Воздушные свойства и воздушный режим почв

Формы и состав почвенного воздуха

Почвенный воздух – один из факторов жизни растений. Кислород воздуха необходим для прорастания семян, дыхания корней, растений, почвенных микроорганизмов. Он участвует в реакциях окисления минеральных и органических веществ. При окислении органического вещества почвы происходит круговорот углерода, азота, фосфора и других элементов питания. При недостатке кислорода ослабляются дыхание, обмен веществ, а при отсутствии в почве свободного кислорода прекращается развитие растений, снижается О-В потенциал, развиваются анаэробные процессы, снижается доступность элементов питания, ухудшаются физические свойства почв.

Почвенный воздух – это смесь газов и летучих органических соединений, заполняющих поры почвы, свободные от воды.

Процесс обмена почвенного воздуха сатмосферным называется газообмен или аэрация.

Почвенный воздух находится в почве в трех состояниях: свободном, адсорбированном и растворимом.

Свободный почвенный воздух находится в крупных некапиллярных и капиллярных порах почвы, свободно перемещается, обеспечивает аэрацию почв и газообмен между почвой и атмосферой.

Защемленный почвенный воздух– воздух, находящийся в порах, со всех сторон изолированный водными пробками. Он неподвижен и не участвует в газообмене. В глинистых почвах на его долю приходится до 12 % (среднее же 6 – 8 %).

Адсорбированный почвенный воздух – газы и летучие органические соединения, адсорбированные на поверхности почвенных частиц. Зависит от гранулометрического состава почв. Чем тяжелее почва, тем сильнее проявляется адсорбция. Газы в зависимости от их свойств адсорбируются в следующей последовательности: N₂ < O₂ < CO₂ < NH₃. Более активно, чем газы, частицы почвы поглощают пары воды.

Растворенный почвенный воздух – газы, растворенные в почвенной воде. Растворимость газов в почвенной воде возрастает с повышением их концентрации в свободном почвенном воздухе, а также с понижением температуры почвы. Хорошо растворяются в воде аммиак, сероводород, углекислый газ.

Потребность в кислороде корней растений удовлетворяется преимущественно за счет свободного почвенного воздуха, участвующего постоянно в газообмене между почвой и атмосферой.

Состав почвенного воздуха отличается от атмосферного. В атмосферном воздухе содержание азота составляет 78 % (к объему), кислорода - 21 %, диоксида углерода – 0,03 %; в почвенном – соответственно азота – 78 – 80 %, кислорода – 5 – 20 %, углекислого газа – 0,1 – 15, % (по Ремезову).

Почвенный воздух отличается динамичностью, наиболее динамичны – это кислород и углекислый газ. Их содержание в почвах сильно колеблется в соответствии с интенсивностью потребления кислорода и продуцирования углекислого газа и скоростью газообмена между почвой и атмосферой. В пахотных хорошо аэрируемых почвах с благоприятными физическими свойствами содержание СО₂ в почвенном воздухе в течение вегетации растений не превышает 1 – 2 %, а содержание О₂ не ниже 18 %. При переувлажнении содержание СО² достигает 4 – 6 %, а О₂ падает до 15 – 17 %.

Воздушные свойства почв

Воздухоемкость– это способность почвы содержать в себе определенное количество воздуха. Она зависит от гранулометрического состава, пористости, влажности и структуры почвы. Чем структурнее почва, чем легче гранулометрический состав, чем выше пористость и меньше влажность, тем больше воздухоемкость. Нормальная аэрация почв обеспечивается в том случае, если воздухоемкость превышает 15 % объема почвы.

Воздухопроницаемость – это способность почвы пропускать через себя воздух. Чем полнее она выражена, тем лучше происходит газообмен, тем больше в почвенном воздухе содержится кислорода и меньше углекислого газа. Она зависит от гранулометрического состава почвы, ее оструктуренности, объема пор между агрегатами.

Газообмен почвенного воздуха с атмосферным (аэрация) происходит через систему воздухоносных пор почвы под действием диффузии барометрического давления, изменения температуры почвы, уровня грунтовых вод, количества влаги в почве (зависит от атмосферных осадков, орошения, испарения), а также под действием ветра.

Диффузия– это перемещение газов в соответствии с их парциальным давлением. Под влиянием диффузии создаются условия для непрерывного поступления кислорода в почву и выделения углекислого газа в атмосферу. Коэффициент диффузии равен объему газа (в см³), проходящего в секунду через 1 см² поверхности при мощности слоя 1 см и градиенте концентрации, равном единице.

Воздушный режим почв – это совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, его передвижения в ней и расхода, а также явлений обмена газами между почвенным воздухом, твердой и жидкой фазами, потребления отдельных газов живым населением почвы.

Он подвержен суточной, сезонной, годовой и многолетней изменчивости и находится в прямой зависимости от различных свойств почвы, погодных условий, характера растительности и агротехники.

Регулирование воздушного режима почв:

1) агротехнические мероприятия – это приемы обработки почвы, направленные на увеличение капиллярной скважности, повышающей воздухопроницаемость; рыхление междурядий после полива или дождя;

2) приемы регулирования водного режима почв (орошение или осушение);

3) окультуривание почв, регулирование их реакции среды;

4) применение органических и минеральных удобрений.

Формы воды в почве

Вода является мощной транспортной геохимической системой, которая обеспечивает перемещение веществ в пространстве Земли. Воде также принадлежит важнейшая роль во многих процессах, протекающих в почвах: выветривание и образование новых минералов, формирование генетических горизонтов почвенного профиля, гумусообразование и всё разнообразие химических реакций и физико-химических процессов в почвах. Исключительно важна вода и в обеспечении плодородия почв, поскольку почвенная влага является практически единственным источником снабжения растений водой.

Основным источником почвенной влаги являются атмосферные осадки, количество и распределение которых во времени зависят от климата и метеорологических условий отдельных лет на данной территории. В почву поступает меньше влаги, чем выпадает её в виде осадков, так как значительная часть задерживается растительностью, в особенности кронами деревьев. Вторым источником поступления влаги в почву является конденсация атмосферной влаги на поверхности почвы и в её верхних горизонтах (10 – 15 мм). Практическое значение тумана проявляется преимущественно в прибрежных районах, где в ночное время над поверхностью почвы собираются значительные массы влажного воздуха.

Часть поступившей на поверхность почвы влаги образует поверхностный сток, который наблюдается весной во время снеготаяния, а также после обильных дождей. Величина поверхностного стока зависит от количества выпавших осадков, угла наклона местности и водопроницаемости почвы. Выделяют также боковой (внутрипочвенный) сток, возникающий из-за различной плотности почвенных горизонтов. При этом вода, поступившая в почву, фильтруется через верхние горизонты, а, дойдя до горизонта с более тяжёлым гранулометрическим составом, формирует водоносный горизонт, называемый почвенной верховодкой (рис. 1). Часть влаги из верховодки всё же просачивается в более глубокие слои, достигая грунтовых вод, которые в своей совокупности образуют грунтовый сток. При наличии же уклона местности часть влаги, сосредоточенной в водоносном горизонте, может стекать в пониженные участки рельефа.

Рисунок 1. Почвенная верховодка.

Помимо стока, часть почвенной влаги расходуется на испарение. Из-за своеобразия и непостоянства свойств почвы как испаряющей поверхности, при одинаковых метеорологических условиях скорость испарения меняется сообразно изменению влажности почвы. Величина испарения может достигать 10 – 15 мм/сутки. Почвы с близким залеганием грунтовых вод испаряют гораздо больше воды, чем с глубоким.

Наличие влаги в почве еще не значит, что она может быть использована растениями. Различные процессы, протекающие на границах жидкой, твердой и газообразной фаз, приводят к тому, что на почвенную влагу действуют различные по своей природе силы. По степени связности и доступности для растений почвенная влага делиться на различные виды, и механизмы передвижения её в почве неодинаковы.

Формы воды в почве

По фазовому состоянию различают воду твёрдую, жидкую и парообразную.

Твёрдая вода в почве – это лёд. Он является потенциальным источником жидкой и парообразной воды. Наличие льда в почвах носит сезонный или многолетний (вечная мерзлота) характер. Температура замерзания воды в почвах ниже 0 ^оС, поскольку она представлена различными растворами.

Парообразная вода содержится в виде водяного пара в поровом пространстве почвы и может передвигаться от участков с высокой упругостью водяного пара к участкам с меньшей их упругостью, а при понижении температуры почвы может конденсироваться, превращаясь в жидкую фазу. Парообразная вода недоступна для растений, но при переходе в капельно-жидкую может усваиваться ими.

Вода в почве имеет различные физические свойства в зависимости от взаимного расположения и взаимодействия молекул воды между собой и с другими фазами почвы (твердой, газовой, жидкой). Физико-химические состояния молекул воды в почве, при которых она имеет строго определённые свойства, называют формами почвенной воды.

Классификация различных форм воды в почве предложена в 1965 г. А.А. Роде.

Различают воду связанную и свободную. Первую частицы почвы настолько прочно удерживают, что она не может передвигаться под влиянием силы тяжести, а свободная вода подчинена закону всемирного тяготения (рис. 1).

Рисунок 1. Формы воды в почве

Связанная вода

Связанную воду, в свою очередь, делят на химически и физически связанную.

Химически связанная вода входит в состав некоторых минералов и включает конституционную икристаллизационную воду (и ту и другую называют также кристаллогидратной ). Эта вода входит в состав твёрдой фазы почв и не является самостоятельной физической фазой. Она не передвигается в почве и не имеет свойств растворителя. Конституционная вода представлена группой ОН в таких соединениях как Fe(OH)₃, Al(OH)₃, а также в ОН-группой в органических соединениях.Кристаллизационная вода представлена молекулами Н₂О в кристаллогидратах, например в гипсе: CaSO₄·2H₂O, мирабилите: Na₂SO₄·2H₂O. Химически связанную воду можно удалить лишь путем нагревания, а некоторые формы (конституционную воду) – только прокаливанием минералов. В результате удаления химически связанной воды свойства минералов изменяются настолько, что можно говорить о переходе их в иное соединение.

Физически связанную (или сорбированную) воду почва удерживает силами поверхностной энергии. Поскольку величина поверхностной энергии возрастает с увеличением общей суммарной поверхности частиц, то содержание физически связанной воды зависит от размера частиц, слагающих почву. Частицы крупнее 2 мм в диаметре не содержат физически связанную воду; этой способностью обладают лишь частицы, имеющие диаметр < 2 мм. У частиц диаметром от 2 до 0,01 мм способность удерживать физически связанную воду выражена слабо. Она возрастает при переходе к частицам < 0,01 мм и наиболее выражена у предколлоидных и особенно коллоидных частиц.

Способность удерживать физически связанную воду зависит не только от размера частиц. Определенное влияние оказывает форма частиц и их химико-минералогический состав. Повышенную способность удерживать физически связанную воду имеют перегной и торф.

Все молекулы, сорбированной воды находятся в строго ориентированном положении. Прочность связей наибольшая у поверхности почвенных частиц. Последующие слои молекул воды частица удерживает со все меньшей силой. По мере удаления молекул воды от поверхности почвенной частицы силы притяжения постепенно ослабевают и вода переходит в свободное состояние.

В зависимости от прочности сорбционных связей физически связанную воду подразделяют напрочносвязанную (или гигроскопичную) и рыхлосвязанную (плёночную).

Прочносвязанная вода – это вода сорбированная почвой из парообразного состояния. Свойство почв сорбировать воду названо гигроскопичностью почв. Первые слои молекул воды, т.е. гигроскопическую воду, частицы почвы удерживают силами, создающими давление порядка 2·10⁹ Па. Находясь под столь большим давлением, молекулы прочносвязанной воды сильно сближены, что меняет многие свойства воды. Она приобретает некоторые качества твердого тела: её плотность достигает 1,5 – 1,8 г/см³; она не растворяет электролиты; на не замерзает; неё более высокая вязкость, чем у обычной воды и она не доступна растениям. Количество водяного пара, сорбированного почвой зависит от влажности воздуха. Максимальной гигроскопической водой (МГ) считают предельное количество воды, которое может быть поглощено почвой из парообразного состояния при относительной влажности воздуха 94 – 98%, при этом толщина сорбированной плёнки достигает 3–4 слоев молекул воды. В почвах минеральных МГ колеблется в пределах 0,5 – 1%, в слабо гумусированных песках и супесях – до 15-16%, в сильно гумусированных суглинках, глинах и в торфах может достигать 30-50%.

Гигроскопическая влага не способна передвигаться (рис. 2 ). Для растений она недоступна, полностью удаляется при высушивании почвы в течение нескольких часов при температуре 100–105 °С.

Рыхлосвязанная (или плёночная ) вода – это вода, удерживаемая в почве сорбционными силами сверх МГ. Почва удерживает её с меньшей силой и ее свойства не так резко отличаются от обычных свойств воды. Тем не менее, сила притяжения еще достаточно велика, и обеспечивает давление порядка (10÷14)·10⁵ Па. Рыхлосвязанная вода также распределена в виде плёнки, однако толщина её может достигать несколько десятков или сотен эффективных диаметров молекул воды. Рыхлосвязанная вода занимает по своим свойствам промежуточное положение между гигроскопической и свободной водой. Она может передвигаться от почвенных частиц с более толстыми водяными плёнками к частицам, у которых она тоньше со скоростью несколько сантиметров в год. Её количество также зависит от типа почв (в песчаных– 3-5%, в глинистых может достигать 30-35%). Периферические молекулы воды в рыхлом слое доступны растениям.

Рисунок 2. Схема строения гигроскопической влаги по данным различных авторов (а) - по Лебедеву , (б) - по Цункеру, (в) - по Кюну.

Свободная вода. Свободная вода – это вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной и не связана сорбционными силами с почвенными частицами. У молекул свободной воды нет строгой ориентировки относительно частиц почвы. Различают две формы свободной воды в почве –капиллярную и гравитационную.
Капиллярная вода удерживается в почвенных порах малого диаметра – капиллярах, под воздействием капиллярных или менисковых сил.

Возникновение этих сил обусловлено следующими явлениями. Состояние поверхностного слоя жидкости по своим свойствам отличается от ее внутреннего состояния. Если на каждую молекулу воды внутри жидкости равномерно действуют силы притяжения и отталкивания со стороны окружающих молекул, то молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости, испытывают одностороннее, направленное вниз притяжение только со стороны молекул, лежащих ниже поверхности раздела вода - воздух. Силы, действующие вне жидкости, относительно малы и ими можно пренебречь. Таким образом, поверхностные молекулы жидкости находятся под действием сил, стремящихся втянуть их внутрь жидкости. По этой причине поверхность любой жидкости стремится к сокращению. Наличие у поверхностных молекул жидкости, ненасыщенных, неиспользованных сил сцепления является источником избыточной поверхностной энергии, которая также стремится к уменьшению. Это влечет за собой образование на поверхности жидкости как бы пленки, которая обладает поверхностным натяжением, или поверхностным давлением (давлением Лапласа), которое представляет собой разницу между атмосферным давлением и давлением внутри жидкости (рис. 4)

Рисунок 4. Поверхностное натяжение

Значение поверхностного натяжения зависит от формы поверхности жидкости и радиуса капилляра. Поверхностное давление, развивающееся под плоской поверхностью жидкости, называется нормальным. Для воды оно равно 1,07·10⁹Па. Давление уменьшается, если поверхность жидкости вогнутая (рис. 5), и увеличивается, в случае поверхности выпуклой.

Искривление поверхности жидкости ведёт к появлению в ней дополнительного капиллярного давления Δp. Величина этого давления связана со средним радиусом кривизны R поверхности уравнением Лапласа:

Δp = p₁ - p₂ = 2σ₁₂ /R,

где (σ₁₂ – поверхностное натяжение жидкости на границе двух сред, для воды оно составляет 75,6·10^-3 Н/м при 0 ^оС); p₁ и p₂ – давления в жидкости 1 и контактирующей с ней среде 2.

Рисунок 5. Проявление капиллярных сил.

Чем меньше диаметр поры, тем больше капиллярное давление и жидкость может выше подняться. В почвах менисковые (капиллярные) силы начинают проявляться при диаметре пор менее 8 мм, но особенно велика их сила в порах с диаметром 100 – 3 мкм. Система пор в почве очень сложна, и поры имеют различные диаметры, поэтому образуются мениски с различными радиусами кривизны, которые обеспечивают различное поверхностное давление. С этим давлением связывают способность почв удерживать определенное количество влаги и подъем воды в капиллярных порах.

В зависимости от характера увлажнения почвы различают капиллярно-подвешенную, капиллярно-посаженную и капиллярно-подпертую и воду.

Капиллярно-подвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почвы сверху (пори дожде, поливе). При этом под увлажненным слоем находится сухой слой почвы. Вода увлажненного слоя как бы «зависает» над сухим слоем почвы. В природных условиях в распределении капиллярно-подвешенной воды по профилю почв всегда наблюдается постепенное уменьшение влажности с глубиной. Подвешенная вода удерживается в почвах достаточно прочно, но до определенного предела, обусловленного разностью давлений, создаваемой в менисках верхней и нижней поверхностей водного слоя. Если этот предел разницы давлений превышен, начинается стекание воды. Капиллярно-подвешенная вода может передвигаться как в нисходящем направлении, так и вверх, в направлении испаряющейся поверхности. Это движение прекращается, когда капилляры из-за недостатка воды разрываются. Влажность, при которой это происходит, называется влажностью разрыва капилляров (ВРК). При активном восходящем движении воды в почвах близ поверхности происходит накопление веществ, содержащихся в растворенном виде в почвенном растворе. Засоление почв в поверхностных горизонтах обязано во многом данному явлению. Происходит это в том случае, если в почвах в пределах промачиваемого с поверхности имеется горизонт скопления легкорастворимых солей или если полив почв осуществляется минерализованными водами.

В суглинистых почвах количество капиллярно-подвешенной воды и глубина промачивания почвы за счет этой формы воды могут достигать значительных величин.

Одной из разновидностей капиллярно-подвешенной воды, встречающейся главным образом в песчаных почвах, является вода стыковая капиллярно-подвешенная (рис. 20). Возникновение ее в почвах легкого механического состава обязано тому, что в этих почвах преобладают поры, размер которых превышает размер капилляров. В данном случае вода присутствует в почвах в виде разобщенных скоплений в местах соприкосновения – стыка – твердых частиц в форме двояковогнутых линз («манжеты»), удерживаемых капиллярными силами (рис. 6).

Рисунок 6. Стыковая капиллярно-подвешенная вода.

Капиллярно-подпертая вода образуется при подъеме ее снизу вверх по капиллярам от грунтовых вод, или верховодки. Слой почвы или грунта, содержащий капиллярно-подпертую воду непосредственно над водоносным горизонтом называют капиллярной каймой. Капиллярно-подпертая вода встречается в почвенно-грунтовой толще любого гранулометрического состава. В почвах тяжелого механического состава она обычно от 2 до 6 м, в песчаных почвах от 0,4 до 0,6 м. Чем выше к поверхности почвенного профиля, тем меньше содержание капиллярно-подпертой воды в кайме. Мощность капиллярной каймы при равновесном состоянии воды в ней характеризует водоподъемную способность почвы.

Подперто-подвешенная капиллярная водаобразуется в слоистой почвенно-грунтовой толще, в мелкозернистом слое при подстилании его слоем более крупнозернистым, над границей смены этих слоев. В слоистой толще из-за изменения размеров капилляров на поверхности раздела тонко- и грубодисперсных горизонтов возникают дополнительные нижние мениски, что способствует удержанию некоторого количества капиллярной воды, которая как бы «посажена» на эти мениски.

Поэтому в слоистой толще распределение капиллярной воды имеет свои особенности. Так, на границе слоев различного гранулометрического состава наблюдается повышение влажности, в то время как в однородных почвах влажность равномерно убывает либо вниз по профилю (при капиллярно-подвешенной воде), либо вверх по профилю (при капиллярно-подпертой воде). Влажность слоистой почвенно-грунтовой толщи при прочих равных условиях всегда выше влажности толщи однородной.

Капиллярная вода по физическому состоянию жидкая. Она очень подвижна, способна обеспечить восполнение запасов воды в поверхностном горизонте почвы при интенсивном потреблении ее растениями или при испарении, свободно растворяет вещества и перемещает растворимые соли, коллоиды, тонкие суспензии.

Гравитационная вода – это свободная вода, которая не удерживается сорбционными силами и капиллярами и передвигается вниз под воздействием силы тяжести.

Для нее характерны жидкое состояние, высокая растворяющая способность и возможность переносить в растворенном состоянии соли, коллоидные растворы и тонкие суспензии. Гравитационную воду делят на просачивающуюся гравитационную и воду водоносных горизонтов(подпертая гравитационная вода).

Просачивающаяся гравитационная вода передвигается по порам и трещинам почвы сверху вниз. Появление ее связано с накоплением в почве воды, превышающей удерживающую силу менисков в капиллярах. Гравитационная вода не только вызывает вынос или горизонтальную миграцию химических элементов, но и может обусловливать недостаток кислорода в почве.

Вода водоносных горизонтов – это грунтовые, почвенно-грунтовые и почвенные воды (почвенная верховодка), насыщающие почвенно-грунтовую толщу до состояния, когда все поры и промежутки в почве заполнены водой (за исключением пор с защемленным воздухом). Эти воды могут быть либо застойными, либо стекающими в направлении уклона водоупорного горизонта. Удерживаются они в почве и грунте вследствие малой водопроницаемости подстилающих грунтов.

Присутствие значительных количеств свободной гравитационной воды в почве – явление неблагоприятное, свидетельствующее о временном или постоянном избыточном увлажнении, что способствует созданию в почвах анаэробной обстановки и развитию глеевого процесса.

Дифференцируя содержащуюся в почве воду на различные формы необходимо осознавать, что это разделение весьма условно, поскольку вода находится под влиянием нескольких сил одновременно (рис. 7). Доступность различных форм воды для растений представлена на рис. 8

Рисунок 6. Формы воды в почве. 1 – частица почвы; 2 – гравитационная вода; 3 – гигроскопическая вода; 4 – почвенный воздух; 5 – плёночная вода; 6 – зона открытой капиллярной воды; 7– 8зона капиллярной воды; 9 – уровень грунтовых вод; 10 – грунтовые воды.

Рисунок 8. Доступность для растений различных форм воды

Водные св-ва почвы

Эти свойства характеризуются влажностью, влагоемкостью, водопроницаемостью, капиллярностью, гигроскопичностью и испаряющей способностью почвы.

Влажность почвы — количество воды, которое содержится в почве. Влажность выражается в процентах от веса почвы, высушенной при 105—110°. Мелкозернистая почва с мелкими порами отличается наибольшей влажностью. Влажность почвы зависит от влагоемкости, гигроскопичности, атмосферных осадков, а влажность глубоких слоев почвы, кроме того, от почвенной воды.

Влагоемкость почвы — способность ее удерживать то или иное количество воды. Влагоемкость различных почв неодинакова. Она бывает выше в мелкозернистых (мелкопористых) почвах, а также в почвах, содержащих большое количество перегноя, коллоидальных частиц, нитратов, поваренной соли и извести; последние впитывают (набухают) или поглощают воду. Так, песчаная почва удерживает только 15—20% воды, суглинистая — 30—40%, глинистая — более 70%, а торфяная — 200—300% и больше. Большая влагоемкость почвы уменьшает воздухе водопроницаемость, вызывает отсырение возведенных на ней помещений, повышает теплопроводность почвы и препятствует разложению органических веществ.

Водопроницаемость — фильтрационная способность почвы, то есть способность ее пропускать воду сверху вниз. Более водопроницаемы почвы с крупными почвенными частицами и большими порами. Мелкозернистые (глина, торф) плохо пропускают воду. Водопроницаемость почвы имеет большое санитарно-гигиеническое значение, так какова определяет водно-воздушный режим ее и характер происходящих в ней биологических процессов, что характеризует интенсивность разложения органических веществ и возможность использования почвы для обезвреживания органических отбросов и сточных вод.

Вода под влиянием капиллярных сил поднимается в порах почвы (от более влажной части почвы к более сухой). Это явление называется капиллярностью, или водоподъемной способностью почвы. Высота капиллярного подъема почвы зависит от механического состава: чем меньше почвенные частицы, тем выше капиллярный подъем. Например, в песчаных почвах величина подъема выражается несколькими дециметрами, а в суглинистых и глинистых может достигать 5—6 м. Благодаря капиллярности, особенно при отсутствии атмосферных осадков, верхние слои почвы обеспечиваются водой и питательными веществами. Высокая капиллярность почвы может служить причиной сырости помещений для животных, если не принять соответствующих мер.

Гигроскопичность почвы — свойство ее поглощать из воздуха водяные пары. Способность почвы сгущать в своих порах водяные пары воздуха зависит от величины поверхности соприкосновения или от общей поверхности почвенных частиц и от степени влажности воздуха. Поэтому гигроскопичность мелкозернистых почв выше, чем крупнозернистая. Большой гигроскопичностью отличаются почвы, содержащие гумус, торф, органические отбросы н некоторые соли. Гигроскопическая почва легко отсыревает в поверхностных слоях. Минимальной гигроскопичностью обладают крупнозернистые не загрязненные органическими отбросами почвы.

Испаряющая способность почвы — явление, противоположное гигроскопичности. Испарение воды с поверхности больше в почвах бесструктурных, уплотненных, темных, с малым количеством растворимых солей, па южных склонах. Сильная инсоляция, сухой воздух, ветры могут приводить к высушиванию верхних слоев почвы и ослаблению микробиологических процессов.

Хим. Сост.

Почва состоит из твердой минеральной и органической частей, почвенного раствора и почвенного воздуха. В большинстве почв на долю минеральных частей приходится от 90 до 99%, а органические вещества содержатся в количестве от 1 до 10%, и только торфяники состоят почти целиком из органических веществ. Минеральная часть почвы состоит из остатков почвообразующей горной, или материнской, породы (песка, извести, глины, ила). В эту часть почвы входят частицы как первичных минералов — кварца, слюды, полевого шпата, так и вторичных — каолинита, гидрослюды, лимонита и др. Например, песчаная и супесчаная почвы состоят исключительно из первичных минералов, а суглинистые и глинистые содержат значительное количество и вторичных минералов.

В некоторых почвах много углекислого кальция и магния (известковый шпат, магнезит), сернокислого кальция (гипс), фосфорнокислого кальция (апатит) и легкорастворимых солей — сульфатов и хлоридов кальция, магния и натрия.

В почвах карбонатных больше, чем в других почвах, содержится окиси кальция, а в засоленных (солончаки) — MgO, CaO, КСl, NaCl. В минимальных количествах в почве имеются также различные микроэлементы: кобальт, медь, марганец, бор, йод, фтор, бром, никель, стронций, селен, молибден, цинк, литий, барий и многие другие. Источником образования неорганических соединений служат не только остатки материнской почвообразующей породы, но и разложение растительных и животных органических остатков под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов. В результате разложения органических остатков образуются углекислые, азотнокислые, сернокислые и фосфорнокислые соли кальция, магния, калия и натрия.

Органическая часть почвы состоит из гумуса или перегноя, который образуется в результате разложения органических остатков и одновременно происходящих процессов синтеза под влиянием микроорганизмов. К органическим веществам почвы относятся также органические остатки и продукты начального их разложения. Все органические вещества почвы, включая гумус, расположены преимущественно в верхних слоях ее. Толщина гумусового слоя, или горизонта, в разных почвах составляет от нескольких сантиметров до 1,5 м, а содержание гумуса — от десятых долей процента до 15—18%.

От химического состава почвы зависят ее плодородие, ботанический состав лугов и пастбищ и химический состав кормов. Недостаток или, значительно реже, избыток в почве тех или других минеральных элементов (макро — и микроэлементов) через корма может оказывать значительное влияние на состояние здоровья и продуктивность животных.

Состав почвы. Минеральные, или неорганические, вещества почвы

Минеральные (неорганические) вещества почвы на 60-80% представлены кристаллическим кремнеземом или кварцем. Значительное место в минералогическом составе почвы занимают алюмосиликаты (полевые шпаты и слюда). К алюмосиликатам относятся и вторичные глинистые минералы, в частности монтмориллонитовая группа (монтмориллонит, нонтронит, бейделит, соконит, гекторит, стивенсит). Гигиеническое значение монтмориллонитов обусловлено тем, что они определяют поглотительную способность и емкость поглощения катионов (например, тяжелых металлов) почвой.

Кроме кремнезема и алюмосиликатов, в минеральный состав почвы входят практически все элементы периодической системы Д.И. Менделеева. К химическим элементам, которые содержатся в почве и имеют наибольшее гигиеническое значение, относятся кислород, кремний, железо, кальций, натрий, калий, углерод, хлор.Из химических элементов, входящих в небольших количествах в состав минеральных веществ почвы, наибольший интерес с гигиенической точки зрения представляют биомикроэлементы: фтор, йод, медь, цинк, марганец, кобальт, молибден и др. Их повышенное или пониженное содержание в почве определяет концентрацию этих элементов в контактирующих с почвой средах (воде, растениях, атмосферном воздухе), что влияет на формирование естественных биогеохимических провинций, играющих ведущую роль ввозникновении эндемических заболеваний. В таких провинциях в организм человека с местными продуктами питания, питьевой водой и воздухом поступает избыточное или недостаточное количество того или другого биомикроэлемента, т. е. не отвечающее физиологической потребности. При условии постоянного или длительного проживания в геохимических провинциях у людей возникают естественные гипер- или гипомикроэлементозы, которые получили название эндемических заболеваний: эндемический флюороз, эндемический зоб, молибденовая подагра, уровская болезнь, болезнь Кешана и др.

Содержание химических элементов в почве можно оценивать в кларках. Под кларком понимают среднее содержание химического элемента в эталонной (незагрязненной) почве (литосфере). Так, один кларк кальция равен 3,25% по массе, или 32,5 г/кг почвы. Содержание элемента в почве на уровне 3-4 кларков и более свидетельствует о ее загрязнении.Отклонение от этого состава считается той или иной степенью загрязнения.

Гигиеническая оценка степени загрязнения почвы неорганическими веществами, особенно экзогенными, чужеродными для почвы, основана на сравнении фактического содержания данного элемента в почве сего ПДК. Таким образом, степень загрязнения почвы можно оценить, сравнив фактическое содержание вещества в почве: во-первых, - с количеством этого вещества в данном типе почвы, а во-вторых, - 42 сего ПДК в почве.

Органическое вещество почвы — это сложная система всех органических веществ, присутствующих в профиле в свободном состоянии или в форме органоминеральных соединений, исключая те, которые входят в состав живых организмов.

Главным источником органического вещества почвы являются остатки растений и животных на разных стадиях разложения. Наибольший объем биомассы поступает за счет опавших растительных остатков, значительно меньше вклад беспозвоночных и позвоночных животных и микроорганизмов, однако они играют важную роль в обогащении органического вещества азотсодержащими компонентами.

Органическое вещество почвы по своему происхождению, характеру и функциям делится на две группы: органические остатки и гумус. В качестве синонима термина «гумус» иногда используют термин «перегной».

Органические остатки представлены главным образом наземным и корневым опадом высших растений, который не утратил своего анатомического строения. Химический состав растительных остатков различных ценозов варьирует в широких пределах. Общим для них является преобладание углеводов (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества), лигнина, белков и липидов. Весь этот сложный комплекс веществ после отмирания живых организмов поступает в почву и трансформируется в минеральные и гуминовые вещества, а частично выносится из почвы с грунтовыми водами, возможно, до нефтеносных горизонтов.

Разложение органических остатков почвы включает механическое и физическое разрушение, биологическую и биохимическую трансформацию и химические процессы. В разложении органических остатков большая роль принадлежит ферментам, почвенным беспозвоночным животным, бактериям и грибам. Ферменты — это структурированные белки, имеющие множество функциональных групп. Основным источником ферментов являются; растения. Выполняя в почве роль катализаторов, ферменты в миллионы раз ускоряют процессы распада и синтеза органических веществ.

Гумус представляет собой совокуп