Морфологические признаки почвы.

Строение и формирование профиля почв.

Влажность почвы (визуальное определение по Н.А. Качинскому).Цвет почвы. Структура почвы. Сложение почвы. Новообразования. Включения. Строение почвенного профиля. Мощность почвы и ее отдельных горизонтов.

Морфология почв – сумма внешних признаков, которые являются результатом процессов формирования и поэтому отражают происхождение (генезис) почв, историю их развития, их физические и химические свойства. Морфологические признаки доступны простому визуальному наблюдению, но для более точного анализа используют как простые приспособления (например, лента с сантиметровыми делениями для определения мощности почвы), так и достаточно сложные приборы (поляризационные микроскопы, применяемые для изучения микроскопических морфологических признаков).

В полевых условиях описание почвы следует начинать с определения гранулометрического состава и влажности, т.к. от степени увлажнения зависят цвет почвы, твердость, выраженность структуры. С последующим определением таких морфологических признаков как: цвет, структура, сложение, новообразования, включения, мощность отдельных горизонтов и профиля в целом. Кроме перечисленных морфологических признаков определяют горизонт вскипания почвы. Эти признаки характеризуют тип почвообразования и состав почвообразующих пород.  

Влажность почвы (визуальное определение по Н.А. Качинскому)

При полевых исследованиях следует различать пять степеней влажности почв.

1) сухая почва пылит, присутствие влаги в ней на ощупь не ощущается, не холодит руку; влажность почвы близка к гигроскопической (влажность в воздушно-сухом состоянии);

2) влажноватая почва холодит руку, не пылит, при подсыхании немного светлеет; при сжатии между пальцами на образце почвы остается след пальца, что соответствует влаге завядания растений.

3) влажная почва - на ощупь явно ощущается влага; почва увлажняет фильтровальную бумагу, при подсыхании значительно светлеет и сохраняет форму, приданную почве при сжатии рукой; влажность соответствует приблизительно 50 % полевой влагоемкости.

4) сырая почва - при сжимании в руке вода смачивает руку, но не сочится между пальцами; хорошо формуется, раскатывается в шнур; влажность оптимальная для обработки почвы.

5) мокрая почва - при сжимании в руке из почвы выделяется вода, которая сочится между пальцами; почвенная масса обнаруживает текучесть.

Цвет почвы.

Окраска почвы – наиболее доступный, и прежде всего бросающийся в глаза морфологический признак, по которому выделяются генетические горизонты в профиле и устанавливаются их границы. По окраске можно отличить почву от породы, а также одну почву от другой. Окраска почв обусловлена ее химическим и минералогическим составом. Частично цвет почвы наследуется от почвообразующей породы, но в большей степени зависит от почвообразовательных процессов, которые протекают в ней. Цвет горизонтов почвы не имеет ярких, чистых тонов, преобладают смешанные, несколько тусклые тона.

Понятия цвет и окраска в почвоведении различаются. Термин окраска – более общий и характеризует изменения (неоднородность, пятнистость) цветовых характеристик горизонта. Терминцвет – колористическое понятие, относится непосредственно к сочетанию тонов, интенсивности и другим хроматическим параметрам.

С. И. Тюремнов и С. А. Захаров (1927) полагали, что все разнообразие окрасок в почвах создается тремя цветами – красным (желтым), белым и черным.

 Многие почвы получили свое название по преобладающему цвету: черноземы, бурозёмы, краснозёмы, каштановые, коричневые, серозёмы, желтозёмы и др.

Особенности окраски почвенного горизонта. Окраска почвенного горизонта не всегда является однородной, часто содержит различные пятнистости, отличающиеся от основной массы горизонта по своему цвету. В соответствии с этим выделяют следующие типы почв:

– почва однородная (пятна отсутствуют);

– слабопятнистая (пятна одиночные, обнаруживаются только при внимательном рассмотрении)

– пятнистая (пятна встречаются часто, хорошо заметны, расположены на расстоянии 5-15 см друг от друга);

– сильнопятнистая (пятна встречаются часто, расстояние между пятнами меньше 5 см).

Верхние горизонты почвенного профиля окрашены гумусом в темные цвета (серые и коричневые). Чем больше гумуса содержит почва, тем темнее ее цвет. Цвет нижних горизонтов почвенного профиля в основном определяется окраской почвообразующих пород, их составом и степенью выветривания. Особенно характерны различные оттенки коричнево-бурого цвета, обусловленные окраской плейстоценовых отложений – наиболее распространенных почвообразующих пород.

Рассмотрим наиболее важные для окраски почв группы веществ.

Черная окраска. Органические вещества. Окраска верхнего горизонта почвы обусловлена преимущественно наличием гумусовых соединений. Преобладают черные и серые цвета различной интенсивности. Интенсивность окраски зависит от процентного содержания гумуса. При содержании гумуса менее 5 % почвы имеют серый цвет, 8-10 % - интенсивно черный.

Минеральные соединения. Темная окраска может быть обусловлена окраской почвообразующих пород. Почвы, сформировавшиеся на юрских глинах, имеют темную (практически черную) окраску. Но в отличии от черноземов не являются плодородными. Черный цвет может быть обусловлен содержанием оксидов марганца (подзолистые почвы) и сернистым железом (болотные почвы).

Белая окраска. Минеральные соединения, каолинит, кремнекислота. Кремнезем (SiO₂), карбонат кальция (CaCO₃), гипс (CaSO₄) и легкорастворимые соли окрашивают почву в серые и беловатые цвета (так окрашены, например, подзолистые, серые лесные почвы). Белесая окраска обычно бывает при относительно большом содержании тонкодисперсных кварцевых зерен (SiO₂). Белый цвет говорит о наличии карбонатов и сульфатов кальция, а также легкорастворимых солей натрия, каолинита (H₂Al₂Si₂O₈ ∙ H₂O).

Красная и желтая окраска. Соединения окисного железа (Fe₂O₃) окрашивают почву в красновато-ржавый, красный, оранжевый и желтый цвета (такую окраску имеют краснозёмы, желтозёмы, каштановые почвы). Мало- или негидратированные оксиды железа (гематит) придают почве красный цвет, а гидратированные (лимонит) – желтый. Цвет указывает на присутствие значительных количеств оксидного железа, которые могут образовывать самостоятельные минералы или находится в своеобразном хемосорбированном состоянии на поверхности тонкодисперсных глинистых минералов.

Соломенно-желтую окраску в почвах имеет сульфат железа (пойменные почвы).

Черные пятна и прослойки на красновато-буром фоне связаны с наличием гидроксидов марганца.

Бурая окраска характерна для глинистых почв с высоким содержанием вторичного минерала иллита, слюдистых минералов и оксидов железа. Бурый цвет возникает при смешении черной, белой, красной и желтой окрасок и, следовательно, широко представлен в разных типах почв.

Другие цвета. Соединения закисного железа (FeO)окрашивают почву в сизые и голубоватые цвета (такую окраску имеют, например, тундровые глеезёмы, дерново-глеевые почвы тайги). Например, глинистый минерал вивианит (фосфат железа) [Fe₃(PO₄)₂∙8H₂O] имеет зеленовато-голубой оттенок. Наличие сизой окраски говорит о глеевых процессах, протекающих в почве.

Зеленая (оливковая окраска) появляется при избыточном увлажнении и наличии нонтронита. Нонтронит-глинистыйминерал, листовой силикат из группы монтмориллонита (группа смектитов) с химической формулой Fe₂[Si₄O₁₀][ОН]₂ nН₂О. Обычно содержит оксиды алюминия, магния, кальция и в небольших количествах К₂О, Na₂О, иногда NiО, Сr₂O₃.

Определение цвета почвы носит несколько субъективный характер. Чтобы избавиться от субъективизма в описании цвета почв на протяжении всей истории почвоведения различные авторы пытались унифицировать почвенные цвета. В нашей стране наиболее широкое применение получил треугольник цветов С.А. Захарова (рис.  ). В вершинах этого треугольника – белый, черный и красный цвета, а по сторонам и медианам нанесены названия различных цветов, производных от смешения трех основных.

Рис. Треугольник С.А. Захарова для определения названия окраски почвы

Комбинации окрасок различных почв необычайно разнообразны. Различные сочетания черного, красного и белого цветов образуют большую часть известных окрасок почв. Так, сочетание черного и белого дает темно-серую, серую, светло-серую и белесоватую окраски почв. Сочетание черного и красного дает каштановые и коричневый цвета почв, сочетание красного и белого — оранжевые и желтые цвета. Бурый цвет, наиболее распространенный в почвах, образуется при совместном влиянии черного, красного и белого цветов. Оливковый и голубой цвета (свойственные почвам болотного ряда) образуются комбинациями зеленого, черного и белого цветов.

Темно-серый                              Черный Серый                                       Светло-серый     Беловато-серый Темно-буровато-серый Буровато-серый                                   Светло-буровато-серый                       Темно-бурый                                        Бурый                                                    Темно-серовато-бурый                        Серовато-бурый                                   Серовато-бурый                                   Светло-серовато-бурый                       Темновато-бурый                                 Темно-желтовато-бурый                     Светло-желтовато-бурый                    Темно-красновато-бурый                    Красновато-бурый                               Светло-красновато-бурый                  Темно-палевый                                    Палевый                                                Желто-палевый                                    Буро-палевый                                      Буро-серовато-палевый                            Темно-желтый                                      Желтый                                             Светло-желтый                                     Светло-буровато-желтый                    Темно-коричневый                              Коричневый Светло-коричневый                             Темно-серовато-коричневый          Серовато-коричневый                         Светло-серовато-коричневый             Буровато-желтый

Темно-буро-желтый Темно-буровато-коричневый Буровато-коричневый Светло-буровато-коричневый Темно-красновато-коричневый Красновато-коричневый Светло-красновато-коричневый Темно-красный Красный Темно-коричневато-красный Коричневато-красный Светло-коричневато-красный Светло-коричневато-красный Оливковый Светло-оливковый Серовато-оливковый Светло-серовато-оливковый Зеленовато-оливковый Оливково-зеленый Оливково-серый Темно-оливково-серый Темно-оливково-бурый Оливково-бурый Светло-оливково-бурый Темно-серо-зеленый Серо-зеленый Светло-серо-зеленый Темно-сизый Сизый Светло-сизый Серовато-сизый Сизовато-серый Темно-голубой Голубой Светло-голубой Сизовато-голубой

          Рис. . Основные цвета, используемые для описания окраски почвы.

Окраску почвы обычно трудно бывает охарактеризовать каким-нибудь одним цветом, поэтому приходится указывать ее степень (например, светло-серая, серая, темно-серая), или отмечать оттенки (например, белесая с желтоватым оттенком), или называть промежуточные тона (например, коричневато-бурый, серовато-бурый), при описании почв преобладающий тон в почвенной окраске называют на последнем месте. Например, цвет желто-бурый, неравномерно окрашенный, с отдельными расплывчатыми сизоватыми пятнами.

При определении цвета почвы в полевых условиях следует учитывать его зависимость от освещенности почвенного разреза и влажности почвы: увлажненная почва имеет более темную окраску, чем сухая, поэтому наряду с цветом необходимо указывать степень увлажнения.

Цвет почвы непосредственно связан с почвообразовательными процессами и, следовательно, его определение имеет практическое значение. Рассмотрим несколько примеров. Почвы с мощными, окрашенными гумусом в черный цвет верхними горизонтами являются в хозяйственном отношении наиболее ценными и плодородными. Таковы чернозем, луговые почвы, рендзины. Окрашенные в бурые, серые, коричневые, палево-серые, каштановые цвета почвы также являются ценными и плодородными (лесные буроземы, сероземы и каштановые почвы), но они обычно имеют относительно плохую структуру. Почвы с сизоватыми, оливковыми, голубоватыми, ржавыми пятнами и оттенками чаще всего относятся к болотным и обладают пониженным плодородием. Большая часть почв, имеющих горизонты, окрашенные в белые и белесоватые цвета, по различным причинам относится к категории малоплодородных (подзол, солодь и засоленные почвы, известковые коры).

Таким образом. Главные особенности и последовательность окраски горизонтов по профилю почвы тесно связаны с ее генезисом и являются надежным морфологическим признаком. Цвет почвы является одним из таксономических показателей (светло-каштановые каштановые и темно-каштановые почвы).

Структура почвы.

Понятие «структура почвы». Способность почвы образовывать из механических элементов агрегаты носит название структурообразующей способности почвы, а совокупность получающихся при этом процессе агрегатов различной величины, формы, прочности, водопрочности и пористости, характерных для данной почвы и отдельных ее горизонтов составляет структуру почвы (Качинский, 1963) 

Согласно ГОСТ 27593-88 под структурой почвы понимается физическое строение ее твердой части и порового пространства, обусловленное размером, формой, количественным соотношением, характером взаимосвязи и расположением как механических элементов, так и состоящих из них агрегатов.

Все агрегаты состоят из элементарных почвенных частиц (песок, пыль, ил), органического вещества. Выделяют три группы структурных отдельностей в почвах (мм):

- микроагрегаты      < 0,25       

- мезоагрегаты    0,25 – 7 (10)

- макроагрегаты    > 7 (10)

Рис.   Почвенный агрегат (Шеин Е.В. Агрофизика, 2006)

Структура почвы оказывает влияние на аэрацию почвы, ее водопроницаемость и влагоемкость, определяет устойчивость почвы против эрозии.

Оптимальный размер структурных отдельностей связан с зональными особенностями, так, например, во влажных зонах более крупные агрегаты обеспечивают лучшую водо- и воздухопроницаемость, а в сухих зонах более благоприятны мелкие агрегаты. Но при наличии в верхнем слое пахотной почвы менее 50% агрегатов крупнее 1 мм делает почву податливой к ветровой эрозии. Наиболее ценными являются мезоагрегаты размером 0,25-10 мм, обладающие высокой пористостью (> 45%), механической прочностью и водопрочностью, а также микроагрегаты размером 0,25-0,05 мм. Микроагрегаты размером средней пыли (0,01-0,005 мм) затрудняют водо- и воздухопроницаемость, способствуют повышению испаряющей способности почв.

Качественная оценка структурной отдельности определяется ее размерам, пористостью, механической прочностью и водопрочностью. 

Важную роль структурообразования в гумусовом горизонте играют травянистые растения, создающие своей корневой системой комковатую структуру. Главными структурообразующими веществами почв являются гели, образованные органическими и минеральными коллоидами. Коагуляторами в почвах чаще всего являются 2-х и 3-х валентные катионы металлов (Са²⁺, Мg²⁺, Fе³⁺, А1³⁺). Наиболее ценная водопрочная структура образуется при взаимодействии гуминовых кислот с минералами монтмориллонитовых группы и гидрослюдами. Поэтому песчаные почвы, лишенные глинистых частиц и содержащие мало гумусовых веществ, относятся к бесструктурным.

В песчаных и супесчаных почвах механические элементы обычно находятся в раздельно-частичном состоянии. Суглинистые и глинистые почвы могут быть структурными, мало структурными и бесструктурными.

Бесструктурные почвы

Структурные почвы

Рис.  . структурные и бесструктурные почвы

В малоструктурных почвах структура выражена плохо и неоднородна, структурных агрегатов мало, они могут иметь различную величину.

В бесструктурных почвах профиль или его отдельные горизонты лишены структуры, т.е. механические элементы находятся в раздельно-частичном состоянии и представлены массой песчаных, пылеватых и иловатых частиц, не соединенных в структурные отдельности. В ряде случаев твердые частицы могут быть сцементированными в сплошную массу. Раздельно-частичное состояние твердых частиц характерно для песчаных почв, сцементированное – для бесструктурных глинистых и суглинистых почв. В бесструктурных почвах в значительной степени проявляются физико-механические свойства (связность, пластичность, набухание, усадка, липкость и т.д.).

В структурных почвах структура выражена хорошо и представлена агрегатами одинаковой величины и формы. Положительное влияние на физические свойства почвы оказывают водопрочные агрегаты, которые имеют рыхлую упаковку, обладают способностью легко воспринимать воду. Структура почвы, её водоустойчивость определяют соотношение воды и воздуха в почве.

Поэтому важно, чтобы водопрочные агрегаты имели рыхлую упаковку, были пористые, обладали способностью легко воспринимать воду. Они должны иметь соответствующие размеры, чтобы в их поры легко проникали корневые волоски и микроорганизмы

Рис. 7. Строение структурной отдельности. 1- гумусовые соединения, как правило, гуматы Са; 2 – механические элементы (песчаные, пылеватые, иловатые частицы);         3 – почвенный воздух; 4 – внутриагрегатная вода; 5 – микроорганизмы почвы.

Прочность структурных отдельностей зависит от состава поглощенных катионов и почвенного раствора. Бесструктурными могут быть суглинистые и глинистые почвы, если в составе поглощенных катионов содержится мало кальция, кальций является энергичным коагулятором, следовательно, его присутствие сопровождается коагуляцией органических и минеральных тонкодисперсных веществ. При увеличении содержания в почвенном растворе Na⁺ происходит  обменного натрия в почве протекают процессы пептизации, которые способствуют разрушению почвенных агрегатов. Почвы, содержащие поглощенный натрий, при намокании расплываются, а при высыхании образуют растрескавшуюся корку

Одним из важнейших свойств структуры является степень ее водопрочности, т.е. устойчивости против размывающего действия воды. водопрочная структура придает горизонту благоприятные для растений водно-воздушные свойства и улучшает питательный режим. Высокой степенью водопрочности обладает зернистая и ореховатая формы структуры, меньшей - комковатая структура; неводопрочными структурами считаются плитовидная и призмовидная структуры.

Структурные отдельности почвы обладают некоторым, правда, очень отдаленным, сходством с кристаллами. Поэтому структурные отдельности подразделяются на следующие три основные типа: кубовидный, призмовидный, плитовидный. Каждый тип разделяется на несколько родов, а род в свою очередь на несколько видов почвенных структур.

При изучении структурности почвы необходимо определить степень выраженности (хорошо или плохо), однородность (однородная или неоднородная). Далее определяют тип структуры, тщательно исследуя отдельные наиболее типичные агрегаты по форме и степени выраженности граней и ребер. В конце на миллиметровой бумаге измеряют величину агрегатов и уточняют название, используя классификацию по С. А. Захарову (табл. 7, рис. 9).

Рис. 9. Главнейшие виды почвенной структуры (по С.А. Захарову)

I тип: 1 – крупнокомковатая; 2 – среднекомковатая; 3 – мелкокомковатая; 4 - пылеватая; 5 – крупноореховатая; 6 – ореховатая; 7 –мелкоореховатая; 8 - крупнозернистая; 9 – зернистая; 10 – порошистая; 11 – «бусы» из зерен почвы. 

II тип: 12 – столбчатая; 13 – столбовидная; 14 – крупнопризматическая; 15 - призматическая; 16 – мелкопризматическая; 17 – тонкопризматическая.       

III тип: 18 – сланцеватая; 19 – пластинчатая; 20 – листоватая; 21 - грубочешуйчатая;  22 – мелкочешуйчатая.

Таблица