Агроэкологическая оценка гранулометрического состава почв

Классификация почв по гранулометрическому составу

Гранулометрический состав почв, классификация механических элементов, классификация почв по гранулометрическому составу

Гранулометрический состав почвы

Цели и задачи изучения модульной единицы

Рассматриваемые вопросы

Ключевые слова

Гранулометрический состав, механические элементы, физическая глина, физический песок, первичные минералы, кварц, полевые шпаты, амфиболы, слюды, вторичные минералы, каолинит, гидрослюды, монтмориллонит.

1 вопрос. Гранулометрический состав почв, классификация механических элементов, классификация почв по гранулометрическому составу.

2 вопрос. Агроэкологическая оценка гранулометрического состава почв.

3 вопрос. Минералогический состав почв, первичные и вторичные минералы, агроэкологическая оценка минералогического состава.

Целью является изучение классификации механических элементов, классификации почв по гранулометрическому составу, оценка гранулометрического состава почв факторами почвообразования, рассмотрение взаимосвязей факторов и их роли в формировании почв.

Твердая фаза почвы состоит из частиц разного размера, которые называются механическими элементами. Как правило, отдельные механические элементы в почве находятся в агрегированном состоянии, в виде структурных отдельностей (педов), и для их определения необходимо разрушить агрегаты механическим или химическим способом. В песчаных и супесчаных почвах агрегаты отсутствуют, и механические элементы находятся в раздельно-частичном состоянии.

Гранулометрический состав почвы характеризуется содержанием механических элементов разного размера, выраженном в % к массе абсолютно сухой почвы. Близкие по размерам механические элементы характеризуются примерно одинаковыми свойствами и поэтому их группируют во фракции. Существует несколько группировок, или классификаций механических элементов как отечественных, так и зарубежных. В России наибольшее распространение получила классификация механических элементов, разработанная А.Н. Сабининым и В.Р. Вильямсом и уточненная впоследствии Н.А. Качинским (табл.1)с некоторыми различиями для подзолистых, черноземных почв и солонцов.

Таблица 1

Классификация механических элементов (Н.А. Качинский, 1965)

Название фракции	Размер, мм
Камни	> 3
Гравий	3 – 1
Песок: крупный средний мелкий	1 – 0,5 0,5 – 0,25 0,25 – 0,05
Пыль: крупная средняя мелкая	0,05 – 0,01 0,01 – 0,005 0,005 – 0,001
Ил: грубый тонкий	0,001 – 0,0005 0,0005 – 0,0001
Коллоиды	< 0,0001

Почвенный скелет - частицы размером более 1 мм;

мелкоземом - менее 1 мм.

Сумма частиц мельче 0,001 мм называется илистой фракцией, и при определении гранулометрического состава для практических целей на более мелкие фракции не подразделяется.

Отдельные фракции механических элементов различаются по химическому (табл. 2) и минералогическому (табл. 3) составу, а также по физико-химическим и физическим свойствам. Наиболее резкие различия наблюдаются между фракцией ила (<0,001 мм) и остальными фракциями.

Таблица 2

Химический состав фракций механических элементов горизонта А₁ темно- каштановой тяжелосуглинистой почвы, % к прокаленной навеске

(А.Д. Воронин, 1984)

Размер фракций механических элементов, мм	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O
0,5-0,25	98,0	0,1	0,4	0,8	0,1	0,1	0,1
0,25-0,05	93,9	2,1	1,1	1,1	0,2	0,8	0,4
0,05-0,01	86,4	5,1	2,8	1,4	0,2	1,8	1,7
0,01-0,005	84,2	6,4	3,0	1,4	0,3	2,0	2,0
0,005-0,001	76,3	11,4	4,3	1,7	1,2	2,7	1,7
< 0,001	53,7	24,8	11,4	2,4	2,9	4,4	0,3

Общая закономерность заключается в том, что по мере уменьшения размера фракции в них снижается содержание кварца, увеличивается количество слюд и вторичных минералов, в первую очередь глинистых (табл.3). Чем меньше размер механических элементов, тем ниже в них содержание кремния, как основного элемента кристаллической решетки первичных минералов. Наоборот, содержание алюминия, железа, кальция, магния, фосфора существенно возрастает при переходе от песчаных фракций к илистой (табл. 2). Аналогичным образом изменяется содержание гумуса и емкость обмена.

Таблица 3

Минералогический состав фракций механических элементов покровного суглинка (А.А. Роде, 1955)

Размер фракций механических элементов, мм	Содержание первичных минералов, %
Кварц	Полевые шпаты	Слюды	Роговые обманки	Прочие минералы
1-0,25			-	-	-
0,25-0,05			-
0,05-0,01
0,01-0,005
< 0,005

По мере уменьшения размеров фракций повышаются влагоемкость, удельная поверхность, высота капиллярного поднятия, набухание, емкость катионного обмена, снижается водопроницаемость. По этим показателям наиболее резкая граница проходит между фракциями крупной и средней пыли. Фракции крупной пыли обладают такими же свойствами, как фракции песка, поэтому все частицы крупнее 0,01 мм (крупный, средний, мелкий песок и крупная пыль) объединяются в группу физического песка, а частицы мельче 0,01 мм (средняя, мелкая пыль и ил) — в группу физической глины.

Кроме основного названия, определенного по содержанию физической глины и физического песка, введено дополнительное, с учетом преобладающей фракции:

песчаной (1,0–0,05 мм),

крупнопылеватой (0,05– 0,01 мм),

пылеватой (0,01–0,001 мм)

иловатой (< 0,001 мм).

Иногда в научных целях в дополнительном названии используются две преобладающие фракции, при этом на последнее место ставится та, которой больше содержится, например, суглинок средний пылевато-иловатый.

Содержание физической глины и физического песка (мелкозема) в сумме составляет 100%. Если почва имеет содержание гравия (1–3 мм), превышающее содержание преобладающих фракций мелкозема, то это указывается в названии почвы, например: супесь крупнопылевато-гравелистая.

Отдельно вводится в название степень каменистости в зависимости от содержания частиц более 3 мм в % к массе почвы (табл. 4).

Таблица 4

Классификация почв по каменистости (Н.А. Качинский, 1958)

Частиц > 3 мм, %	Степень каменистости	Тип каменистости
< 0,5	Некаменистая	Устанавливается по характеру скелетной части
0,5 – 5,0	Слабокаменистая
5 – 10	Среднекаменистая	Почвы могут быть валунные, галечниковые, щебенчатые
> 10	Сильнокаменистая

При содержании каменистого материала менее 0,5 % почва в отношении обработки считается нормальной. В случае слабокаменистой почвы, при условии, что каменистый материал представлен мелким щебнем или галькой, она обрабатывается нормально. Однако при этом будет наблюдаться ускоренный износ рабочих органов обрабатывающих орудий.

При средней каменистости почвы необходимо вычесывание крупного каменистого материала, остающиеся мелкие камни способствуют быстрому износу обрабатывающих орудий. Для успешного возделывания полевых культур на сильнокаменистых почвах требуется проведение сложных мелиоративных работ по выбору и удалению каменистого материала с полей. Без проведения специальных мелиоративных работ сильнокаменистые почвы можно использовать под плодово-ягодные культуры.

Валунный тип каменистости чаще всего встречается в северо-западных районах Нечерноземной зоны, щебенчатые почвы широко представлены в горных и предгорных районах.

Камни (> 3 мм) представляют собой обломки горных пород. Наличие камней в почве затрудняет ее эффективное использование, поскольку мешает работе сельскохозяйственных машин и орудий, ухудшает заделку семян и развитие растений.

Гравий (1 – 3 мм) – состоит из обломков первичных минералов. Высокое содержание гравия в почвах не препятствует обработке, но придает им малоблагоприятные свойства – провальную водопроницаемость, отсутствие водоподъемной способности, низкую влагоемкость, что оказывает отрицательное влияние на развитие сельскохозяйственных культур.

Песчаная фракция (1 – 0,05 мм) – состоит из первичных минералов, прежде всего кварца и полевых шпатов. Обладает высокой водопроницаемостью, некоторой капиллярностью и влагоемкостью, не набухает, не пластична. Характеризуется крайне низкой поглотительной способностью. Для полевых культур пригодны пески с влагоемкостью не менее 10 %, для лесных культур не менее 3 – 5 %.

Фракция крупной пыли (0,05 – 0,01 мм). По минералогическому составу приближается к песчаной, обладает невысокой влагоемкостью, не пластична, слабо набухает, имеет низкую величину удельной поверхности – 1-2 м²/г.

Фракция средней пыли (0,01 – 0,005 мм). Характеризуется низкой величиной удельной поверхности – 2-10 м²/г, не способна к коагуляции и структурообразованию, не набухает. Вследствие повышенного содержания слюд обладает связностью и пластичностью, удерживает влагу, имеет пло-хую водопроницаемость.

Почвы, обогащенные крупной и средней пылью, легко распыляются, склонны к заплыванию и уплотнению, отличаются слабой водопроницаемостью.

Фракция мелкой пыли (0,005 – 0,001 мм). Состоит не только из первичных, но и вторичных минералов. В связи с этим обладает рядом свойств, не присущих более крупным фракциям: способна к коагуляции и структурообразованию, обладает поглотительной способностью, содержит повышенное количество гумусовых веществ. Удельная поверхность ее превышает 50 м²/г. Однако высокое содержание мелкой пыли в почвах в свободном, не агрегированном состоянии придает им ряд неблагоприятных свойств: плотное сложение, плохую водопроницаемость, чрезмерное набухание и усадку, липкость, трещиноватость, возрастает количество недоступной для растений влаги.

Ил (< 0,001 мм) состоит преимущественно из высокодисперсных вторичных минералов. Их первичных минералов встречается кварц, ортоклаз, мусковит.

Илистая фракция имеет большое значение в создании почвенного плодородия. Благодаря высокой удельной поверхности, достигающей 200 – 250 м²/г, она играет главную роль в физико-химических процессах, протекающих в почве. Ил обладает высокой поглотительной способностью, содержит много гумуса, элементов зольного и азотного питания растений. Коллоидной части этой фракции принадлежит особо важная роль в структурообразовании и формировании почвенного поглощающего комплекса.

Водно-физические и физико-механические свойства почв, обогащенных илистой фракцией, в значительной мере определяются ее способностью к коагуляции и склеиванию механических элементов в агрегаты. Эта способность зависит от минералогического и химического состава почвы, обогащенности ее гумусом, соединениями кальция и железа, от состава поглощенных катионов. Необратимая коагуляция илистой фракции способствует структурообразованию. Структурная почва даже при высоком содержании ила характеризуется благоприятными физическими свойствами.

В ряде случаев высокое содержание ила негативно влияет на свойства почв. При развитии восстановительных процессов в результате переувлажнения, высоком содержании в ППК обменных ионов натрия или водорода, большом количестве минералов группы монтмориллонита в малогумусных почвах, значительная часть ила находятся в свободном состоянии и легко пептизируется водой. Почвы, содержащие много водопептизируемого, ила при увлажнении заплывают, содержат мало воздухоносных пор, характеризуются повышенной плотностью, набухаемостью и липкостью, низкой водопроницаемостью, склонны к коркообразованию.

Относительное содержание в почве фракций механических элементов называется гранулометрическим составом. Определяется гранулометрический состав почв с помощью механического анализа, результаты которого выражаются в процентах от массы абсолютно сухой почвы.

Классификация почв по гранулометрическому составу основана на соотношении физического песка и физической глины. Ее основы были разработаны Н.М. Сибирцевым (1901) и в последующем существенно откорректированы Н.А. Качинским (1958). Классификация Н.А. Качинского построена с поправкой на генезис почв с учетом того, что одно и тоже содержание физической глины по-разному сказывается на свойствах подзолистых, степных и солонцовых почв, для которых представлены различные шкалы (табл. 5)

Таблица 5

Классификация почв и пород по механическому составу

Краткое название по механическому составу	Содержание физической глины (< 0,01 мм), в %	Содержание физического песка (> 0,01 мм), в %
почвы
подзолистого типа почвообразования	степного типа почвообразования, а также красноземы и желтоземы	солонцы и сильносолонцеватые	подзолистого типа почвообразования	степного типа почвообразования, а также красноземы и желтоземы	солонцы и сильносолонцеватые
Песок рыхлый -» - связный Супесь Суглинок легкий -» - средний -» - тяжелый Глина легкая -» - средняя -» - тяжелая	0-5 5-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-65 65-80 > 80	0-5 5-10 10-20 20-30 30-45 45-60 60-75 75-85 > 85	0-5 5-10 10-15 15-20 20-30 30-40 40-50 50-65 > 65	100-95 95-90 90-80 80-70 70-60 60-50 50-35 35-20 < 20	100-95 95-90 90-80 80-70 70-55 55-41 40-25 25-15 < 15	100-95 95-90 90-85 85-80 80-70 70-60 60-50 50-35 < 35

Данная классификация существует уже длительное время и была разработана исходя из того, что свойства почвы в основном определяются их гранулометрическим составом. К настоящему времени накоплен большой фактический материал показывающий, что при одном и том же гранулометрическом составе почвы могут существенно различаться проявлением солонцеватости, оглеения, минералогическим составом, окислительно-восстановительным режимом и другими характеристиками. Поэтому классификационная шкала гранулометрического состава должна быть единой для всех почв и основываться только на относительном содержании в почве фракций механических элементов. Такая единая шкала, основанная на разработках С.И. Долгова и Н.А. Качинского предложена для использования В.И. Кирюшиным (1996).

Таблица 6

Единая классификационная шкала почв по гранулометрическому

составу

Содержание частиц размером < 0,01 мм, %	Основное наименование разновидностей	Дополнительное наименование по преобладающей фракции	Число разновидностей
0 – 5	Рыхлопесчаная	Песчаные и крупнопылеватые
5 – 10	Связнопесчаная
10 – 20	Супесчаная
20 – 30	Легкосуглинистая	Песчаные, крупнопылеватые, пылеватые, иловатые
30 – 40	Среднесуглинистая
40 – 50	Тяжелосуглинистая
50 – 65	Легкоглинистая
65 – 80	Среднеглинистая
> 80	Тяжелоглинистая	Пылеватые и иловатые

Гранулометрический состав почв, за редким исключением, наследуется от почвообразующей породы. Широкое варьирование гранулометрического состава почвообразующих пород обусловливает формирование и различных по гранулометрическому составу почв даже в пределах одного типа (табл.7).

Таблица 7

Гранулометрический состав дерново-подзолистых почв, развитых на различных почвообразующих породах (Почвы Московской области, 1974).

Порода	Горизонт	Размер фракций в мм, содержание в %
1-0,25	0,25-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	<0,001	<0,01
Флювиогляциальный песок	Апах
А2В
ВС
С
Суглинистая морена	Апах
А2
А2В
В1
С
Покровный суглинок	Апах
А2
А2В
В1
С

Для почв, развитых на песчаных почвообразующих породах, характерно очень низкое содержание пылеватых и илистых частиц и резкое преобладание песчаных фракций. В почвах, сформированных на суглинистых моренных отложениях, наряду с песчаными частицами заметную роль играют фракции пыли и ила. Характерной особенностью гранулометрического состава почв, образовавшихся на лёссах, лёссовидных и покровных суглинках, является высокое содержание фракции крупной пыли, а также отсутствие или очень незначительное количество песчаных частиц.

Гранулометрический состав почв, сформированных на одинаковых почвообразующих породах также может различаться, и в ряде случаев довольно существенно, что связано со спецификой почвообразования. Развитие солонцового процесса, оподзоливания, лессиважа, осолодения, оглинивания сопровождаются отчетливым перераспределением механических элементов, в результате чего в почвенном профиле формируются горизонты относительно обедненные или обогащенные тонкодисперсными частицами.

Возможны следующие варианты изменения гранулометрического состава по профилю почв:

1. Верхняя часть профиля в наибольшей степени обогащена илистыми и мелкопылеватыми частицами. В нижележащих горизонтах, по мере приближения к почвообразующей породе, содержание тонкодисперсных частиц уменьшается, а крупнопылеватых и песчаных постепенно увеличивается, возрастает также количество грубообломочного материала. Содержание илистых частиц и физической глины в почве всегда выше, чем в почвообразующей породе. Такое распределение механических элементов типично для бурых лесных и дерново-карбонатных почв, формирующихся на элювии плотных осадочных или изверженных пород, и связано с процессом оглинивания, наиболее интенсивно протекающего в верхней биохимически активной части почвенного профиля.

2. Содержание фракций механических элементов практически не изменяется в пределах почвенного профиля и в общем такое же, как и в почвообразующей породе. Такая картина наблюдается в почвах, где не происходит существенной трансформации минеральной части под влиянием почвообразования – типичных и обыкновенных черноземах, темно-каштановых почвах и др.

3. Верхние горизонты почвы обеднены илистой фракцией, максимум содержания которой приурочен к средней части почвенного профиля, где формируются иллювиальные или метаморфические горизонты. Содержание ила в почвообразующей породе чаще всего выше, чем в верхней части профиля почвы.

Формирование горизонтов, обогащенных илистой фракцией, возможно двумя путями:

1). В одном случае это связано с более интенсивным выветриванием первичных и образованием вторичных глинистых минералов в средней части почвенного профиля (процесс оглинивания) без поступления тонкодисперсных частиц из верхних горизонтов. Так образуются метаморфические горизонты, в частности, в коричневых почвах.

2). В другом случае дифференциация почв по гранулометрическому составу связана с развитием определенных почвенных процессов. Под их воздействием происходит вынос ила и коллоидов из верхних элювиальных горизонтов и аккумуляция их в средней части профиля с образованием иллювиальных горизонтов. При этом верхние горизонты почвы относительно обогащаются крупнопылеватыми и песчаными частицами.

Таким путем, благодаря оподзоливанию и лессиважу, формируются иллювиальные горизонты в подзолистых, дерново-подзолистых и серых лесных почвах, оподзоленных черноземах; в результате солонцового процесса – в солонцах и солонцеватых почвах; в результате осолодения – в солодях.

4. Дифференциация почв по гранулометрическому составу, и довольно резкая, может быть обусловлена не процессами выветривания и почвообразования, а исходной неоднородностью почвообразующей породы. Например, на севере таежно-лесной зоны значительные площади занимают почвообразующие породы, представляющие собой морену, перекрытую маломощными песчаными или супесчаными наносами. Формирующиеся на них подзолистые почвы имеют резко дифференцированный профиль. Песчаный или супесчаный гранулометрический состав верхних горизонтов на определенной глубине резко изменяется на суглинистый или глинистый.

Гранулометрический состав оказывает очень большое влияние на процессы почвообразования, свойства и режимы почв.

Как правило, гранулометрический состав наследуется от почвообразующей породы и очень медленно изменяется во времени. Необходимы тысячи и десятки тысяч лет для его изменения. В связи с этим на породах разного гранулометрического состава часто формируются почвы, отличающиеся по свойствам. Особенно резко эта граница выражена между песчаными и супесчаными разновидностями, с одной стороны, и всеми остальными — с другой. Обычно в почвенной классификации разные по гранулометрическому составу почвы выделяются на уровне низких таксономических рангов — разновидностей, иногда родов, однако песчаные почвы во многих природных зонах выделяются в отдельные типы и подтипы, например, серопески среди черноземов или альфегумусовые подзолы среди подзолистых почв.

Песчаные и супесчаные почвы состоят в основном из кварца с незначительной примесью полевых шпатов и других первичных минералов. Поэтому в их химическом составе более 90%, а зачастую более 95%, приходится на долю оксида кремния. Негативные свойства песчаных и супесчаных почв - характеризуются высокой водопроницаемостью, низкой влагоемкостью, отсутствием структурных агрегатов, низким содержанием гумуса, низкой емкостью катионного обмена и поглотительной способностью в целом, низким содержанием элементов питания. Преимуществом песчаных и супесчаных почв является рыхлое сложение, хорошая воздухопроницаемость и быстрая прогреваемость, что положительно сказывается на обеспечении кислородом корневых систем. Песчаные и супесчаные почвы требуют меньших затрат на обработки, в связи с чем их и называют легкими. Свойства легких почв существенно улучшаются при внесении в них органических веществ, высоких (мелиоративных) норм торфа, компостов, использования зеленого удобрения. Супесчаные почвы приближаются к оптимальным в холодных и влажных областях. Многие культуры, такие как картофель, озимая пшеница, ряд овощных культур, ячмень, овес, в условиях таежно-лесной зоны дают более высокие урожаи на легких почвах, по сравнению с тяжелыми. Исключение составляет озимая рожь, предпочитающая тяжелые почвы. По мере продвижения к югу, в лесостепную, степную и сухостепную зоны, на легких почвах резко возрастает недостаток влаги и, соответственно, снижается их производительная способность, поэтому более оптимальными становятся тяжелосуглинистые и глинистые почвы.

Таблица 8

Примерная бонититровка различных почв по гранулометрическому составу для хлебных злаков (по Н.А. Качинскому)

Почвы	Оценка разных по гранулометрическому составу почв, баллы
Глинистые	Тяжело суглинистые	Среднесуглинистые	Легкосуглинистые	Супесчаные	Песчаные мелко зернистые связные	Песчаные крупно зернистые рыхлые
Подзолисто-глеевые
Подзолистые
Дерново-подзолистые
Серые лесные
Черноземы типичные
Черноземы южные
Темно-каштановые
Каштановые
Бурые
Сероземы
Красноземы и желтоземы						--	--
Желтоземно-подзолистые

Для коренного улучшения песчаных и супесчаных почв иногда применяют глинование — внесение тяжелосуглинистого или глинистого мелкозема, взятого, по возможности, из верхнего гумусированного слоя почв, в дозе 300 – 800 т/га. Это мероприятие очень дорогостоящее и применяется на небольших площадях. Весьма эффективным приемом коренного улучшения легких почв является внесение высоких (мелиоративных) доз (150-300 т/га) торфа или торфонавозных компостов.

Для коренного улучшения бесструктурных тяжелосуглинистых и глинистых почв используют пескование — внесение высоких доз песка (300-700 т/га). Пескование является также весьма дорогостоящим мероприятием и применяется на ограниченных площадях. Так же, как и на легких, на тяжелых почвах часто вносят мелиоративные дозы торфа или органических компостов, которые в этом случае оказывают разрыхляющее действие, усиливают водопроницаемость и улучшают водный режим.

Имеются существенные различия в использовании тяжелых и легких почв. Они заключаются в дозах внесения химических мелиорантов при оптимизации реакции среды (на легких почвах дозы меньше, но мелиорации проводят чаще), в нормах полива в орошаемом земледелии, в сроках и способах обработки, в разных нормах и видах минеральных удобрений.

Гранулометрический состав учитывается при землеустройстве территории: при выборе участков под многолетние насаждения, при введении специализированных севооборотов, проведении почвозащитных мероприятий и др.

Дата добавления: 2014-01-14