Строение почвы (функциональные зоны и генетические горизонты)

На освещенной солнцем лицевой стенке почвенного разреза можно легко выделить почвенные горизонты, сменяющие друг друга в вертикальном направлении и отличающиеся по цвету, структуре, механическому составу, влажности и другим признакам.

Общий вид почвы со всеми почвенными горизонтами называется строением почвы (рис. 2). Правильное выявление и описание генетических горизонтов возможно только в случае понимания исследователем сущности процессов почвообразования в различных частях исследуемого почвенного профиля. Для облегчения понимания строения почв приведем краткую характеристику функциональных особенностей различных, образующих почву горизонтов.

Почвенный профиль можно условно разделить на четыре функциональных зоны (сверху вниз): 1) аккумулятивную (зону накопления, горизонт А), 2) элювиальную (зону вымывания, горизонт А2), 3) иллювиальную (зону «вмывания», горизонт В) и 4) зону незатронутую почвообразованием (горизонты С и D).

Рис. 2. Примеры строения почвы и выделения почвенных горизонтов

В первой зоне происходят процессы накопления органических остатков, их превращение в гумус и накопление гумуса.
Во второй зоне происходит разрушение органических и минеральных веществ и вымывание их в нижележащие слои почвы.
В третьей зоне происходит закономерное (слоями) накопление вымытых из второй зоны веществ.
Четвертая зона представляет собой не преобразованную почвообразовательным процессом минеральную основу почвы.

Таким образом, признаки слоев почвенного профиля определяются, с одной стороны, процессом накопления, трансформации и перемещения сверху вниз органических веществ, а с другой стороны - изначальным составом минеральной части почв и процессами, связанными с ее преобразованиями.
Существует много систем выделения почвенных горизонтов и их буквенных обозначений, однако общим является то, что все они обозначают процессы, протекающие в каждом из слоев почвы.
Для облегчения восприятия принятой в России системы обозначения горизонтов мы рассмотрим их в соответствии с четырьмя выделенными выше функциональными зонами почвы.
В первой функциональной зоне почвы выделяются два слоя: верхний - органогенный слой (горизонты А0, Ад, Т, П), состоящий из органических остатков растений и животных, и нижний (горизонты А или А1) - состоящий из органических и минеральных веществ, причем органическое вещество представлено гумусом.
Верхний, органогенный слой почвы, в зависимости от условий почвообразования может быть представлен: в сухих условиях горизонтами А0 или Ад, а во влажных условиях - Т или П.
Горизонт А0 - самая верхняя часть почвенного профиля, представляющая собой опад растений на различных стадиях разложения - от свежего до полностью разложившегося. В лесу - это лесная подстилка (образуется опавшей листвой, хвоей, ветками и т.п.), на лугах и в степях - степной войлок или дернина (Ад) - опавшие стебли и листья, а также живые и мертвые узлы кущения травянистых растений.
Горизонт Т - торфяной, образуется в очень влажных условиях (на болотах) и представляет собой слои торфа разной мощности, в котором различимы части образовавших его растений. Горизонт П - перегнойный, образуется в менее влажных условиях и представляет собой сильно разложившиеся органические остатки, в которых части растений неразличимы (степень разложения более 50 %, а содержание органического вещества в этом горизонте - 30-70 %.

Нижний слой первой функциональной зоны почвенного профиля представлен либо горизонтом А - или гумусово-аккумулятивным (если процесс накопления гумуса в почве преобладает над процессами его разрушения и вымывания), либо горизонтом А1 - или гумусово-элювиальным (если наряду с накоплением гумуса выражен еще и процесс его разрушения и вымывания). Горизонты А и А1 - наиболее темно окрашенные в почвенном профиле, их цвет варьирует от черного, бурого, коричневого до светло-серого, что обусловлено составом и количеством гумуса. Мощность этих горизонтов варьирует от нескольких сантиметров (в большинстве случаев) до 1,5 м и более (в некоторых типах почв).

Ко второй функциональной зоне почвы относится горизонт А2 – элювиальный (горизонт вымывания). Это горизонт, из которого в процессе почвообразования выносится ряд веществ в нижележащие горизонты или за пределы почвенного профиля. В результате этот горизонт обедняется глинистыми минералами, полуторными окислами и относительно обогащается кремнеземом. Это сильно осветленный, бесструктурный или слоеватый рыхлый горизонт. В разных типах почв элювиальный горизонт имеет различное наименование (подзолистый - в подзолистых и дерново-подзолистых почвах, осолоделый - в солодях).

В третьей функциональной зоне почвенного профиля, как уже говорилось ранее, происходит послойное накопление вымытых из второй зоны веществ. Горизонты, входящие в эту часть почвы, обозначаются индексом В и называются иллювиальными. В них частично откладываются вещества, которые вымываются из почвенных горизонтов, расположенных выше, а иногда приносятся боковым током почвенно-грунтовых вод с повышенных элементов рельефа.

Горизонт В - это бурый, охристо-бурый, красновато-бурый, уплотненный и утяжеленный, хорошо оструктуренный горизонт, характеризующийся накоплением глины, окислов железа, алюминия и других коллоидных веществ за счет вмывания их из вышележащих слоев. В почвах, где не наблюдается существенных перемещений веществ в почвенной толще, горизонт В является переходным слоем к почвообразующей породе и характеризуется постепенным ослаблением процессов аккумуляции гумуса и разложения первичных материалов. Горизонт В может подразделяться на В1 - подгоризонт с преобладанием гумусовой окраски, В2 - подгоризонт более слабой и неравномерной гумусовой окраски и В3 - подгоризонт окончания гумусовых затеков.

В зависимости от мигрирующих по профилю продуктов почвообразования, иллювиальный горизонт может обогащаться различными соединениями - гумусом (Вh), илом (Вi), карбонатами (ВCa), соединениями железа (Вfe) или иметь признаки оглеения (Bg). Горизонт ВCa - горизонт максимальной аккумуляции карбонатов, обычно располагается в средней или нижней части профиля и характеризуется видимыми вторичными выделениями карбонатов в виде налетов, прожилок, псевдомицелия, белоглазки, редких конкреций.
Во некоторых почвах особое место в третьей функциональной зоне почвы занимает горизонт G - глеевый. Он образуется в почвах с постоянным избыточным увлажнением (в так называемых гидроморфных почвах), например, на болотах. Вследствие недостатка кислорода, в почве происходят восстановительные процессы, что приводит к образованию закисных соединений железа и марганца, подвижных форм алюминия (глеевый процесс). Характерные черты глеевого горизонта - сизая, серовато-голубая или грязно-зеленая окраска, слитость, вязкость.

Серой окраске глеевого горизонта обычно сопутствуют охристые пятна, образовавшиеся в результате попеременного проявления аэробных и анаэробных процессов в почве, а также черные и темно-бурые пятна из железомарганцевых соединений. Если признаки глеевого процесса проявляются и в других горизонтах, то к их обозначению добавляют букву g, например, А2g, Bg и т.д.

Четвертая функциональная зона почвенного профиля может быть представлена одним или несколькими горизонтами, в зависимости от однородности свойств минеральной основы почвы на разных глубинах.

Чаще всего выделяют два горизонта (сверху вниз) материнскую (С) и подстилающую породы (D). Горизонт С представляет собой незатронутую или слабо затронутую почвообразовательными процессами породу. Горизонт D выделяется в том случае, когда почвенные горизонты образовались на одной породе, а ниже нее расположена порода с другими свойствами.

Мощность почвы и отдельных ее горизонтов
Мощностью почвы называется ее вертикальная протяженность, т.е. толщина от ее поверхности вглубь до не измененной почвообразовательными процессами части материнской породы. Определение мощности почвы начинается еще при копании почвенного разреза (до глубины залегания материнской породы и даже чуть глубже).

Для точного измерения мощности почвы и отдельных ее горизонтов к верхнему краю зачищенной передней стенки булавкой (гвоздем) прикрепляют сантиметровую ленту (рулетку с миллиметровыми делениями), с таким расчетом, чтобы нулевое деление точно совпало с поверхностью почвы.

В левую колонку бланка почвенного описания карандашом схематично наносят границы генетических горизонтов. В среднюю колонку вписывают индекс, глубину залегания и мощность каждого горизонта. Так, отмечая тот или иной горизонт, в числителе указывают его верхнюю и нижнюю границы, а в знаменателе его мощность (в см), например,

А0  0-20/20;  А1  20-35/15 и т.д.

При такой записи видна не только глубина расположения горизонта, но и его мощность. Далее приступают к описанию морфологических признаков каждого из горизонтов, а записи ведут в правой колонке таблицы бланка описания.

 

Окраска
Окраска представляет собой наиболее существенный показатель принадлежности почвы к тому или иному типу и очень важна при их классификации. Окраска почв отражает их зональные особенности: каждой почвенно-климатической зоне присущи характерные цветовые оттенки почв. Так, почвы таежно-лесной зоны имеют светлые, серые и белесые тона, почвы лесостепной зоны - серые и темно-серые, лугово-степной (черноземной) - темно-серые и черные, почвы сухих и пустынных степей – каштановые и бурые тона и т.д.

Наиболее важными для окраски почв являются следующие три группы соединений:

1) гумус (черный, темно-серые, серые цвета); 2) соединения железа (красные, оранжевые, желтые цвета - окисное железо, сизые и голубоватые цвета - закисное железо); 3) кремнекислота, углекислая известь и каолин (белые и белесые оттенки.

Почвы редко бывают окрашены в какой-либо один чистый цвет. Обычно окраска почв довольно сложная и состоит из нескольких цветов. Для определения окраски одного отдельно взятого почвенного горизонта необходимо: а) установить преобладающий цвет; 2) определить насыщенность этого цвета (темно-, светлоокрашенная); 3) отметить оттенки основного цвета. Например, буровато-светло-серый, коричневато-бурый, светлый серовато-палевый и т.п.

При описании цвета того или иного горизонта необходимо указывать и степень однородности окраски. Например, буровато-сизый, неоднородный, на сизом фоне бурые и ржавые пятна и примазки. Описание цвета помогает полнее охарактеризовать почву и оценить ее в генетическом отношении. Для унификации цветовой гаммы и определения химических свойств почв в России разработана цветовая схема («треугольник цветов» С.А. Захарова, рис. 3), отражающая основные и переходные цвета почв в зависимости от наличия трех вышеупомянутых групп химических соединений. Пользование данной схемой позволяет не только правильно определить цвет, но и составить приблизительное представление о химическом составе почвы.

Рис. 3. «Треугольник цветов» С.А. Захарова

При определении окраски почвы в полевых условиях необходимо учитывать влажность почвы и степень освещенности почвенного разреза. Влажная почва имеет более темную окраску, чем сухая, поэтому желательно проверять окраску почвы в образцах, доведенных до воздушно-сухого состояния (высушенных на воздухе, но не на солнце). Многое также зависит и от освещения почвы солнцем. Освещение при оценке цвета должно быть равномерным, так как в тени почва выглядит темнее. Лучше определять окраску почвы при высоком стоянии солнца, чем рано утром или вечером. (Для оценки цвета горизонтов можно также использовать мазки почвы на схеме почвенного профиля, после того как они высохнут).

Для достижения единообразия при определении окраски почв своей местности можно составить цветовую шкалу из образцов местных почв и пользоваться ею как эталоном при описании почвенных разрезов.

Влажность
Влажность не является устойчивым признаком какой-либо почвы или почвенного горизонта, а скорее является показателем физического состояния почвы в данный момент. Однако, влажность существенно влияет на выраженность других морфологических признаков почвы (цвет, сложение, структуру) и ее оценка, поэтому, является неотъемлемой составной частью описания почвы.

Влажность определяют следующим образом: из описываемого горизонта берут небольшой образец почвы, сжимают его в руке и по результату судят о влажности почвы. По степени влажности почву подразделяют на мокрую - при сжатии вытекает вода; сырую - смачивает руку (остается мокрый след), но не стекает между пальцев, влажную - явно ощущается влага, увлажняет фильтровальную бумагу; свежую (влажноватую) - холодит руку, почва мажется; сухую - не мажется, на ощупь кажется теплой, пылит.

Механический состав
Механический состав почвы – это относительное содержание в ней механических элементов различного размера. Механические элементы почвы представляют собой отдельные зерна минералов и обломки горных пород (первичных и вторичных). Механические элементы крупнее 1 мм называют почвенным скелетом, элементы размером от 1 до 0,01 мм называют физическим песком, а мельче 0,01 мм – физической глиной.
Среди скелетных образований различают (также описываются во включениях):

Диаметр, см	Угловатый	Окатанный
0,3 - 1,0	хрящ (дресва)	гравий
1,0 - 10	щебень	галька
более 10	камни	валуны

 

Песок подразделяется на: крупный - 3-1 мм, средний - 1-0,5 мм, мелкий - 0,5-0,25 мм, пылеватый - 0,25-0,05 мм, тонкий - 0,05-0,01 мм).

Частицы менее 0,01 мм подразделяются на: пыль (средняя - 0,01-0,005 мм, тонкая - 0,005-0,001 мм) и ил (мельче 0,001 мм).

Механический состав почвы определяется, в основном, соотношением в почве физического песка и физический глины. По этому признаку выделяют четыре основных разновидности: глинистые, суглинистые, песчаные и супесчаные. В полевых условиях определение механического состава почвы производится следующим образом. Щепотку почвы из исследуемого горизонта тщательно растирают пальцами на ладони. Супесчаные почвы растираются легко, при этом обнаруживается незначительное количество мягкого, пылевато-глинистого материала. Песчаные почвы полностью лишены глинистых частиц. Глинистые почвы растираются с трудом и после растирания появляется значительное количество пылевато-глинистых частиц.
Определение механического состава на ощупь дополняется методом раскатывания увлажненной почвы.
Небольшое количество почвенного материала смачивают водой до консистенции густой вязкой массы. Эту массу скатывают на ладони в шарик диаметром 1-2 см. Шарик раскатывают в шнур диаметром 3 мм, который затем сгибают в кольцо с наружным диаметром 3 см (рис. 4):

Рис. 4. Определение механического состава почв методом шнура

 

Если почва глинистая - шнур при сгибании в кольцо не ломается и не растрескивается (рис.4А). Шнур из суглинистой почвы при сгибании в кольцо разламывается. При этом выделяются три разновидности: тяжелый суглинок - кольцо с трещинами (рис. 4В), средний - кольцо при свертывании распадается (рис.4С), легкий суглинок - шнур дробится при раскатывании (рис.4D). Из супесчаной почвы можно получить только непрочный, легко рассыпающийся шарик, шнур из которого сразу же распадается на фрагменты (рис.4Е). Из песчаной почвы шнур приготовить нельзя (рис.4F).

Структура
Под структурой почвы понимают ее способность распадаться на отдельные комочки различной величины и формы. Структуру почвы определяют по характеру отдельных комочков, на которые она произвольно распадается при легком разминании в руках или при выбрасывании почвенной массы из ямы.
Прежде всего, почва может быть бесструктурной и структурной. При бесструктурном состоянии отдельные механические элементы, слагающие почву, не соединены между собой, а существуют раздельно или залегают сплошной сцементированной массой.

Структурная почва разделяется на отдельности той или иной формы и величины. Различают три основных типа структуры:

Рис. 5. Типы и виды почвенных структур

1) кубовидную - структурные отдельности равномерно развиты по трем осям (рис.5, A-E), 2) призмовидную - отдельности развиты преимущественно по вертикальной оси (рис.5, F, G), 3) плитовидную - отдельности развиты преимущественно по двум горизонтальным осям и укорочены в вертикальном направлении (рис.5, H-K). Структуру определяют
в процессе препарирования передней стенки, когда из исследуемого горизонта ножом выковыривается небольшой кусочек почвы и подбрасывается несколько раз на ладони, листе бумаги или лопате до тех пор, пока не распадется на структурные отдельности.

Каждому типу почв и каждому генетическому горизонту свойственны определенные типы почвенных структур. Для гумусовых горизонтов, например, характерна зернистая (рис.5, D), комковатая (рис.5, А), комковато-зернистая, порошистая (рис.5, Е), порошисто-комковатая структура; для элювиальных горизонтов - плитчатая, листоватая (рис.5, J), чешуйчатая (рис.5, К), пластинчатая (рис.5, I); для иллювиальных – столбчатая (рис.5, Н), призматическая (рис.5, G), ореховатая (рис.5, С).

Сложение
Под сложением почвы понимают ее плотность и пористость. Они зависят от механического состава, структуры, а также деятельности почвенной фауны и развитости корневых систем растений. По степени плотности почвы подразделяются на:

Слитые (очень плотные) - когда почва не поддается действию лопаты (входит в почву не более 1 см); нож в нее не входит, можно его только вбить. Данное сложение присуще для иллювиальных горизонтов солонцов и сцементированных оруденелых горизонтов подзолистых почв.
Плотные - почва с трудом поддается действию лопаты, требуется значительное усилие для вдавливания ножа в почву (входит на 4-5 см), почва с трудом разламывается руками. Типично для иллювиальных горизонтов суглинистых и глинистых почв.
Рыхлые - лопата легко входит в почву, которая при выбрасывании распадается на отдельные комочки. Данное сложение наблюдается в хорошо оструктуренных гумусовых горизонтах.
Рассыпчатые - частицы почвы не связаны друг с другом, и масса почвы обладает сыпучестью. Данное сложение характерно для песчаных и супесчаных почв.

Пористость почвы характеризуется степенью трещиноватости почвы и размером полостей. По признаку трещиноватости различают следующие типы сложения почв (в сухом состоянии): 1) тонкотрещиноватое - при ширине полостей меньше 3 мм; 2) трещиноватое - 3-10 мм; 3) щелеватое - полости шириной больше 10 мм.

По признаку размера полостей выделяют следующие типы сложения: 1) тонкопористое - почва пронизана порами диаметром менее 1 мм; 2) пористое - 1-3 мм (примером данного сложения служит лёсс); 3) губчатое - пустоты размером от 3 до 5 мм; 4) ноздреватое (дырчатое) - в почве имеются пустоты диаметром от 5 до 10 мм, обусловленные деятельностью многочисленных беспозвоночных животных (сероземные почвы); 5) ячеистое - пустоты превышают 10 мм (субтропические и тропические почвы); 6) трубчатое - пустоты в виде каналов, прорытые крупными землероями (в основном, позвоночными животными).

Новообразования
Новообразования представляют собой хорошо оформленные скопления различных веществ, возникшие или накопившиеся в процессе почвообразования. Новообразования указывают на характер развития и направление почвообразовательного процесса.

Новообразования могут быть химического или биологического происхождения.
Химические новообразования в почве возникают вследствие химических процессов, которые приводят к возникновению различного рода соединений. Они могут выпадать в осадок или на месте образования или, перемещаясь с почвенным раствором в горизонтальном и вертикальном направлениях, на некотором (иногда значительном) отдалении от места своего первоначального возникновения. Выпадая в осадок вследствие коагуляции, кристаллизации или под влиянием других причин и накапливаясь при многократном повторении указанных явлений, эти соединения формируются в химические новообразования. В почвенной яме химические новообразования можно определить по окраске, форме, уплотненности материала (таблица 2).

Новообразования в форме трубок, в виде бурых зерен или плотно сцементированного песка охристого цвета представляют собой соединения гидроокислов железа.
Пятна и мелкие дробевидные сгущения (конкреции) черного и бурого цвета - соединения марганца.
Плесень белого или грязно-белого цвета, белоглазка (белые рыхлые округлой формы скопления извести с четко очерченными краями диаметром 1-2 см), журавчики (плотные скопления извести), дутики (тоже, но пустые внутри), желваки (большие плотные скопления извести до 20 см в диаметре), погремки (тоже, но пустые внутри) - соединения углекислой извести (СаСО3). Ее новообразования встречаются в почвах почти всех зон, но наиболее типичные формы образуются в черноземах. Слои мергеля, или луговой извести образуются в низинных торфяниках и заболоченных почвах в поймах рек в результате приноса углекислого кальция грунтовыми водами и отложения его в толще почвенных горизонтов.
Мелкая присыпка белесоватого цвета - соединения кремнекислоты (SiO2). Кремнеземистая присыпка - тончайший белесый налет на поверхности структурных отдельностей, представляющий собой мелкие фракции кварца и полевых шпатов. В подзолистом горизонте подзолистых почв кремнекислота пропитывает весь горизонт и образует отдельные затеки, языки, карманы, которыми она внедряется в нижележащие горизонты.
Пленка или пятна грязно-зеленоватого или голубоватого цвета - закисные соединения железа (FeCO3, Fe3(PO4)2). Они образуются в условиях избыточного увлажнения почв при анаэробных процессах, поэтому встречаются главным образом в болотных и заболоченных почвах. Закисные соединения железа встречаются в виде сизоватых или сизовато-серых пленок и пятен и сизоватых корочек на поверхности структурных отдельностей и по стенкам трещин.
Белые корочки разной толщины, примазки, крупинки и отдельные кристаллы свидетельствуют о наличии легкорастворимых солей - хлоридов и сульфатов (NaCl, CaCl2, MgCl2, Na2SO4). Они встречаются, в основном, в засоленных почвах и породах, чаще в условиях сухой полупустынной и степной зон.
Биологические новообразования (животного и растительного происхождения) имеют следующие формы: 1) червоточины - извилистые ходы червей; 2) капролиты - образования в виде небольших клубочков, представляющие собой кусочки земли, прошедшие через пищеварительный аппарат червей и пропитанные их выделениями; 3) кротовины - пустые или заполненные ходы роющих животных - сусликов, сурков, кротов и др.; 4) корневины - сгнившие крупные корни растений; 5) дендриты - узоры мелких корешков на поверхности структурных отдельностей.

Включения
Включениями называют присутствующие в почве предметы органического или минерального происхождения, образование которых не связано с почвообразовательным процессом.
К включениям относятся: 1) корни и другие части растений различной степени разложения (корневища, луковицы, запаханные пожнивные остатки и навоз, остатки лесной подстилки и т.д.); 2) раковины и кости животных; 3) валуны и другие обломки горных пород; 4) кусочки кирпича, угля, стекла и т.п.; 5) археологические находки (кости животных, посуда и ее черепки, остатки оружия и украшений и т.п.).

Характер перехода и форма границы
В заключении описания почвенного горизонта необходимо отметить характер его
перехода в следующий (нижележащий) горизонт. Переходы бывают: резкими - при ширине границы между горизонтами в пределах 1 см, ясными - при ширине границы 1-3 см, заметными - 3-5 см и постепенными - граница выделяется неопределенно в пределах 5-10 см.
Сама форма границ между горизонтами также подлежит описанию. Различают следующие виды границ: ровная; волнистая - отношение глубины к ширине затеков менее 0,5; карманная - отношение от 0,5 до 2; языковатая - более 2; затечная – более 5; и размытая - неопределенная.

В случае неровной формы границ для установления мощности горизонта берут среднее из нескольких измерений с указанием пределом колебаний мощности.

Взятие почвенных образцов
Данный раздел задания не является обязательным, однако советы могут оказаться полезными при работе со школьниками.
Для создания коллекции образцов или демонстрационной схемы почвенного профиля на месте описания отбирают почвенные образцы. Образцы берутся поочередно из каждого генетического горизонта - из передней стенки разреза снизу вверх, в виде кирпичиков размером 10 см и весом по 0,5 кг. Если мощность горизонта менее 10 см, то образец берется на всю мощность. Образцы тщательно заворачивают в сухую бумагу и перевязывают шпагатом. Под обертку в угол листа заворачивают этикетку с указанием: где, когда, кем взят образец и с какой глубины.

Закапывание почвенного разреза
Когда работа с почвенной ямой закончена, ее обязательно зарывают. При этом заполняют яму так, чтобы горизонты шли в естественном порядке: сначала вниз сбрасывают почвенную массу из более глубоких горизонтов, потом почвенную массу верхних горизонтов. С поверхности яму закладывают дерном и уплотняют. На месте правильно засыпанного разреза должен остаться маленький холмик, который с течением времени осядет, т.к. заполнятся пустоты.
Аккуратно засыпанный почвенный разрез и бережное отношение к природе - неотъемлемое условие учебно-исследовательской работы.

Оформление результатов
Как было указано выше, при описании почвенного разреза морфологические признаки последовательно описывают по всем генетическим горизонтам почвы, записывая результаты описания в основную таблицу бланка описания почвенного разреза.

В результате этого должно создаться цельное представление о всем вертикальном профиле почвы, что даст возможность классифицировать почву, т.е. определить ее название.