Тема 1. МОРФОЛОГИЯ ПОЧВ
Почва – это биокосное тело природы, которое формируется в течение длительного времени в верхней части литосферы в результате взаимодействия горных пород, рельефа, климата, почвенно-грунтовых вод, растений, животных, деятельности человека и обладает плодородием.
Почва – полидисперсное, многофазное тело природы. В ее составе выделяются следующие фазы: твердая, жидкая, газовая и живая фаза.
Твердая фаза характеризуется гранулометрическим (механическим), минералогическим и химическим составом, а также сложением, структурой и порозностью. Так как твердая фаза почвы формируется в процессе почвообразования из горной материнской породы, она унаследует состав и свойства последней.
Жидкая фаза почвы – это почвенный раствор, вода в почве очень динамичная по объекту и составу. Она выполняет роль «крови» в почвенном теле, служит ведущим фактором дифференциации почвенного профиля.
Газовая фаза – это воздух пор, свободных от воды, его состав отличается от атмосферного воздуха и очень динамичен.
Живая фаза – представлена организмами, населяющими почву, которые, как правило, активно участвуют в процессе почвообразования. Сюда относятся многочисленные микроорганизмы: бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли; представители почвенной микро- и мезофауны: простейшие, насекомые, черви и др.; корневые части растений.
Динамика твердой, жидкой, газовой, живой фаз почв предопределяет облик той или иной почвы, ее морфологическое строение.
Тело почвы – это система генетических горизонтов, которые формируются в ходе преобразования, генезиса материнской породы процессами почвообразования. Представление о специфике строения тела той или иной почвы мы получаем в ходе изучения почвенного профиля. Следуя Б.Г. Розанову (1975), почвенным профилем называется определенная вертикальная последовательность генетических горизонтов в пределах почвенного индивидуума, специфичная для каждого типа почвообразования.
Американские почвоведы считают «важнейшей и уникальной чертой почвы, отличающей почву от геологического субстрата и содержащей в себе критерии для ее классификации, наличие закономерной вертикальной последовательности слоев, созданных совместной работой просачивающейся воды и живых организмов. Слои в почве называются горизонтами, а вся вертикальная последовательность горизонтов образует почвенный профиль» (Возможности…, 2000).
Строение почвенного профиля любого типа почв специфично и является его ведущим диагностическим показателем. В.В. Докучаев в профиле почвы выделил три генетических горизонта: А – поверхностный гумусо-аккумулятивный; В – переходный к материнской породе; С – материнская горная порода. В настоящее время выделяется значительно большее количество генетических горизонтов, хотя нет единообразия в их диагностике и символике.
Рассмотрим некоторые из них.
Апах. – пахотный горизонт. Во всех пахотных почвах он расположен с поверхности, образуется за счет верхних слоев почвы.
А0 – лесная подстилка. Это маломощный поверхностный слой разлагающегося органического вещества (более 70% от объема), перемешанного с минеральными компонентами.
А1 – аккумулятивно-гумусовый горизонт. Поверхностный или лежащий под горизонтом А0 темно окрашенный аккумулятивно-гумусовый горизонт с высоким содержанием органического вещества и элементов питания.
А2 – элювиальный (подзолистый) горизонт. Осветленный горизонт, обычно белесый (палево-белесый, серо-белесый, сизо-белесый, белый), располагающийся под каким-либо из органических горизонтов. По происхождению он 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 полутораокисных пленок с минеральных зерен), осолоделый (щелочной гидролиз минералов и вынос продуктов разрушения), глеево-элювиальный или псевдоглеевый (разрушение и вынос в переменно-восстановительной среде на контакте с подстилающим водоупорным горизонтом).
В – иллювиальный горизонт. Это минеральный внутрипочвенный горизонт, находится в средней части профиля. В нем откладываются вещества, которые выносятся из вышерасположенных почвенных горизонтов, а иногда приносятся током почвенно-грунтовых вод с повышенных элементов рельефа. Среди иллювиальных горизонтов принято различать: глинисто-иллювиальные – Вt; железисто-иллювиальные – Вf; гумусо-иллювиальные – Вh; карбонатно-иллювиальные Вса и метаморфические, образованные не за счет иллювиирования (вмывания) вещества, а в ходе метаморфизации минералогического состава на месте. При этом образуются сиаллитно-метаморфический горизонт Вm и ферраллитно-метаморфический горизонт Вох.
G – глеевый горизонт. Образуется в условиях постоянного избыточного увлажнения и недостатка кислорода, что способствует развитию анаэробно-восстановительных процессов, приводящих к возникновению закисных соединений железа и марганца, подвижных форм алюминия, дезагрегированию почвы и формированию глеевого горизонта, обладающего голубоватой, сизой, оливковой окраской с ржавыми пятнами.
При проявлении признаков глеевого процесса в других горизонтах к их буквенному обозначению добавляется буква «g», например А2g, Вg.
Т – торфяной горизонт. Формируется в условиях постоянного избыточного увлажнения. Торф различается по степени разложения и по ботаническому составу. Он может быть древесным, травяным, моховым или смешанным.
С – почвообразующая порода. Представляет собой породу, слабо затронутую почвообразовательными процессами.
Д – подстилающая порода. Выделяется в том случае, когда почвенные горизонты образовались на одной породе, а ниже лежит порода с другими свойствами.
А1А2, А2В, ВС – переходные горизонты. Обладают свойствами как вышележащего, так и нижележащего горизонтов.
ТИПЫ СТРОЕНИЯ ПОЧВЕННОГО ПРОФИЛЯ
Различное сочетание факторов почвообразования обуславливает большое разнообразие строения почвенных профилей. По соотношению генетических горизонтов среди всего многообразия почвенных профилей выделяют две большие группы – простые и сложные.
Б.Г. Розанов (1975) выделяет пять типов простого строения почвенного профиля: 1) примитивный профиль с маломощным горизонтом А либо АС, лежащим на материнской породе; 2) неполноразвитый профиль, характеризуется наличием всех генетических горизонтов для данного типа почв, но укороченных и маломощных; 3) нормальный профиль, имеет набор всех генетических горизонтов данного типа почв с мощностью, типичной для почв плакоров; 4) слабодифференцированный профиль, в котором генетические горизонты выделяются с трудом и постепенно сменяются друг другом; 5) нарушенный (эродированный) профиль, в котором часть верхних горизонтов уничтожена эрозией.
Сложное строение почвенного профиля, согласно Б.Г. Розанову, характеризуется также пятью типами: 1) реликтовый профиль – профиль, для которого характерно наличие погребенных горизонтов или погребенных профилей палеопочв; 2) многочленный профиль – формирующийся в условиях литологических смен в пределах почвенной толщи; 3) полициклический профиль – формирующийся в условиях периодического привноса (отложения) почвообразующего материала (речной аллювий, вулканический пепел, эоловый нанос); 4) нарушенный (перевернутый) – это профиль с перемещенными на поверхность нижележащими горизонтами в результате деятельности человека, ветровала и т.п.; 5) мозаичный профиль – генетические горизонты расположены в виде пятен, сменяющие друг друга на небольшом протяжении.
Характер перехода между почвенными горизонтами в профиле почв имеет диагностическое значение, в частности, может свидетельствовать об интенсивности почвообразования, его направлении, а иногда и возрасте.
По форме граница может быть ровной, волнистой, карманной, языковатой, затечной, размытой, пильчатой. По степени выраженности переход между горизонтами может быть: резким – граница между соседними горизонтами прослеживается четко и не превышает 1 см; ясным – граница между соседними горизонтами прослеживается четко в пределах от одного до трех сантиметров; заметным – граница прослеживается с неопределенностью в пределах 3–5 см; постепенным – граница может быть выделена с неопределенностью в пределах 5 см.
Наиболее часто граница между горизонтами выделяется по окраске, хотя могут использоваться и другие морфологические признаки почв.
ТЕХНИКА ПОЛЕВОГО ПОЧВЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
Для изучения и определения почв, установления ареалов их распространения закладываются специальные ямы, которые принято называть почвенными разрезами (рис. 1). Среди них выделяют основные разрезы, на почвенной карте они обозначаются крестиком (+), полуямы (контрольные разрезы) – обозначаются кружком (○), прикопки – обозначаются точкой (ּ).
 Рис. 1. Почвенный разрез
Разрез вскрывает почвенную толщу, включая верхнюю часть неизмененной или малоизмененной материнской породы. Глубина его варьирует от 1,5 до 5 метров, ширина – 80 см, длина 150 см. Он служит для изучения морфолого-генетических признаков почв, взятия образцов по генетическим горизонтам для физико-химических анализов.
Полуямы закладывают на меньшую глубину, до начала материнской породы, а прикопки вскрывают лишь верхние (один, два) горизонты, закладываются для уточнения почвенных границ, выявленных разрезами и полуямами. Все почвенные разрезы должны быть описаны, иметь единую нумерацию.
Выбор места заложения разреза проводится с учетом ряда обстоятельств: а) разрез должен быть заложен на типичном для данного места участке, лучше всего на ровном месте; б) при выборе места заложения разреза следует избегать их расположения на границах природных комплексов, береговых обрывов, оврагах, тропинках, в местах каких-либо строек, скотных дворов и иных местах, где почва может быть нарушена.
Почвенный разрез на равнинных территориях закладывается так, чтобы его передняя стенка при описании была освещена солнцем, если разрез закладывается на горном склоне, то располагается вдоль склона, а его описание ведется по лицевой стенке, расположенной ближе к вершине хребта.
При копке разреза землю из него выбрасывают за боковые стенки, при этом почвенную массу наиболее плодородных горизонтов нужно складывать в одну, а нижних, менее плодородных, в другую сторону. После изучения и описания почвы закапывать разрез надо в обратном порядке, т.е. последовательно сбрасывается почвенная масса нижележащих горизонтов, а затем – вышележащих.
Описание почвы состоит из двух частей: описания условий ее формирования и описания морфологических признаков почв. Описание проводится в полевом журнале – дневнике наблюдений (прил. 1) установленной формы. В частности, отмечается дата заложения разреза, административный район, название землепользователя. Дается привязка разреза – указывается его расположение относительно двух точек со строго определенным местоположением, далее следует описание макро-, мезо-, микрорельефа, экспозиции и крутизны склона, характера растительности, наличия или отсутствия грунтовой воды, вида угодья и его состояния, характера материнской породы.
После описания условий формирования исследуемой почвы переходят к непосредственному описанию морфологического строения ее профиля. Предварительно «лицевую» освещенную стенку разреза гладко зачищают лопатой и одну – правую половину стенки – препарируют ножом для того, чтобы лучше рассмотреть морфологические признаки почв, а вторую – левую половину стенки – оставляют в гладко зачищенном виде для сравнения и контроля.
Полевое описание почвы начинается с подразделения ее профиля на генетические горизонты, их определения и индексации. После этого приступают к описанию каждого из них в отдельности. Мощность горизонтов определяется в сантиметрах с помощью сантиметровой ленты, которая перед началом работы крепится булавкой на переднюю стенку разреза. Необходимо, чтобы нулевое деление сантиметра точно совпадало с поверхностью почвы, иначе измерения будут ошибочны. В журнале мощность горизонтов обозначается записью глубины залегания их верхней и нижней частей. Далее идет описание их морфологических признаков: окраски, влажности, структуры, механического состава, плотности, новообразований, включений, корневой системы, характера перехода одного горизонта в другой.
Окраска (цвет) почвы – один из важных признаков почв. Она отражает внутрипрофильные изменения химического, минералогического состава почв, уровень ее плодородия, характер почвообразовательных процессов.
По С.А. Захарову наиболее важными для окраски почв являются следующие группы соединений: гумус, соединения железа, кремнекислота, углекислая известь, каолинит (рис. 2).
 Рис. 2. Треугольник цветов по С.А. Захарову
Окраску трудно охарактеризовать каким-либо одним цветом, поэтому указывается ее степень (например темно-бурая, светло-бурая) или ее оттенки (белесая с желтоватым оттенком), или называются промежуточные тона (коричнево-серая, серо-бурая). Черная или темно-серая окраска почвы свидетельствует о ее богатстве перегноем, а следовательно и об уровне ее плодородия. Фульватный состав гумуса обуславливает светло-желтую, бурую, а гуматный – темно-серую, черную окраску почв. Однако не всегда наблюдается прямая взаимосвязь между содержанием гумуса и черной окраской горизонта. Такие почвы, как вертисоли, при низком содержании гумуса 1–2% имеют черную окраску, которая обусловливается наличием в них большого количества гумусо-монтмориллонитовых комплексов.
Соединения окисного железа окрашивают почву в красные, оранжевые, желтые цвета, а закисного – в сизые и голубоватые тона.
Кремнекислота и углекислый кальций, каолинит обусловливают белую и белесую окраску.
Часто в почвах встречается неоднородная окраска, она в значительной степени зависит от увлажнения, степени агрегированности почв.
Влажность почвы, ее отдельных горизонтов зависит не только от количества воды, но и от механического состава, количества гумуса. В практике полевых почвенных исследований принято различать пять степеней влажности почв:
1) сухая – пылит, присутствие влаги в ней на ощупь не ощущается, не холодит руку;
2) слегка увлажненная (свежая) – холодит руку, не пылит, при подсыхании немного светлеет;
3) влажная – при взятии в руку явно ощущается влага; почва увлажняет фильтровальную бумагу; сохраняет форму, приданную ей при сжатии рукой;
4) сырая – при сжатии в руке почва превращается в тестообразную массу, мажет руку;
5) мокрая – при сжимании в руке из почвы выделяется капельножидкая вода.
Механический состав почв. Твердая фаза почв состоит из частиц различной величины, которые называются механическими элементами. В табл. 1 приводится классификация механических элементов по Н.А. Качинскому.
Сумму всех механических элементов почвы размером менее 0,01 мм называют физической глиной, а более 0,01 мм – физическим песком, под мелкоземом понимают частицы менее 1 мм, а под почвенным скелетом – частицы более 1 мм.
Таблица 1 Классификация механических элементов почв
Название механических элементов
|
Размер механических элементов, мм
| Камни | более 3 | Гравий | 3–1 | Песок крупный | 1–0,5 | Песок средний | 0,5–0,25 | Песок мелкий | 0,25–0,05 | Пыль крупная | 0,05–0,01 | Пыль средняя | 0,01–0,005 | Пыль мелкая | 0,005–0,001 | Ил | менее 0,001 | Коллоиды | менее 0,0001 |
Отдельные группы механических элементов, в силу разнообразия их минералогического и химического состава, по разному влияют на свойства почвы.
Относительное содержание в почве или породе механических элементов называется механическим составом, а количественное определение их – механическим анализом, который проводится в лаборатории или непосредственно в поле. Полевое определение механического состава менее точное.
Для определения механического состава того или иного горизонта почв непосредственно в поле (рис. 3) берут небольшой образец описываемого горизонта, тщательно растирают его на ладони в порошок, отбирают корешки растений, мелкие камешки, увлажняют почву до тестообразного состояния, хорошо перемешивают, скатывают шнур толщиной 3–5 мм и сворачивают в кольцо диаметром 3 см.
Механический состав определяют по следующим признакам:
1) если почва в шнур не скатывается, она песчаного механического состава;
2) если образуются лишь зачатки шнура, который неустойчив и распадается, то почва супесчаная;
3) если почва скатывается в шнур, а он при сворачивании в кольцо:
а) распадается на отдельные «колбаски» (дольки) в самом начале сворачивания – почва легкосуглинистая;
б) глубоко трескается и распадается – почва среднесуглинистая;
в) трескается только по поверхности – почва тяжелосуглинистая;
г) совершенно не трескается – почва глинистая.
 Рис. 3. Показатели «мокрого» способа определения механического
состава почв (по Н.А. Качинскому): 1 – шнур не образуется; 2 – зачатки
шнура; 3 – шнур дробится при раскатывании; 4 – шнур сплошной,
кольцо рападается при свертывании; 5 – шнур сплошной, кольцо
с трещинами; 6 – шнур сплошной, кольцо стойкое
При описании скелета обязательно указывается форма скелета и его количество (табл. 2).
Таблица 2 Классификация скелета по форме и размерам
Диаметр, см
|
Скелет
| угловатый | окатанный | 0,1–1 | хрящ | гравий | 1–10 | щебень | галька | 10–1000 | камни | валуны |
Структура почв – это один из важных морфологических показателей почв. Под структурой понимают отдельности (агрегаты), на которые способна распадаться почва. Структурные отдельности состоят из соединенных между собой механических элементов.
Форма, размер, качественный состав структурных отдельностей различных генетических горизонтов и разных почв неодинаковы. По С.А. Захарову (рис. 4) различают три основных типа структуры: кубовидная – структурные отдельности равномерно развиты по трем взаимно-перпендикулярным осям; призмовидная – отдельности развиты преимущественно по вертикальной оси; плитовидная – отдельности развиты преимущественно по двум горизонтальным осям и укорочены в вертикальном направлении. Каждый из перечисленных типов в зависимости от характера ребер, граней и размера подразделяется на более мелкие единицы.
 Рис. 4. Типичные структурные элементы почв (по С.А. Захарову):
I тип: 1 – крупнокомковатая, 2 – среднекомковатая, 3 – мелкокомковатая, 4 – пылеватая, 5 – крупноореховатая,
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
В любом из почвенных горизонтов структурные отдельности не бывают одного размера и формы. Разным генетическим горизонтам характерны определенные формы структуры. Так, комковато-зернистая свойственна дерновым горизонтам, пластинчато-листоватая – элювиальным, ореховатая – иллювиальным (особенно серым лесным почвам), призматическая – для иллювиальных горизонтов черноземов и каштановых почв.
При определении структуры почв целесообразно пользоваться классификацией структурных отдельностей С.А. Захарова (табл. 3), которая есть в большинстве учебников и практикумов по почвоведению.
Таблица 3 Классификация структуры
Род
|
Вид
|
Размер
| 1 | 2 | 3 | I тип – кубовидная | Глыбистая – неправильная форма и неровная поверхность | Крупноглыбистая
Мелкоглыбистая | >10 см
10–1 см | Комковатая – неправильная округлая форма, неровные округлые и шероховатые поверхности разлома, грани не выражены | Крупнокомковатая
Комковатая
Мелкокомковатая
Пылеватая | 10–3 мм
3–1 мм
1–0,25 мм
<0,25 мм | Ореховатая – более или менее правильная форма, грани хорошо выражены, поверхность ровная, ребра острые | Крупноореховатая Ореховатая Мелкоореховатая | >10 мм 10–7 мм 7–5 мм | Зернистая – более или менее правильная форма, иногда округлая с выраженными гранями, то шероховатыми, матовыми, то гладкими и блестящими | Крупнозернистая
(гороховатая)
Зернистая
(крупитчатая)
Мелкозернистая
(порошистая) |
5–3 мм
3–1 мм
1–0,5 мм | II тип – призмовидная | Столбовидная – отдельности слабо оформлены, с неровными гранями и округлыми ребрами | Крупностолбовидная
Столбовидная
Мелкостолбовидная | >5 см
3–5 см
<3 см |
Окончание табл. 3
| 1 | 2 | 3 |
| Столбчатая – правильной формы с довольно хорошо выраженными гладкими боковыми и вертикальными гранями, с округлым верхним основанием (головкой) и плоским нижним | Крупностолбчатая
Мелкостолбчатая | 3–5 см
<3 см | Призматическая – грани хорошо выражены, с ровной глянцеватой поверхностью, с острыми ребрами | Крупнопризматическая
Призматическая
Мелкопризматическая
Тонкопризматическая
Карандашная (при длине отдельностей >5 см) | 5–3 см
3–1 см
1–0,5 см
<0,5 см
<1 см | III тип – плитовидная | Плитчатая (слоеватая) – с более или менее развитыми горизонтальными плоскостями спайности | Сланцеватая
Плитчатая
Пластинчатая
Листоватая | >5 мм
5–3 мм
3–1 мм
<1 мм | Чешуйчатая – со сравнительно небольшими, отчасти изогнутыми горизонтальными плоскостями спайности и часто острыми гранями (отдаленное сходство с чешуей рыбы) | Скорлуповатая
Грубочешуйчатая
Мелкочешуйчатая | >3 мм
3–1 мм
<1 мм |
Сложение – это внешнее выражение плотности и порозности почвы. Оно зависит от механического состава почв, структуры, деятельности растительных и животных организмов. По плотности различают почвы: 1) очень плотные – копать яму лопатой невозможно, приходится применять лом или кирку; 2) плотные – чтобы выкопать яму, требуются значительные усилия, но можно обойтись без лома и кирки; 3) рыхлые – яму копать легко, а почва, сброшенная с лопаты, рассыпается на мелкие отдельности; 4) рассыпчатые – это сложение характерно для пахотных горизонтов песчаных и супесчаных почв.
Пористость – характеризуется формой и величиной пор. По величине и форме воздушных полостей различают несколько типов сложения почв: тонкопористое – почвенная масса пронизана порами диаметром менее 1 мм; пористое – почвенная масса пронизана порами в 1–3 мм; губчатое – почвенная масса богата пустотами от 3 до 5 мм; ноздреватое или дырчатое – почвенная масса содержит полости от 5 до 10 мм; ячеистое – пустоты крупнее 1 см; трубчатое и тонкоканальное – пустоты обусловлены жизнедеятельностью в почве землероев. Кроме того, образуемые при высыхании почвы полости между структурными элементами могут создавать трещиноватое или щелеватое сложение, которое является характерным для солонцеватых почв, солонцов и солончаков.
Новообразования. Новообразованиями называют скопления веществ различной формы и химического состава, которые образуются и откладываются в почве. Различают новообразования химического и биологического происхождения.
Новообразования химического происхождения по форме разделяются на следующие группы:
1) выцветы и налеты – химические вещества (например растворимые соли) выступают на поверхности почвы или стенки разреза в виде тончайшей пленочки;
2) корочки, примазки, потеки – выступая на поверхности почвы или по стенкам трещин, образуют слой небольшой толщины;
3) прожилки и трубочки – вещества занимают ходы червей, корней, поры и трещины почвы;
4) конкреции и стяжения – скопления различных веществ более или менее округлой формы;
5) прослойки – вещества накапливаются в больших количествах, пропитывая отдельные слои почвы.
Новообразования биологического происхождения встречаются в следующих формах: червоточены, капролиты (экскременты дождевых червей), корневины (сгнившие корни растений) и др.
По новообразованиям почвы можно судить о ее генезисе и агрономических свойствах.
Включения. Включениями называют тела органического или минерального происхождения, находящиеся в почве, образование которых не связано с почвообразовательным процессом. К включениям относятся обломки горных пород, валуны, кости животных, кусочки стекла, кирпича, угля и тому подобное.
Взятие почвенных образцов. Почвенные образцы отбираются для физико-химического исследования почв. Образцы берут из средней части каждого генетического горизонта в пределах 10 см. Если мощность горизонта менее 10 см, то образец берется из всей его толщи.
Образцы почв отбираются из передней стенки разреза снизу вверх, так как при обратном порядке их отбора будет засыпаться нижняя часть лицевой стенки.
Образец весом не менее 0,5 кг снабжают этикеткой, помещают в мешочек, затем его просушивают.
По окончании описания разреза определяется название почвы.
Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы
1. Дайте определение почвенного профиля.
2. Охарактеризуйте символику и диагностику генетических горизонтов почв.
3. Чем отличаются основные разрезы от контрольных разрезов и разрезов-прикопок?
4. Перечислите морфологические признаки почв.
5. Как в полевых условиях определяются: окраска, механический состав, влажность, плотность отдельных горизонтов почв?
6. Опишите правила выбора места заложения почвенного разреза, описания его морфологического строения, отбора почвенных образцов.
|
