Минералогический и гранулометрический состав почв.

Почва – многофазная полидисперсная система, состоящая из твердых, жидких, газообразных и живых компонентов. Минералогический состав твердой части почвы во многом определяет ее плодородие. Минеральная часть составляет 80–90% массы почвы, за исключением органогенных почв, в которых ее доля может уменьшаться до 10–15%. Наряду с минеральными, твердая часть почвы содержит органические вещества.

Различают первичные и вторичные минералы. Первичные образовались в глубоких слоях земли из расплавленной магмы; вторичные – в результате преобразования первичных под воздействием климатических и биологических факторов.

Первичные минералы сосредоточены преимущественно в механических элементах размером >0,001 мм, вторичные — в механических элементах размером <0,001 мм. В большинстве почв первичные минералы преобладают по массе над вторичными.

Минералогический состав почв зависит от состава почвообразующих пород, возраста почв, особенностей рельефа, климата и т.д. Минеральные частицы почвы представляют собой продукты выветривания горных пород, поэтому ее минералогический состав находится в тесной зависимости от состава породы, на которой она сформировалась. Но минералогический состав почв существенно отличается от состава почвообразующих пород. Например, на долю полевых шпатов в магматических породах приходится около 60%, а в почве их содержится не более 20%. Вместе с тем в тех же породах на долю кварца приходится всего 12%, а в почвах — около 60%. Объясняется это различной устойчивостью минералов к выветриванию. Наиболее устойчив кварц, второе место занимают полевые шпаты, третье – роговые обманки, четвертое – слюды. Следовательно, в процессе выветривания горных пород и последующего почвообразования изменяется состав минеральной части почвы. При выветривании минералы преобразуются с различной скоростью, поэтому более прочные дольше сохраняются в почве, а менее прочные быстрее разрушаются, продукты их распада вступают в реакции с другими химическими веществами, что ведет к образованию новых минералов.

При этом происходит относительное накопление таких первичных минералов, как кварц и полевые шпаты. Из вторничных минералов в почвах широко распространены минералы группы монтмориллонита, каолинита, гидрослюд, хлоритов и смешанослойных минералов, а в засушливых условиях еще и некоторые простые соли: сода, гипс, мирабилит, галит и другие. Соотношение минералов неодинаково не только в разных почвах, но и в различных горизонтах одной и той же почвы. Закономерно уменьшение содержания органических веществ и живых организмов от верхних почвенных горизонтов к нижним.

В состав минеральных веществ почвы входят: Si, Al, Fe, К, Mg, Ca, С, N, Р, S, значительно меньших количествах: Cu, Mo, I, В, F, Pb и др.

В результате процессов выветривания плотная горная порода превращается в рыхлую, состоящую из частиц различной величины – механических элементов. Размеры обломков и частичек минералов в почве разнообразны – от 0,0001 мм до нескольких десятков см. Этим разнообразием размеров обуславливается рыхлость сложения почвы. Основную массу почвы составляет обычно мелкозем – частицы с диаметром менее 1 мм.

По определению Н. А. Качинского «под механическим элементом почвы следует понимать обособленные куски, кусочки (осколки) пород и минералов, а также аморфных соединений в почве, все элементы которых (последних) находятся в химической взаимосвязи».

Различают органические, минеральные и органо-минеральные частицы. Они представляют собой обломки горных пород, отдельные минералы, гумусовые вещества, органо-минеральные соединения.

Классификация механических элементов. Твердая фаза почвы состоит из минеральных и органических частиц (механических элементов) различной крупности, начиная от крупных обломков породы и кончая тончайшими глинистыми частицами, диаметр которых измеряется тысячными долями миллиметра.

Количественное определение механических элементов называют механическим анализом. Отдельные группы механических элементов по-разному влияют на свойства почвы. Это объясняется их неодинаковым минералогическим и химическим составом, различными физическими и физико-химическими свойствами.

Гранулометрический состав во многом определяется минералогическим составом породы. Например, кварц наиболее устойчивый минерал, поэтому, обычно, он накапливается в крупных фракциях гранулометрического состава, полевые шпаты преобладают в среднем песке, в глинистых частицах – монтмориллонит, каолинит (рис. 1.12).

Рис.1.12 Распределение минералов по фракциям гранулометрического состава (по В.П. Ананьеву)

Близкие по размеру, а следовательно, и по свойствам частицы группируются во фракции. Группировка частиц по размерам во фракции называется классификацией механических элементов (рис.1.13).

Все частицы более 1 мм называют скелетной частью или скелетом почвы, а менее 1 мм – мелкоземом. Частицы крупнее 0,1 мм образуют физический песок, меньше 0,1 мм – физическую глину.

Рис.1.13 Классификация механических элементов (по Н.А. Качинскому)

Отдельные фракции по-разному влияют на свойства почв и пород.

Камни (более 3 мм) представляют собой достаточно крупные обломки горных пород. Каменистость является отрицательным свойством почвы, так как наличие камней затрудняет использование сельскохозяйственных машин и орудий, мешает появлению всходов. Камни являются механическим препятствием для роста и развития растений.

Г р а в и й (3–1 мм) – состоит из обломков первичных минералов. Высокое содержание гравия в почвах не препятствует их механической обработке, но придает им неблагоприятные свойства – провальную водопроницаемость, отсутствие водоподъемной способности, низкую влагоемкость.

Песок(1–0,05 мм) представляет собой обломки первичных минералов (кварца, полевых шпатов). Для этой фракции характерна высокая водопроницаемость, слабое набухание, низкая пластичность. Однако, в отличие от гравия песок обладает некоторой капиллярностью и влагоёмкостью.

Пыль крупная (0,05–0,01 мм) по минералогическому составу не отличается от песчаной фракции, поэтому обладает некоторыми физическими свойствами песка: не пластична, слабо набухает, имеет низкую влагоёмкость.

Так как, перечисленные выше фракции обладают рядом сходных свойств их объединяют в отдельную группу и называют физическим песком.

Пыль средняя(0,01–0,005 мм). Для этой фракции характерно относительно высокое содержание слюд, придающих почве повышенную пластичность и связность. Oнa хорошо удерживает влагу, но обладает слабой водопроницаемостью, не способна к коагуляции, не участвует в структурообразовании и физико-химических процессах, протекающих в почве. Поэтому почвы, обогащенные фракцией крупной и средней пыли, легко распыляются, склонны к заплыванию и уплотнению, отличаются слабой водопроницаемостью.

Почвы с высоким содержанием крупной и средней пыли легко распыляются, имеют склонность к заплыванию и уплотнению, отличаются низкой водопроницаемостью.

Пыль мелкая(0,005–0,001) характеризуется относительно высокой дисперсностью, состоит из первичных и вторичных минералов. В связи с этим обладает рядом свойств, не присущих более крупным фракциям: способна к коагуляции и структурообразованию, обладает поглотительной способностью, обогащена гумусовыми веществами. Однако обилие тонкой пыли в почвах в свободном, неагрегатированном состоянии придает им такие неблагоприятные свойства, как низкая водопроницаемость, большое количество недоступной воды, высокая способность к набуханию и усадке, липкость, трещиноватость, плотное сложение. Почвы с высоким содержанием мелкой пыли содержат много недоступной для растений воды

И л (менее 0,001 мм) состоит преимущественно из высокодисперных вторичных минералов. В незначительных количествах в нем содержатся первичные минералы, такие как кварц, ортоклаз и мусковит. Илистая фракция играет большую роль в создании почвенного плодородия, в физико-химических процессах, протекающих в почве. Она обладает высокой поглотительной способностью, содержит много гумуса и элементов зольного и азотного питания растений.

Наиболее тонкая, коллоидная фракция (<0,0001 мм) состоит из минеральных, органических и органо-минеральных частиц. Она играет важнейшую роль в структурообразовании и различных физико-химических процессах, происходящих в почвах и определяющих их плодородие.

Пыль средняя, мелкая и ил образуют физическую глину.

Выделение физического песка и физической глины основано на том, что на рубеже 0,01 мм свойства механических элементов претерпевают довольно резкие изменения.