурном состоянии мо­гут находиться почвы и иного механического состава. Между структурными и бесструктурными почвами имеются и переходные почвы, у которых структура выражена слабо.

В любом из почвенных горизонтов структурные отдельности не бывают одного размера и формы. Чаще всего структура бывает смешанной, что при описании отмечают двумя или даже тремя словами: комковато-зернистая, комковато-пылеватая, комковато-пластинчато-пылеватая и т.д.

Различным генетическим горизонтам почв присущи определен­ные формы структуры. Так, комковатая и зернистая структура при­суща дерновым горизонтам, пластинчато-листоватая — элювиаль­ным, ореховатая — иллювиальным (особенно серым лесным поч­вам). Призматическая структура типична для иллювиальных горизонтов подзолистых и лесостепных почв, сформировавшихся на тяжелых покровных суглинках, или для черноземов и каштановых почв, образовавшихся на суглинистых и глинистых породах, име­ющих в поглощенном состоянии натрий.

При оценке почвенной структуры надо отличать морфологичес­кое понятие структуры от понятия агрономического. В морфологи­ческом отношении хороша структура, которая четко выражена,— ореховатая или призматическая иллювиального горизонта, пла­стинчатая — подзолистого и т. д. В агрономическом отношении благоприятной будет комковато-зернистая структура верхних гори­зонтов почвы размером от 0,25 до 10 мм.

Водные свойства почвы

Свойства почвы определяются ее водопроницаемостью, влагоемкостью, водоподъемной способностью и водоотдачей.

Водопроницаемость — свойство почвы как пористого тела про­пускать воду. Она зависит от механического состава, структурно­го состояния и сложения почвы.

В почвах легкого механического состава водопроницаемость выражена хорошо, а почвы тяжелые и особенно бесструктур­ные — слабоводопроницаемы. При наличии водопрочной структу­ры суглинистые и глинистые почвы обладают высокой водопрони­цаемостью. У почв с рыхлым сложением она выше, чем у почв уплотненных.

Влагоемкость характеризует способность почвы удерживать влагу. Различают несколько видов влагоемкости, основными из которых являются наименьшая, капиллярная и полная.

Наименьшая влагоемкость (полевая) — предельное количество влаги, которое способна удерживать почва в полевых условиях после стекания гравитационной воды и при отсутствии капилляр­ного увлажнения за счет грунтовых вод. При наименьшей влаго­емкости в почве содержится максимальное количество воды, до­ступной для растений, так как водой заполнено 50—70 % пор почвы.

Капиллярная влагоемкость — количество влаги, которое спо­собна удерживать почва при наличии капиллярной связи с грун­товой водой, за счет которой она пополняется.

Полная влагоемкость — содержание влаги в почве при усло­вии полного заполнения всех пор водой.

Влагоемкость почвы зависит от механического состава, содер­жания гумуса и структуры. Суглинистые и глинистые почвы имеют наибольшую влагоемкость по сравнению с почвами супесчаными и песчаными. Почвы, богатые гумусом, структурные, способны удерживать влаги больше, чем бесструктурные и слабогумусированные. Сельскохозяйственные культуры неодинаково требова­тельны к содержанию влаги в почве. Наилучшие условия для роста зерновых культур создаются при влажности почвы 30— 50 %, для зерновых, бобовых — 50—60, корнеплодов и техничес­ких культур — 60—70, луговых трав — 80—90 % полной влаго­емкости.

Водоподъемная способность — способность почвы медленно поднимать воду по капиллярным порам под действием мениско­вых сил (сцепление воды с почвенными частицами). Высота и скорость поднятия воды зависят от ширины капилляров: чем меньше их диаметр, тем выше и быстрее она поднимается. В круп­ных порах вода поднимается на меньшую высоту, но с большей скоростью. Почвы тяжелые бесструктурные обладают лучшей во­доподъемной способностью по сравнению с почвами легкими и структурными.

??? опишите виды водного режима, что такое КУ

Список литературы:

1. Розанов Б. Г. Морфология почв: Учебник для высшей школы. — М.: Академический Проект, 2004

2. Ковда В. А. Основы учения о почвах. — М.: Наука, 1983.

3. Качинский Н. А. Физика почвы. Часть II. Водно-физические свойства и режимы почв. Учебное пособие. — М.: Высшая школа, 1970

4. Гедройц К. К., Избр. соч., т. 1 — 3, М., 1955

5. Ремезов Н. П., Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв, М., 1957

6. Горбунов Н. И., Почвенные коллоиды и их значение для плодородия, М., 1967.

Схема коллоидной мицеллы

Гранулометрический состав (механический состав, почвенная текстура) — относительное содержание в почве, горной породе или искусственной смеси частиц различных размеров независимо от их химического или минералогического состава. Гранулометрический состав является важным физическим параметром, от которого зависят многие аспекты существования и функционирования почвы, в том числе плодородие.

Кислотность почвы — способность почвы проявлять свойства кислот.

Для характеристики почвенной кислотности используется целый ряд показателей.

Актуальная кислотность — это pH почвенного раствора (на практике измеряется pH водной вытяжки при соотношении почва:вода = 1:2,5 для минеральных почв и 1:25 для торфяных).

Обменная кислотность — pH солевой вытяжки (1 н. раствор KCl).

Гидролитическая кислотность — pH вытяжки раствором гидролитически щелочной CH3COONa.

Повышенная кислотность почвы негативно сказывается на росте большинства культурных растений за счёт уменьшения доступности ряда макро- и микроэлементов, и наоборот, увеличения растворимости токсичных соединений марганца, алюминия, железа, бора и др., а также ухудшения физических свойств. Для снижения кислотности прибегают к известкованию.

Щелочность почвы, физико-химич свойство почвы, функционально связанное с содержанием ионов ОН"". Различают актуальную и потенциальную Щ. п. Актуальная щелочность обусловливается наличием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей (NaC03, NaHC03 и др.), которые при диссоциации определяют преобладающую концентрацию гидроксил-ионов, например, Na2C03 + 2HOH ♦* Н2С03 + 2Na + 20H". Актуальная щелочность бывает: общая, выражающая суммарное содержание в почвенном растворе ионов СОз~ и НС03~, карбонатная, вызванная содержанием в почвенном растворе карбонатного иона СОз , и бикарбонатная, обусловленная содержанием в растворе бикарбонатного иона HCOj". Потенциальная щелочность обнаруживается в почвах, содержащих поглощенный натрий. При взаимодействии такой почвы с угольной кислотой, находящейся в почвенном растворе, происходит реакция замещения, результатом которой является накопление соды и подщелачивание раствора.

Буферность почвы, свойство почвы препятствовать изменению своей активной кислотности (рН) при воздействии кислот или щелочей. Обусловлена присутствием в ней коллоидов, содержащих способные к обмену ионы: ионы водорода определяют буферность по отношению к щелочам, а ионы основания — к кислотам. Присутствие в почвенном растворе соли сильного основания (натрия, калия, кальция) и слабых, преимущественно органических кислот (гуминовой, угольной и др.), в смеси со слабой кислотой, имеющей общий с солью анион, также обусловливает буферность почвы. Она зависит обычно от коллоидной и илистой фракций почвы. Наиболее высокой буферностью характеризуются богатые гумусом почвы тяжелого гранулометрического состава (глинистого, тяжелосуглинистого) — черноземные, торфянистые и др. Буферность почвы способствует сохранению почвой своей реакции среды или постоянному ее изменению при внесении физиологически кислых (щелочных) удобрений, при образовании в почве кислот, щелочей, солей в результате биохимических процессов или при внесении этих веществ в почву осадками. Это благоприятно влияет на растения и микроорганизмы почвы, которые не переносят резких колебаний рН. При внесении удобрений на виноградниках следует учитывать, что удобрения, содержащие кислоты (суперфосфат) и щелочи (аммиачные формы), а также физиологически кислые и щелочные соли, нельзя вносить большими дозами в почвы со слабой буферностью (супесчаные и песчаные малогумусные), т.к. это может вызвать резкое изменение реакции. Среди типов почв, на которых возделывают виноград, самая высокая буферность почвы у черноземов, несколько ниже у каштановых и самая низкая у сероземов.

КУ – сумма осадков

Типы водного режима

Основы учения о типах водного режима были разработаны Г. Н. Высоцким. Для выделения типов учитываются следующие факторы: наличие или отсутствие в почве вечной мерзлоты, глубина промачивания почвогрунта до уровня грунтовых вод или только в пределах профиля, преобладание в толще почвогрунта восходящих или нисходящих токов воды. Сообразно с этим, выделяются следующие типы:

Мерзлотный — в почве имеется вечная мерзлота, в тёплый период оттаивающая на небольшую глубину в пределах мерзлотного слоя, но с сохранением его значительной части. За счёт этого и атмосферных осадков над остаточным мерзлотным слоем формируется верховодка.

Характерные почвы: арктические, тундровые, мерзлотные лугово-лесные.

Сезонно-мерзлотный — распространён в регионах, где максимум осадков приходится на летний период и они промачивают почву до уровня грунтовых вод (Амурская область, юг Хабаровского края и др.). Зимой при этом почва промерзает на глубину более трёх метров, полностью оттаивая лишь в июле-августе. До этого времени водный режим местности носит все черты мерзлотного типа.

Промывной — отмечается в почвах районов, где осадков выпадает больше, чем испаряется. Нисходящие токи воды преобладают над восходящими и почва промывается до уровня грунтовых вод. Грунтовые воды в данных условиях как правило залегают не глубже 2 м от поверхности.

Характерные почвы: подзолистые.

Периодически промывной — в почвах территорий, где количество выпадающих осадков примерно равно испарению, причём во влажные годы будет наблюдаться больше количество осадков и, соответственно, промывной режим, а в сухие преобладание испарения и непромывной водный режим.

Характерные почвы: серые лесные.

Эрозионно-промывной — на участках, подверженных водной эрозии.

Непромывной — отмечается в почвенно-климатических зонах, где расходная статья водного баланса преобладает над приходной, влагооборотом охвачен лишь почвенный профиль, грунтовые воды залегают глубоко, нисходящие токи преобладают над восходящими (так как главный расход воды приходится не на физическое, а на транспирационное испарение).

Характерные почвы: чернозёмы.

Выпотной — при сумме осадков значительно меньше испарения. При этом испаряется не только влага, выпавшая в виде осадков, но часть высокостоящих грунтовых вод, в результате чего грунтовые воды поднимаются по капиллярам, достигая верхних горизонтов почвенного профиля. Так как в данных условиях грунтовые воды чаще всего минерализованы, то вместе с влагой по капиллярам переносятся растворённые соли.

Характерные почвы: солончаки, солонцы.

Застойный — распространён на заболоченных участках. Все поры почвы оказываются заполненными водой, испарению препятствует специфическая растительность (сфагновые мхи и др.).

Характерные почвы: болотные.

Намывной — при ежегодном продолжительном затоплении территории во время разлива рек.

Характерные почвы: аллювиальные (пойменные)