Образование горных пород ( магматические, осадочные, метаморфические)

Для подзолистых (элювиальных) горизонтов обычными являются ортштейновые зерна, или рудяковые бобовины (дробовины), — твердые окремнелые скопления соединений железа и марганца овальной и округлой форм, образовавшиеся при неоднократном чередовании восстановительных и окислительных процессов. Иногда эти скопления мелкие и мягкие, тогда их называют железисто-марганцовистыми вкраплениями или примазками. Они встречаются как в элювиальных, так и в иллювиальных горизонтах суглинистых и глинистых почв.

Для иллювиальных горизонтов суглинистых и глинистых подзолистых и других почв характерны глянцеватые бурые и коричневатые пленки на стенках трещин и гранях ореховатых или призмовидных структурных отдельностей — коллоидные корочки, являющиеся показателем идущих в почве процессов разрушения органо-минерального комплекса, передвижения коллоидных растворов вниз по профилю и коагуляции коллоидов.

В почвах встречаются разнообразные новообразования карбонатов: журавчики и дутики, белоглазка, прожилки, псевдомицелий.

Журавчики и дутики — это твердые окремнелые скопления карбонатов овальной, а иногда сложной формы размером в поперечнике чаще от 0,5 до 1,5 см; они характерны для карбонатных иллювиальных горизонтов почв, образовавшихся на карбонатных породах в таежно-лесной и лесостепной зонах; журавчики, имеющие внутри пустоты, называют дутиками. Начиная с лугово-степной зоны обыкновенных и южных черноземов и южнее в иллювиальных карбонатных горизонтах почв встречается белоглазка — мягкие округлые скопления углекислого кальция в поперечнике обычно до 1 см со светлыми разводами. Прожилки углекислого кальция встречаются в нижней части профиля почв, начиная с черноземов южной лесостепи; они образуются и сохраняются в почвах благодаря достаточно выраженной сухости теплого периода года и автоморфности почв. Псевдомицелий карбонатов можно встретить только в крайне засушливых условиях, в каштановых почвах и в почвах более южных зон.

К новообразованиям относятся гумус почвы, капролиты — экскременты дождевых червей в виде небольших клубочков, содержащих органическое вещество.

Новообразования дают возможность судить о генезисе почв, их агрономических свойствах, о зональных процессах, в них протекающих.

Включения — это предметы и вещества различного происхождения, попавшие в почвы, не имеющие никакого отношения к почвообразовательным процессам: обломки кирпича, обрывки полиэтиленовой пленки, клочки бумаги, резина, уголь и т. д.

ХАРАКТЕР ПЕРЕХОДА ОТ ОДНОГО ГОРИЗОНТА К ДРУГОМУ

Он является важным морфологическим признаком, характеризующим условия увлажненности почв, интенсивность нисходящих токов почвенных растворов, а также последствия обработки почв земледельческими орудиями. Различают три вида переходов от одного горизонта к другому по изменению одного или нескольких морфологических признаков: постепенный, отчетливый (заметный) и резкий.

Постепенный переход характерен для гумусовых горизонтов профиля черноземов, от одного иллювиального горизонта к другому в профиле подзолистых и серых лесных почв. Отчетливый переход характерен для границы перехода от элювиального горизонта подзолистых почв к иллювиальному, от солонцового горизонта к нижележащему и т. д. Резкий переход от одного горизонта к другому наблюдается при переходе пахотного слоя к нижележащему, торфяного слоя к глеевому, гумусового слоя к столбчатой структуре солонца и т. д.

Для изучения почв в поле роют почвенные ямы (разрезы) и описывают по определенной форме и методике морфологические признаки всех генетических горизонтов профиля почв. Это позволяет дать название почвам, сделать вывод о многих агрономических свойствах и процессах, протекающих в них, наметить и обосновать непосредственно в поле мероприятия по возделыванию сельскохозяйственных культур.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 16 Почвенные коллоиды, их строение, свойства и состав. Коагуляция и пептизация коллоидов, значение этих процессов. Виды поглотительной способности почвы, их характеристика и значение.

Почвенные коллоиды, происхождение, строение и классификация

К почвенным коллоидам относятся частицы диаметром < 0,0001 мм, хотя явно выраженные свойства коллоидов имеют частицы менее 0,001 мм. Содержание коллоидных частиц колеблется от 1 до 40 % массы почвы в различных подтипах почв. Однако даже при небольшом содержании они играют очень важную роль в сорбционных процессах. Причины этого в том, что у почвенных коллоидов из-за малого размера частиц огромная суммарная поверхность и она имеет своеобразную природу, способствующую протеканию сорбционных процессов. Почвенные раздробленные частицы, как и любое раздробленное тело, обладают свободной поверхностной энергией, так как молекулы и атомы, расположенные на поверхности какого-либо вещества, находятся в иных условиях, чем атомы и молекулы внутри него. Молекулы внутри вещества испытывают одинаковое притяжение со всех сторон, поскольку окружены такими же молекулами. Находящиеся на поверхности молекулы имеют различное притяжение снаружи и изнутри, так как соприкасаются с газообразной или жидкой средой. Поэтому они имеют некоторое количество свободной энергии, которая вызывает поверхностное натяжение на границе соприкосновения коллоидных частиц с внешней средой. Чем больше удельная поверхность вещества, тем больше  поверхностная энергия, которая и вызывает различные почвенные процессы и в значительной мере обусловливает поглотительные свойства почв. Следовательно, чем больше коллоидов в составе почвы, тем сильнее выражена ее поглотительная способность (в почвах более тяжелого механического состава).

Коллоиды различаются по происхождению, способу образования, заряду, составу.

Существуют два способа образования почвенных коллоидов: 1) диспергирование – измельчение в процессе выветривания крупных частиц (главным образом минеральные коллоиды); 2) конденсация – физическое или химическое соединение молекулярно раздробленных частиц (главным образом органические).

По составу или происхождению коллоиды делятся на:

1) минеральные – представлены частицами вторичных минералов, прежде всего глинистыми (монтмориллонит, каолинит, галуазит и др.), гидрооксидами Fe, Al, коллоидными формами кремнезема. Могут быть кристаллическими (глинистые минералы) или аморфными (полуторные гидроксиды). Составляют 80 – 90 % почвенного поглотительного комплекса (ППК);

2) органические – накапливаются в почве в результате разложения растительных остатков (различные гумусовые вещества). Обычно аморфные, составляют 5 – 10 % ППК.

3) органо-минеральные образуются при взаимодействии органического вещества почвы с глинистыми минералами и гидроксидами элементов с переменной валентностью (Fe, Mn), составляют около 5 % от ППК.

Коллоидная частица имеет сложное строение и называется мицеллой. В центре находится ядро, состоящее из недиссоциированных молекул аморфного или кристаллического вещества (рис.8). На поверхности ядра располагается слой молекул, способных к диссоциации, который называется двойным электрическим слоем ионов. Внутренний – потенциалопределяющий – слой состоит из неподвижных ионов, прочно связанных с ядром. Ядро мицеллы вместе с потенциалопределяющим слоем ионов образует гранулу. Вокруг гранулы расположен внешний двойной слой ионов с противоположным зарядом – компенсирующий. Часть ионов неподвижна и прочно связанна с потенциалопределяющим слоем, часть – подвижна и способна обмениваться на ионы почвенного раствора – это диффузный слой мицеллы.

 

 

 

 

 

 

В зависимости от того, какие ионы – анионы или катионы – находятся в потенциалопределяющем слое, заряд мицеллы будет «+» или «–». С этой точки зрения все коллоидные частицы делятся на:

1) ацитоиды – коллоиды, несущие отрицательный заряд (в потенциалопределяющем слое анионы) и имеющие в диффузном слое катионы (Н+). К ним относятся глинистые минералы, гумусовые кислоты, органо-минеральные коллоиды, кремниевая кислота. Ацитоиды обладают способностью к поглощению и обмену катионов.

2) базоиды – коллоиды, несущие положительный заряд (в потенциалопределяющем слое катионы) и имеющие в диффузном слое анионы (ОН–). К ним относятся гидраты окисей железа и алюминия. Базоиды способны к обмену анионов.

3) амфолитоиды – коллоиды, имеющие переменный знак, зависящий от реакции среды: в кислой – «+» заряд, в щелочной – «–» заряд. К ним относятся белковые органические вещества.

Большая часть почвенных коллоидов имеет отрицательный заряд, и, следовательно, способность почвы к поглощению и обмену катионов значительно больше, чем к анионам. Поэтому, говоря о поглотительной способности почв, имеют в виду именно поглощение катионов.

Поскольку почвенные частицы имеют заряд, они способны притягивать дипольные молекулы воды из окружающего раствора, образуя гидратные пленки. Толщина этой пленки зависит от величины заряда и состава поглощенных катионов. В связи с этим различают гидрофильные коллоиды (кремнекислота, глинистые минералы, органические коллоиды и коллоиды, насыщенные К, Na, Li), удерживающие многослойные пленки воды, и гидрофобные – слабогидратированные коллоиды (гидрооксид железа, коллоиды, насыщенные двух- и трехвалентными катионами). Гидрофильные коллоиды имеют сродство к воде, способны сильно набухать и оставаться устойчивыми в коллоидном растворе. Гидрофобные набухают незначительно, сворачиваются и выпадают в осадок.

Почвенные коллоиды могут находиться в двух разных физических состояниях: 1) в состоянии коллоидного раствора, или золя; 2) в состоянии студенистого, аморфного или хлопьевидного осадка, или геля. Переход коллоидов из состояния золя в состояние геля  называется коагуляцией, или слипанием (свертыванием) коллоидов. Причиной данного перехода является потеря гидратной оболочки и заряда в результате следующих процессов: замораживания, высушивания, действия электролитов, взаимной коагуляции и тиксотропии.

Коагуляция коллоидов происходит главным образом при их взаимодействии с электролитами (растворами солей, кислот и щелочей), которые в растворе распадаются на ионы с «+» или «–» зарядом. Коллоиды с «+» зарядом коагулируются анионами, с  «–» зарядом – катионами. Коагулирующая способность катионов различна и зависит от их валентности и атомной массы. Одновалентные катионы коагулируют слабее двухвалентных, а двухвалентные – слабее трехвалентных.

По степени коагулирующей способности К.К.Гедройц расположил все катионы в следующем порядке:

Li+< Na+ < NH+< K+< Mg2+ < H+<  Ca2+< Ba2+< Al3+< Fe3+

Коагуляция может быть обратимой и необратимой, т.е. золь, перешедший в гель, снова может перейти в раствор либо его обратный переход затруднен или невозможен. Обратимая коагуляция вызывается одновалентными, необратимая – двух- и трехвалентными катионами. Под действием двух- и трехвалентных катионов почвенные частицы склеиваются в комочки, имеющие большую устойчивость и водопрочность, почва становится более структурной, улучшается ее физическое состояние.

Особым явлением представляется процесс тиксотропии коллоидов, чаще всего встречается в криогенных почвах и вызывает их плывунность. Коллоиды находятся в таких почвах в скоагулированном состоянии геля благодаря их своеобразной гексагональной ориентации. Гель не отделяется от дисперсной среды, а застудневает вместе с ней. Полученный гель может быть переведен в золь путем механического воздействия (встряхивания и др.), по прекращении которого с течением времени золь опять переходит в гель.

Пептизация – процесс, обратный коагуляции, когда коллоиды переходят из состояния геля в состояние золя. Пептизация коллоидов отрицательно воздействует на почвообразовательные процессы, поскольку обусловливает разрушение структуры и вымывание коллоидов из верхних горизонтов, что резко снижает их поглотительную способность, ухудшаются физические и химические свойства почвы.

 

Виды поглотительной способности почв

Поглотительной способностью почв называют способность почвы поглощать твердые взвешенные частицы, целые молекулы веществ или их часть и удерживать их в себе. Носителем поглотительной способности почв является почвенный поглощающий комплекс (ППК) – вся совокупность почвенных компонентов, способных участвовать в процессах поглощения и обмена. Главную часть его составляют почвенные коллоиды.

К.К.Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв, каждый из которых играет определенную роль в почвообразовании и формировании свойств почвы: механическая, биологическая, химическая, физическая и физико-химическая, из которых две последние связаны с ППК.

Механическая поглотительная способность – способность почвы как всякого пористого тела задерживать взвешенные твердые частицы из фильтрующихся суспензий крупнее почвенных пор. Механическое поглощение напрямую зависит от гранулометрического состава и сложения почвы. Так, глинистые и суглинистые почвы способны поглощать даже тонкодисперсные частицы, а песчаные, имеющие крупнопористое сложение, взвешенные частицы поглощают значительно хуже. Механическая поглотительная способность возрастает с увеличением количества гумуса в почве. Благодаря ей, в почве удерживаются от выноса наиболее ценные с точки зрения плодородия элементы. Большое значение это имеет в областях с искусственным орошением или обильными осадками. Почва может также удерживать и частицы меньше диаметра пор благодаря наличию замкнутых и извилистых пор.