Тепловые свойства почв. Основными тепловыми свойствами почв являются теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность проявляется в поглощении почвой лучистой энергии Солнца. Ее обычно характеризуют величиной альбедо А, которая показывает, какую часть (в процентах от общей величины) поступающей солнечной энергии отражает почва. Альбедо зависит от цвета почвы (который, в свою очередь, зависит от ее гумусированности), структурного состояния, гранулометрического состава, влажности, выравненности поверхности, от особенностей растительного покрова. Альбедо различных почв и растительных покровов характеризуют следующие данные:

Теплоемкость С – количество теплоты, необходимое для нагревания на 1 °С 1 г почвы (удельная теплоемкость) или 1 см³ почвы (объемная теплоемкость). Теплоемкость зависит от минералогического, механического состава, влажности и пористости почвы, а также от содержания в ней органического вещества и гидрофильности коллоидов.

Теплоемкость твердой, жидкой и газовой частей почвы различна. Удельная теплоемкость компонентов почв (минеральной части, воды, газа и органической составляющей) изменяется в сравнительно узких диапазонах, Дж/(г×°С): соответственно С_м = 0,71¸0,88, С_в = 4,19, С_г = 1,02, С_торф = 0,8¸2,1. По мере повышения влажности теплоемкость почв растет. Глинистые почвы, как более влагоемкие, весной медленно прогреваются, поэтому называются холодными, а легкие (песчаные, супесчаные) – теплыми.

Теплопроводностьl – способность почвы проводить тепло. В почве тепло передается различными путями: при контакте частиц между собой; излучением от частицы к частице; конвекционной передачей тепла через газ или жидкость. Теплопроводность определяют следующие факторы:

· плотность (рыхлая почва имеет более низкий коэффициент теплопроводности, чем плотная);

· влажность (при одинаковой дисперсности и плотности более влажная почва характеризуется большей теплопроводностью, чем сухая);

· содержание воздуха (в сухом состоянии почвы, богатые гумусом и обладающие высокой пористостью аэрации, очень плохо проводят тепло);

· температура почвы (с повышением температуры увеличивается теплопроводность почвенного воздуха и почвы в целом).

Теплопроводность почв при прочих равных условиях уменьшается с ростом дисперсности. Увлажнение почвы существенно увеличивает величину l, так как низкотеплопроводный воздух заменяется более теплопроводной водой. Для сравнения приведем следующие данные: теплопроводность воздуха 0,024 и 0,022 Вт/(м·°С) при 0 и –23 °С соответственно, теплопроводность воды 0,54 и 0,60 Вт/(м·°С) при 4,1 и 20 °С. Теплопроводность почв зависит от влажности следующим образом, Вт/(м·°С):

Почвенный профиль

Как всякое природное тело, почва обладает суммой внешних признаков, определенной морфологией. Для морфологического описания почвы используют как визуальные наблюдения, так и специальные приспособления и приборы. Морфологические признаки почвы являются результатом процессов ее формирования и, естественно, отражают ее химические и физические свойства, поэтому в конкретной полевой обстановке на основании визуальных наблюдений можно сделать обоснованные выводы о процессах, сформировавших почву, и о свойствах, приобретенных почвой в результате действия этих процессов.

В качестве основных морфологических признаков почвы выделяют: почвенный профиль; новообразования; почвенную структуру; цвет (окраску) почвы; включения.

Наиболее важным морфологическим признаком почвы является ее строение, т.е. закономерное изменение почвенной толщи сверху вниз, разделение ее на генетические горизонты, составляющие почвенный профиль. Генетические горизонты обособляются постепенно в процессе формирования почвы, но даже в окончательно сформированных почвах горизонты, как правило, не имеют резкой границы и постепенно переходят один в другой. Этим они отличаются от осадочных слоев, отделяющихся друг от друга четкой границей.

В различных типах почв генетические горизонты будут существенно отличаться, однако в самом первом приближении можно выделить два типа строения почвенного профиля, характерные для автоморфных и гидроморфных почв.

Рис.9. Схема формирования генетических горизонтов профиля автоморфных почв

Автоморфные почвы. формирование таких почв происходит в условиях хорошо дренируемых водоразделов, с относительно глубоким положением грунтовых вод. В этих условиях нисходящие токи атмосферной влаги систематически и закономерно перемещают химические элементы сверху вниз. Режим почвенной влаги в этих условиях может быть как промывным, так и непромывным. Для почвенного профиля этого типа характерны следующие основные генетические горизонты (рис.9). В перегнойно-аккумулятивной части профиля, обозначаемой обычно буквой А, совершается преобразование отмершего органического вещества и происходит систематическое накопление почвенного перегноя. Одновременно имеет место аккумуляция зольных элементов, необходимых для нормального питания растений.

В перегнойно-аккумулятивной части профиля преобладают процессы накопления; однако часть химических элементов в виде подвижных как органических, так и неорганических соединений выносится за пределы гумусового горизонта А₁. Цвет аккумулятивной части профиля более или менее темный в зависимости от содержания органических соединений, а его мощность меняется в различных почвах от нескольких сантиметров до метра. На поверхности почвы часто накапливаются слабо измененные растительные остатки, образуя лесную подстилку или степной войлок, которые обозначаются A₀, или торфяной горизонт А_т.

В переходной части профиля происходит постепенный переход от гумусового горизонта к почвообразующей породе. Для этой части профиля характерны различные, часто противоположно направленные процессы.

Явления вымывания характерны для верхнего горизонта переходной части профиля. В некоторых почвах они выражены необычайно сильно (например, в подзолистых почвах). В этом случае обособляется самостоятельный горизонт вымывания, откуда вынесены все более или менее подвижные соединения.

В результате действия слабокислых растворов выносятся менее растворимые соли (сульфаты кальция, карбонаты). В случае сильнокислых почв (рН почвенного раствора около 5 и ниже) за пределы горизонта вымывания выносятся также оксиды железа и марганца. Кроме того, в результате движения гравитационных вод перемещаются тонкодисперсные частицы. Вследствие этого горизонт вымывания приобретает белесую окраску, напоминающую цвет золы, и резко выделяется на почвенном профиле (рис.10). Горизонт вымывания принято обозначать символом A₂.

В нижней половине переходной части профиля преобладают явления вмывания химических элементов и мелких частиц, которые были вымыты из верхней части почвенной толщи. Глубина перемещения частиц и соединений в разных условиях существенно различны, но более растворимые соединения мигрируют глубже, чем менее растворимые. Горизонт вмывания (иллювиальный) четко выделяется в почвенном профиле более темной окраской и большей плотностью. Он обозначается символом В. Этот же символ присваивается всему переходному горизонту в тех почвах, в которых горизонты вымывания и иллювиальный не выделяются.

Ниже переходной части профиля залегает почвообразующая порода. Следует отметить, что верхняя часть горизонта (его символ С) несет следы почвообразования в виде соединений, привнесенных сюда из верхней части почвенного профиля.

В том случае, когда почвообразующая порода имеет небольшую мощность и в обнажении или в шурфе вскрывается порода, подстилающая почвообразующую, то ее называют почвоподстилающей и обозначают символом D.

Гидроморфные почвы. Процесс почвообразования протекает под воздействием близко расположенных грунтовых вод, которые периодически или постоянно обогащают почвенную толщу определенными химическими элементами и создают специфическую геохимическую обстановку. Режим почвенной влаги в этих условиях соответствует выпотному или застойному.

При восходящем движении грунтовых вод и их капиллярном поднятии более растворимые соединения выпадают в осадок близко к поверхности или располагаются непосредственно на ней. Поэтому почвенный профиль гидроморфных почв состоит, во-первых, из более или менее выраженной перегнойно-аккумулятивной части и, во-вторых, из системы минерально-аккумулятивных горизонтов, каждый из которых называется по слагающему его соединению. На рис.11 выделяются (снизу вверх) карбонатный, гипсовый и сульфатно-натриевый горизонты.

Помимо двух основных типов строения почвенного профиля (автоморфного и гидроморфного), в природе встречаются многочисленные случаи переходного строения профиля почвы. Это объясняется сменой условий автоморфного и гидроморфного почвообразования.

При более детальном изучении строения почвенного профиля внутри основных генетических горизонтов выделяют характерные подгоризонты. Например, в горизонте вмывания подзолистой почвы выделяют подгоризонты B₁, B₂, В₃.

Сумма мощностей всех горизонтов составляет мощность почвы, или почвенного профиля.

Интересен характер смены генетических горизонтов. Обычно переход между ними очень постепенный, поэтому граница между горизонтами в известной мере условна и представлена не линией, а некоторой переходной полосой. Иногда переход между горизонтами чрезвычайно четкий, но граница при этом бывает не обязательно ровной, а языковатой, когда масса верхнего горизонта в виде языков и потеков заходит в пределы нижерасположенного генетического горизонта.

Чем мощнее почва, тем выше ее агрономические и лесорастительные свойства, так как такая почва способна запасать больше воды, лучше обеспечивать растения питательными веществами, она благоприятнее для развития глубокой корневой системы. Особенно важна мощность гумусового горизонта А₁, где сосредотачивается наибольшая масса корней растений.

Структура почвы

Морфология почвы. Механические элементы почвы могут быть разъединены друг с другом или объединены в структурные отдельности (агрегаты, комки) различной формы и размера. Способность почвы распадаться на отдельности или агрегаты называется структурностью. Необходимо различать понятие о структуре как характерном морфологическом признаке почвы от понятия структуры в агрономическом смысле.

В морфолого-генетическом плане понятие структуры включает размеры, форму и организацию твердых компонентов почвы и пор между ними. Поскольку структура почвы зависит от характера почвообразования, отдельным типам и генетическим горизонтам почвы соответствует определенная структура. Структурные отдельности подразделяются на три основных типа: кубо-, призмо- и плитовидный. Важное значение для характеристики структуры имеет также размер отдельностей. Классификация структурных элементов почвы, согласно С.А. Захарову, представлена в табл.12 и на рис.12.

Таблица 12