Лекция № 4. Морфология почвы

План: 1. Почвенный профиль.

2. Цвет почвы.

3. Структурность почв.

4. Новообразования и включения в почве.

1. Почвенный профиль. Морфологические элементы почвы - это ее генетические горизонты, структурные отдельности, окраска, новообразования, включения и поры (пустоты, заполненные водой или воздухом). Почва представляет собой систему последовательно сменяющих друг друга по вертикали генетических горизонтов - слоев, на которые дифференцируется исходная материнская горная порода (почвообразующая порода) в процессе почвообразования. Эта вертикальная последовательность горизонтов получила название почвенного профиля.

Почвенный профиль представляет первый уровень морфологической организации почвы как природного тела, почвенный горизонт - второй Почвенный горизонт не является однородным и состоит из морфологических элементов третьего уровня - морфонов, под которыми понимаются внутригоризонтальные морфологические элементы, исключая структурные отдельности – морфологически обособленные участки почвы внутри генетического горизонта. С одной стороны, это могут быть разделенные трещинами или затеками материала вышележащих горизонтов блоки, состоящие из структурных отдельностей; с другой стороны - это различные включения и новообразования.

Рассматривая почву как природное тело, различают следующие основные понятия: Строение почвы - специфическое для каждого почвенного типа сочетание генетических горизонтов, внутригоризонтных и внегоризонтных образований, составляющее в целом почвенный профиль.

Сложение почвы - физическое состояние почвенного материала, в профиле почвы в целом или в ее отдельном горизонте, обусловленное взаимным расположением и соотношением в пространстве твердых частиц и связанных с ними пор (геометрия пространства, занятого почвенным материалом).

Структурность почвы - способность почвы распадаться в естественном состоянии при механическом воздействии (вспашке) на агрегаты (структурные отдельности, комки, педы) определенного размера и формы. Структура почвы - взаимное расположение в почвенном теле структурных отдельностей (агрегатов, педов) определенной формы и размеров.

Состав почвы - соотношение по массе или объему компонентов почвенного материала, выражаемое в процентах его общей массы или объема, либо в долях единицы. Различают фазовый, агрегатный (структурный), микроагрегатный, гранулометрический (механический, текстура), минералогический и химический состав почвы.

Почвенным профилем называется определенная вертикальная последовательность генетических горизонтов в пределах почвенного индивидуума, специфическая для каждого типа почвообразования. Профиль почвы характеризует изменение ее свойств по вертикали, связанное с воздействием почвообразовательного процесса на материнскую горную породу. Наблюдается закономерное, зависящее от типа почвообразования изменение гранулометрического, минералогического, химического состава, физических, химических и биологических свойств почвенного тела от поверхности почвы вглубь до незатронутой почвообразованием материнской породы.

Главные факторы образования почвенного профиля (дифференциации исходной почвообразующей породы на генетические горизонты), это во-первых, вертикальные потоки вещества и энергии (нисходящие или восходящие в зависимости от типа почвообразования и его годовой, сезонной или многолетней цикличности) и во-вторых, вертикальное распределение живого вещества (корневые системы растений, микроорганизмы, почвообитающие животные).

Генетические почвенные горизонты - это формирующиеся в процессе почвообразования однородные, обычно параллельные земной поверхности слои почвы, составляющие почвенный профиль и различающиеся между собой по морфологическим признакам, составу и свойствам.

Докучаев выделил в почве всего три генетических горизонта:

А - поверхностный гумусо-аккумулятивный;

В - переходный к материнской породе;

С - материнская горная порода.

Ниже приводится наиболее поздняя система выделения основных видов почвенных горизонтов. Поверхностные органогенные горизонты. Т - торфяный горизонт, формирующийся на поверхности в условиях постоянного избыточного увлажнения и характеризующийся специфической консервацией органического вещества растительных остатков без превращения его в гумус.

А₀ - лесная подстилка или степной войлок - маломощный (до 20 см) поверхностный слой разлагающегося органического вещества, частично, особенно в нижней части, перемешанного с минеральными компонентами; содержит более 35 % по массе (более 70 % по объему) органического вещества. А₀₁ - свежий или слабо разложившийся опад, в котором растительные остатки почти полностью сохранили свою исходную форму - слой опада. А₀₂ - растительные остатки лишь частично сохранили свою форму в виде обрывков тканей - слой ферментации. А₀₃ - сплошная органо-минеральная масса без видимых следов растительных остатков – слой гумификации.

 А_д - дернина - органоминеральный гумусо-аккумулятивный поверхностный горизонт почв, формирующийся под травянистой растительностью, особенно дуговой, и состоящий на половину по объему из корней растений. А_Т – перегнойный, гумусо-аккумулятивный горизонт, содержащий от 15 до 35 % по массе органического вещества, иловатый, черный, мажущийся, зернистой структуры или бесструктурный, постоянно или периодически насыщенный водой, А1 - гумусовый горизонт - поверхностный или лежащий под горизонтами А, темноокрашенный гумусо-аккумулятивный горизонт с содержанием органического вещества до 15 % по массе. А_пах – пахотный горизонт - поверхностный гумусовый горизонт почв, преобразованный периодической обработкой в земледелии.

 Подповерхностные горизонты. А₂ - элювиальный горизонт - осветленный, обычно белесый (палево-белесый, серо-белесый, сизо-белесый, белый), располагающийся под каким-либо из органогенных горизонтов и подстилаемый иллювиальным горизонтом; по происхождению может быть подзолистый (кислотный гидролиз минералов и вынос продуктов разрушения), лессивированный или псевдоподзолистый (вынос пылеватых или илистых частиц без их разрушения), отбеленный или сегрегированный (снятие и вынос или сегрегация полутораоксидных пленок с минеральных зерен), осолоделый (щелочной гидролиз минералов и вынос продуктов разрушения), глеевоэлювиальный или псевдоглеевый (разрушение и вынос в переменно-восстановительной среде на контакте с подстилающим водоупорным горизонтом).

В - минеральный внутрипочвенный горизонт, лежащий в средней части профиля и отличающийся по своим свойствам от любого поверхностного горизонта. Горизонт В это сборное понятие. С одной стороны, он включает иллювиальные горизонты, среди которых выделяются глинисто-иллювиальные, железисто-иллювиальные, гумусо-иллювиальные, солонцовые, карбонатные, солевые, гипсовые или смешанные, а с другой – метаморфические горизонты, образованные при трансформации минералогического состава на месте: сиаллитно-метаморфический, ферраллитно-метаморфический. Иллювиальный горизонт называют обычно «В текстурный», а метаморфический – «В структурный». G - глеевнй горизонт - минеральный горизонт, формирующийся в условиях постоянного избыточного увлажнения, характеризующийся преобладанием голубоватой, сизой, оливковой окраски, иногда с ржавыми пятнами.

Подпочвенные горизонты. С - материнская горная порода, горизонт лежащий под любым из описанных выше почвенных горизонтов, сходный с ними литологически и не имеющий их признаков.

Переходные горизонты, обладающие свойствами как вышележащего, так и нижележащего, при постепенной смене одного другим обозначаются смешанными символами, например, АВ, ВС и т.п.

Простое строение профиля включает в себя следующие пять типов: I) примитивный профиль с маломощным горизонтом А либо АС, лежащим непосредственно на материнской породе; 2) неполноразвитый профиль, имеющий полный набор всех генетических горизонтов, характерных для данного типа почвы, но укороченных, с малой мощностью каждого горизонта; 3) нормальный профиль, имеющий полный набор всех генетических горизонтов, характерных для данного типа почвы, с мощностью, типичной для неэродированных почв плакоров; 4) слабо-дифференцированный профиль, в котором генетические горизонты выделяются с трудом и постепенно сменяют друг друга; 5) нарушенный (эродированный) профиль, в котором часть верхних горизонтов уничтожена эрозией.

Сложное строение почвенного профиля также характеризуется пятью типами: 1) реликтовый профиль, в котором присутствуют погребенные профили палеопочв; с другой стороны, в профиле могут присутствовать не погребенные, а реликтовые горизонты, являющиеся следами древнего почвообразования, идущего сейчас по иному типу; 2) многочленный профиль формируется в случае литологических смен в пределах почвенной толщи; 3) полициклический профиль образуется в условиях периодического отложения почвообразующего материала (речной аллювий, вулканический пепел, золовый нанос); 4) ненарушенный (перевернутый) профиль с искусственно (деятельностью человека) или природно (при ветровалах в лесу) перемещенными на поверхность нижележащими горизонтами; 5) мозаичный профиль, в котором генетические горизонты образуют не последовательную по глубине серию горизонтальных слоев, а прихотливую мозаику, сменяя друг друга пятнами на небольшом протяжении. По своей форме граница между двумя горизонтами может быть ровной, волнистой, карманной, языковатой, затечной, размытой, пильчатой, полисадной. По степени выраженности границ переход между горизонтами может быть резким, ясным, заметным или постепенным.

2. Цвет почвы. Горизонты в пределах почвенного профиля различаются между собой по окраске, изменения которой отражают изменения состава почвы и других ее свойств, поскольку окраска почвы зависит от ее химического и минералогического состава. Окраска почвы частично наследуется от почвообразующей породы, особенно в нижних горизонтах, но в основном является результатом почвообразования. Черная (темно-серая, темно-бурая) окраска почвы обычно связана с содержанием в ней гумуса, чем больше гумуса в почве, тем она темнее окрашена. Черная окраска появляется в том случае, если в почве накапливается гуматный гумус. Фульватный гумус дает светлую окраску почв (серую, бурую, желтоватую). Особенно интенсивный черный цвет имеют почвы с монтмориллонитовым составом глинистой фракции.

Белая окраска и светлые тона других окрасок вызваны в почве присутствием кварца, каолинита, извести, водорастворимых солей, гипса. Светлую окрасу предают почве первичные минералы, например, полевые шпаты. Красная окраска обусловлена накоплением в почве оксидов железа. Чем более дренирована, т.е. чем более окислена и менее гидратирована богатая оксидами железа почва, тем более яркую окраску она имеет. Желтая окраска определяется наличная гидрооксидов железа, прежде всего лимонита.

Окраска почвы в сильной степени зависит от ее увлажнения (влажная почва всегда темнее, чем сухая), степени агрегированности. Обычно окраска внутренних частей структурных отдельностей почвы существенно отличается от окраски их поверхностных слоев, отражая соответствующие различия в составе и строении почвенной массы.

3. Структурность почв. Почвенная структура - это совокупность агрегатов различной величины, формы порозности, механической прочности и водопрочности, характерных для каждой почвы и ее горизонтов. При этом под агрегатами понимается совокупность механических элементов или элементарных почвенных частиц, взаимно удерживающихся в силу коагуляции коллоидов, склеивания, слипания, остаточных валентностей и водородных связей, адсорбционных и капиллярных явлений в жидкой фазе, а также с помощью корневых тяжей, гифов грибов и слизи микроорганизмов.

Истинные агрегаты имеют большую пористость и водопрочность, а псевдоагрегаты малопористые, плотны и нестойки в воде либо, наоборот, абсолютно водостойки вследствие цементации. С морфолого-генетической точки зрения структура почвы - это, прежде всего, форма физического проявления ее сложения, т.е. естественной организации твердых компонентов почвы и промежутков между ними. Структура почвы характеризует наличие и взаимное расположение в почвенном теле агрегатов определенной формы и размеров. Если в почве имеются естественные агрегаты какой-то формы, она называется структурной. Если почва не распадается на естественные структурные отдельности, а имеет сыпучее состояние, как песок или пыль, то она называется бесструктурной раздельно-частичной; если же почва не распадается на агрегаты, а выламывается большими бесформенными массами, то она будет характеризоваться как бесструктурная массивная.

Выделяются три типа (по развитию осей), несколько родов (по форме) и видов (по размеру): 1. Округло-кубовидная структура при более или менее равномерном развитии по трем осям, характерная для верхних гумусовых горизонтов почв; в пределах этого типа выделяется 7 родов структуры:

- глыбистая - неправильная форма и неровная поверхность агрегатов, характерна для глеевых, слитых, выпаханных горизонтов, а также на переходе к горизонту С на рыхлых породах;

- комковатая - округлая форма с шероховатой поверхностью без выраженных ребер и граней, характерна для гумусовых и метаморфических горизонтов;

- пылеватая - мельчайшие микроагрегаты, форма которых неразличима невооруженным глазом, характерна для выпаханных и элювиальных горизонтов;

- ореховатая - более или менее правильные острореберные агрегаты, напоминающие буровые орешки, характерна для верхней части иллювиального горизонта и метаморфических горизонтов;

- зернистая - более или менее правильная форма с выраженными гранями и ребрами, напоминающая гречневую крупу, характерна для гумусовых горизонтов лугово-степных почв, особенно черноземов;

- конкреционная - сплошное скопление рыхло располагающихся или частично сцементированных округлых конкреций, как в ортштейне, канкаре или латерите;

- икряная - мелкие разные формы, но хорошо оформленные округлые агрегаты образуют сплошную массу.

2. Призмовидная структура при выраженном развитии по вертикальной оси, характерная для иллювиальных горизонтов и суглинистых почвообразующих пород; выделяются три рода этой структуры:

- столбовидная - правильной формы отдельности с хорошо выраженными вертикальными гранями, округлой "головкой" и неровным основанием, характерна для солонцовых и слитых горизонтов;

- призмовидная - вертикально вытянутые отдельности слабо оформлены, с неровными скорлуповатыми гранями и острыми вершинами, округленными ребрами, характерна для нижней части иллювиальных горизонтов и суглинистых почвообразующих пород;

- призматическая - грани и ребра вертикальных призм четко выражены, характерны для иллювиальных горизонтов.

3. Плитовидная структура при развитии по горизонтальным осям, характерна для элювиальных горизонтов почв; выделяются два рода этой структуры;

- плитчатая - при более или менее четко развитых горизонтальных поверхностях спайности;

- чешуйчатая - при небольших, несколько изогнутых поверхностях спайности.

Во многих случаях почвы имеют смешанную структуру: комковатозернистую, ореховато-комковатую, комковато-глыбистую, ореховато-призмовидную и т.п., что означает преобладание в том или ином горизонте структурных отдельностей разной формы и размеров.

В зависимости от характера почвенных агрегатов, их формы и размера, а также от характера их упаковки в объеме почвы формируется почвенная порозность - весьма важное свойство почвы, определяющее ее плодородие. Поскольку любая почва всегда обладает определенной порозностью вследствие своей структурности, приходится различать два показателя плотности ее сложения:

 - плотность почвы - (объемный вес почвы, объемная масса почвы, кажущийся удельный вес почвы, удельный вес скелета почвы - все это устаревшие синонимы, употребляющиеся в литературе) - масса сухого вещества почвы (М) в единице ее объема ненарушенного естественного сложения (α), выраженная в г/см 3. - плотность твердой фазы почвы (син.: удельный вес почвы) - средняя плотность почвенных частиц - масса сухого вещества почвы (М) в единице его истинного объема (α), т.е. в единице объема твердой фазы почвы, выраженная в г/см³.  Порозность почвы, а соответственно и ее плотность - величины динамичные и могут существенно меняться в зависимости от состояния почвы.

4. Новообразования и включения в почве. Под новообразованиями в почвах понимаются морфологически оформленные выделения и скопления вещества в почвенном материале, отличающиеся от вмещающего их почвенного материала по составу и сложению и являющиеся следствием почвообразовательного процесса. Новообразования могут находиться как внутри почвенных агрегатов (структурных отдельностей), так и на их поверхности или между ними в порах и трещинах. Новообразования делятся на две большие группы: химического и биологического происхождения. К первой группе им были отнесены налеты, выцветы, примазки, натеки, корочки, прожилки, трубочки, конкреции, стяжения, прослойки, состоящие из легкорастворимых содей, гипса, карбоната кальция, полуторных оксидов, соединений железа, кремнезема, гумусовых веществ. Ко второй группе он отнес червороины, копролиты, дендриты, кротовины, корневины.

Включения в почве - это случайные органические или минеральные тела, или предметы, генетически не связанные с почвенными процессами. Они группируются в четыре группы по своему происхождению. Литоморфы - обломки камней, галька, валуны, случайно рассеянные в почве и являющиеся частью почвообразующей породы (угловатые, окатанные в разной степени). Криоморфы - различные формы льда, связанные с сезонным или многолетним промерзанием почвы: конкреции, линзы, прожилки, прослои. Антропоморфы - обломки кирпича, осколки стекла или фарфора, черепки, остатки захоронений, построек, металлические предметы и пр., связанные с деятельностью человека. Биоморфы - а) фитолиты (фитолитарии) и зоолиты - правильные кристаллы либо их обломки или сростки, представленные кварцем (кристобалит), оксалатом или карбонатом кальция, а также аморфные опаловые образования, сформированные в тканях растений или животных и после их отмирания попадающие в почву; б) кости животных, естественно захороненные в почве; в) раковины моллюсков; г) захороненные остатки корней, стеблей, стволов растений; д) окремнелые, обызвесткованные, загипсованные или ожелезненные остатки растений — окаменелости.