Як природного утворення

Загальні особливості ґрунту

1. Ґрунт займає визначене місце на нашій планеті. Це поверхневий горизонт земної кори, що утворює невеликий по потужності шар. Саме в поверхневому шарі земної кори створюються умови тісної, найбільш активної взаємодії компонентів біосфери - атмосфери, літосфери, рослин, тварин і мікроорганізмів. Ґрунт є компонентом інших, більш складних природних систем - біогеоценозів і біосфери в цілому.

2. Ґрунт - найбільш масштабний глобальний результат виникнення й еволюції життя на землі і найрізноманітнішої взаємодії біоти з гірськими породами, що виходять на поверхню суші. Цей відносно малопотужний шар суші бере участь у всіх найважливіших сучасних процесах трансформації і міграції речовини, що протікають у біосфері. Ці процеси зв'язані з функціонуванням екосистем і обміном речовин у живих організмах.

3. Процеси, зв'язані з утворенням і життям ґрунту, включаються в складні кругообіги речовини й енергії на Землі, головні з яких - геологічний, біологічний і біогеохімічний. На думку В.А.Ковди, з погляду ґрунтознавства, геологічний кругообіг - це вся сукупність процесів утворення земної кори гірських порід і мінералів, відокремлення її горизонтів, кори вивітрювання і форм рельєфу, а також деякі інші процеси.

Біологічний кругообіг містить у собі сукупність циклічних процесів обміну речовин і енергії між середовищем і живими організмами.

Повний трансформаційно - міграційний цикл елемента у всіх ґрунтах і на всіх етапах його функціонування включає як біологічні, так і абіотичні процеси трансформації і переміщення речовини. Біологічні й абіотичні процеси трансформації і переміщення речовини в ґрунтах зв'язані в єдиному біогеохімічному кругообігу, що являє собою систему погоджених у просторі і в часі трансформаційних і міграційних потоків речовини, що протікають або послідовно у фазі биоти або в неживих фазах ґрунту.

4. Ґрунт - природне утворення, унікальне за складністю речовинного складу. Будь-який ґрунт містить у своєму складі весь складний спектр біоорганічних з'єднань рослин і мікробної плазми, складних продуктів їхньої трансформації, гуміфікації, взаємодії їх між собою і з мінеральними компонентами ґрунту. Це безліч з'єднань, більшість з яких не ідентифіковано. Характерна риса ґрунтоутворення - нагромадження специфічних, характерних для всіх типів ґрунтів з'єднань, що входять до складу твердої фази.

5. Для всіх ґрунтів характерні складна просторова організація і диференціація ознак, властивостей і процесів. Рівні структурної організації ґрунту: атомно - іонний, молекулярний, колоїдний і кристалохімічний, агрегатний і мікро агрегатний підрівень, горизонтний, профільний, асоціативний. Важливою рисою будь-якого типу ґрунтоутворення є формування ґрунтового профілю, також диференційованого по складу, властивостям і процесам.

6. Загальна і найважливіша якість усіх ґрунтів - родючість. Це властивість ґрунтів реалізується в результаті сукупного прояву окремих властивостей і процесів, що беруть участь у забезпеченні організмів мінеральною їжею, водою й іншими необхідними умовами їхнього нормального функціонування. Ґрунт здатний до відтворення цієї найважливішої властивості

1.2. Загальна схема ґрунтоутворення

Найбільш важливі складові ґрунтоутворювального процесу - перетворення (трансформація) мінералів гірської породи, з якої утвориться ґрунт; нагромадження в ній органічних залишків і їхня поступова трансформація; взаємодія мінеральних і органічних речовин з утворенням складних органо-мінеральних з'єднань; акумуляція у верхній частині ґрунту ряду біофільних елементів; міграція продуктів ґрунтоутворення в профілі ґрунту.

Генезис будь-якого ґрунту складається, як мінімум, із трьох послідовних стадій.

1. Початок ґрунтоутворення (первинний ґрунтоутворювальний процес). Збігається з початком функціонування піонерних наземних екосистем в умовах одночасної і взаємозалежної дії факторів ґрунтоутворення (регресія моря, відступ льодовиків, відвали кар'єрів, терикони та ін.).

Уже на початковій стадії функціонування екосистем у них складається біологічний кругообіг з повторюваними процесами продукування біомаси, її відмирання з частковим надходженням органічних залишків, виборчим біологічним поглинанням елементів мінерального харчування з вихідного субстрату й інших процесів. Однак обсяг біологічного кругообігу на цій стадії невеликий.

Крім того, на цій стадії ґрунтоутворення відбуваються і процеси небіологічної природи: фізичні, фізико-хімічні, хімічні. Цю групу процесів називають мікро процесами чи елементарними ґрунтовими процесами першого порядку.

Характерною рисою початкової стадії ґрунтоутворення є наявність специфічних для ґрунтів процесів трансформації і переносу речовини, що йдуть у рамках біологічного кругообігу, при відсутності виражених характерних ознак твердої фази субстрату, що дозволяє віднести його до ґрунту. Це як би підготовча предпочвенная стадія.

2. Стадія розвитку ґрунту. Субстрат материнської породи послідовно здобуває характерні ґрунтові ознаки. У результаті біологічного поглинання і трансформації речовин утворяться якісно інші з'єднання, яких ніколи не було у вихідній породі. Ці з'єднання стають більш доступними для наступних поколінь ґрунтових організмів і рослин, завдяки чому розширюється обсяг біологічного кругообігу.

Таблиця 1.1 - Результати трансформації сполук деяких елементів при

ґрунтоутворенні.

Елемент	Вихідні з'єднання в літосфері, атмосфері і гідросфері.	Нові форми з'єднань, характерні для ґрунтів
Вуглець, С	СО2 атмосфери	Вуглець у складі гумусових з'єднань, а також у складі органічних залишків організмів.
Азот, N	У більшості гірських порід відсутній. Молекулярний азот атмосфери (N2).Сліди аміаку, нітратів і деяких інших з'єднань у природних водах.	Азот у складі гумусових з'єднань ґрунтів Незначні кількості органічних речовин, що містять азот, індивідуальної природи (амінокислоти й ін.),солі амонію, нітрати. Розчинні форми в складі ґрунтової вологи.
Фосфор Р	Труднорозчинні фосфати типу фосфоритів і апатиту, трудно розчинні з'єднання з залізом і алюмінієм.	Фосфор у складі гумусових з'єднань незначні кількості в складі неспецифічних органічних сполук. Аморфні разноосновные фосфати, що розрізняються по розчинності. Фосфати, сорбированные твердою фазою ґрунту. Фосфати в ґрунтовому розчині.
Калій К	Важкодоступного в складі кристалічних ґрат слюд, гідрослюд, деяких польових шпатів і ін.	Іонний калій в обмінній формі в складі ґрунтового поглинаючого комплексу, розчинні солі калію в ґрунтовому розчині.
Кальцій Са	Переважно труднорастворимые мінеральні з'єднання карбонати, фосфати, фторид і деякі інші з'єднання.	Іонний кальцій в обмінній формі в складі ґрунтового поглинаючого комплексу. Комплексні з'єднання кальцію з органічними компонентами ґрунту, Са^2+ і розчинні комплексні з'єднання в ґрунтовому розчині.

У таблиці 1.1, як приклад, показані підсумки трансформації сполук біофільних елементів у процесі ґрунтоутворення.

Сукупність процесів, що відбуваються на даній стадії, приводить не тільки до зміни речовинного складу, але і до істотного перетворення фізичного стану, складання твердої фази.

На даній стадії ґрунтові мікропроцеси утворюють якісно нові процеси мезо- і макропроцеси. Ґрунтові мезопроцеси чи елементарні ґрунтові процеси другого порядку, формують специфічні окремі властивості ґрунтів (опідзолювання, гумусова акумуляція, лессиваж, агрегатоутворення й ін.). У результаті дії ґрунтових мезопроцесів формуються специфічний речовинний склад і фізичні властивості ґрунту, а також виникає просторова диференціація властивостей і процесів на агрегатному і горизонтному рівнях. Ґрунтові макропроцеси, чи власне процеси ґрунтоутворення, призводять до формування визначених ґрунтових типів (чорноземів, підзолистих ґрунтів і т. д.).

Стадія формування ґрунтів може продовжуватися сотні, тисячі років і більш. За цей час можуть істотно змінюватися фактори ґрунтоутворення, наприклад, клімат. Через що починається нова фаза розвитку ґрунту. Тривала і складна стадія розвитку ґрунту може протікати практично нескінченно. Однак в умовах тривалої стабілізації зовнішніх умов ґрунти можуть досягати стану, близького до рівноважного з навколишніми факторами. Можна вважати, що ґрунт перейшов у наступну стадію – стадію зрілого ґрунту.

3. Стадія зрілого ґрунту. Для зрілого ґрунту характерним є біологічний кругообіг, кожен цикл якого приблизно повторює попередній. На цій стадії залучення нових елементів з ґрунтоутворювальної породи до кругообігу відбувається в досить обмежених масштабах. На стадії рівноважного функціонування ґрунтів реалізуються всі групи процесів (мікро -, мезо- і макропроцеси, біологічні й абіотичні і т. д.). Вони узгоджені в часі і просторі і складають у сукупності біогеохімічні кругообіги.

1.3. Утворення й еволюція ґрунтів

Особливості ґрунтоутворення і тривалість еволюції розвитку ґрунтів залежать від характеру проявів відомих природних, а в сучасних умовах і антропогенних факторів, їхньої зміни в часі і просторі.

Первинними організмами, що могли взяти участь у ґрунтоутворенні, швидше за все були бактерії і водорості. З їхнім впливом на гірську породу почався первинний процес ґрунтоутворення.

Первинні організми створили необхідні умови для розвитку інших груп організмів. Потім з'явилися псилофіти, гриби, хвощі, плауни, папороті, мохи, і, нарешті, покритонасінні рослини.

З появою вищих рослин процес ґрунтоутворення підсилювався. Разом з рослинами ґрунт заселяли тваринні організми, що також впливали на процес ґрунтоутворення. У результаті життєдіяльності рослин і тварин відбувалося нагромадження органічних залишків і гумусу, у результаті чого в мінеральних ґрунтах поліпшувався водяний режим.

У кембрійський і ордовикський періоди процес ґрунтоутворення перебував у стадії первинного. У силурійський, девонський, кам'яновугільний і пермський періоди створилися умови для подальшого розвитку й ускладнення процесу ґрунтоутворення. У крейдовий і третинний періоди на земній кулі чітко відокремилися кліматичні пояси, що привело до ще більшої диференціації і розмаїтості ґрунтового покриву. У четвертинний період у результаті материкового заледеніння процес ґрунтоутворення перервався на значній частині суші (близько 50-60%). На території поширення льодовиків ґрунтовий покрив був цілком знищений. На прилягаючих до льодовиків просторах він був еродований стікаючими льодовиковими водами, а потім перекритий відкладеннями. У субтропічних і тропічних областях ґрунтовий покрив у значній частині зберігся від третинного періоду. Після закінчення льодовикової епохи почався сучасний процес ґрунтоутворення.

Сукупність усіх змін у ґрунті і до початку його утворення (нуль-момент) до сьогоднішнього дня називають еволюцією ґрунту.

Причини зміни ґрунту - невідповідність властивостей ґрунту і процесів, що протікають у ньому, зв'язаних з функціонуванням екосистеми, до факторів ґрунтоутворення. Під впливом зовнішніх факторів родючість ґрунту може як збільшитися, так і знизитися, аж до повного, чи майже повного, його знищення (деградація ґрунту).

1.4. Морфологічні ознаки ґрунтового профілю

У результаті процесу ґрунтоутворення ґрунт набуває ряд найважливіших властивостей і ознак, у ньому виникають нові речовини, яких не було в породі. Ґрунт набуває тільки йому властиві морфологічні (зовнішні) ознаки. За ними можна відрізнити ґрунт від породи, один ґрунт від іншого, а також частково судити про напрямок і ступінь виразності процесу ґрунтоутворення.

Нижче подано стислий опис головних морфологічних ознак ґрунту.

Будова ґрунтового профілю - це його зовнішній вигляд, обумовлений визначеною зміною горизонтів у вертикальному напрямку. Горизонти відрізняються один від іншого кольором, структурою, складом і іншими морфологічними ознаками. Вони мають різний хімічний, а іноді і механічний склад, у них по-різному протікають біологічні процеси.

У профілі ґрунту розрізняють кілька горизонтів, що часто підрозділяються на підгоризонти. Кожен горизонт має свою назву і літерне позначення (індекс) Для більш точної характеристики використовують додаткові буквені і цифрові індекси.

Звичайно виділяють наступні горизонти:

· А_о - органогенний горизонт, що складається з органічних залишків опаду рослин (лісова підстилка, степова повсть);

· Т - органогенний торф'яний горизонт;

· А - гумусово-акумулятивний;

· А₂ - елювіальний;

· В – ілювіальний чи перехідний;

· G - глейовий;

· C – материнська порода;

· D – підстилаючи порода;

Розрізняють два типи будови ґрунтового профілю: недиференційований і диференційований. У недиференційованому (звичайному) профілі генетичні горизонти поступово змінюють один одного з верху вниз. Диференційований ґрунтовий профіль побудований більш складно: під гумусовим горизонтом має прояснений горизонт виносу речовин, а ще нижче лежить горизонт нагромадження винесених зверху речовин.

Описані два типи будівлі ґрунту - це схеми. У природі всі значно складніше: мається безліч видів горизонтів і їхні різноманітні сполучення, деякі особливі типи ґрунтових горизонтів (озалізнення, відкладення солей, гіпсу, вапна, кремнезему й ін.)

Горизонт акумуляції органічних речовин (А) формується у верхній частині профілю за рахунок біомаси зелених рослин, що відмирає. У залежності від їхнього характеру виділяють: А - гумусово-акумулятивний, що утворюється у верхній частині мінеральної товщі ґрунту, у якому не виражені морфологічні процеси руйнування і вилуження мінеральних речовин; А1 – гумусово-елювіальний - верхній горизонт профілю з морфологічно або аналітично вираженими процесами руйнування і вилуження мінеральних речовин. Обрії А и А₁ найбільш темного фарбування, в них накопичується найбільша кількість гумусу й елементів харчування.

Елювіальний горизонт (А₂) утворюється в процесі інтенсивного руйнування мінеральної частини ґрунту і вимивання продуктів руйнування в нижні горизонти. Він забарвлений у найбільш світлі тони й у різних ґрунтах одержує різні назви (підзолистий, осолоділий). Іноді він розвивається в межах нижньої частини горизонту А₁, де утвориться А₁ А₂; може формуватися у верхній частині горизонту у виді А₂В.

Ілювіальний або перехідний горизонт (В) формується під елювіальним чи гумусовим горизонтом і служить переходом до материнської породи. У ґрунтах з диференційованим профілем і делювіальним горизонтом формується ілювіальний горизонт, до якого вмиваються і там частково накопичуються різні продукти ґрунтоутворення. Розрізняють горизонти: В_Fe - вмивання залізистих речовин; В_h-гумусових речовин; В_к - карбонатів; В_s - сульфатів хлоридів; В_і - мулистих часток ґрунту. У ґрунтах з недиференційованим профілем, де не переміщується мінеральна алюмосилікатна основа (чорноземи, каштанові), горизонт В не ілювіальний, а перехідний від гумусово-акумулятивного до породи. Він часто розчленовується на підгоризонти В₁ і В₂ за характером структури і складом.

Глейовий горизонт (G) утворюється в гідроморфних ґрунтах. Внаслідок тривалого чи постійного надлишкового зволоження і недоліку вільного кисню в ґрунті йдуть анаеробно-відновні процеси, що приводить до виникнення закисних з'єднань заліза і марганцю, рухливих форм алюмінію, дезагрегування ґрунту і формуванню глейового обрію. Якщо ознаки глейового процесу виявляються в інших обріях, то до їхнього літерного позначення додають букву "g", наприклад А₂g, Вg і т.д.

Материнська порода (С) являє собою породу, слабко порушену процесами ґрунтоутворення.

Породу, що підстеляє - (Д), виділяють у тому випадку, коли ґрунтові горизонти сформувалися на одній породі, а нижче лежить порода з іншими властивостями.

Кожному ґрунтовому типу відповідає своє сполучення горизонтів. Тому деякі з них можуть у тому чи іншому профілі бути відсутніми.

Потужність ґрунту й окремих його горизонтів. Потужністю ґрунту називається товщина від його поверхні вглиб до слабко порушеної процесами ґрунтоутворення материнської породи. Потужність ґрунтового профілю коливається в широких межах: від декількох сантиметрів у примітивних гірських чи пустельних ґрунтів до 1-2 м у більшості ґрунтів рівнин, а в деяких ґрунтів (тропічних) вона досягає декількох метрів.

Забарвлення ґрунту - найбільш помітна морфологічна ознака. Багато ґрунтів одержали назву у відповідності зі своїм забарвленням - чорноземи, підзоли, червоноземи і т.д. Колір ґрунту визначається забарвленням тих речовин, з яких він складається, а також фізичним його станом і ступенем зволоження. Найбільш важливі для фарбування наступні групи речовин: 1)гумус; 2)сполуки заліза; 3)кременева кислота, вуглекисле вапно.

Гумусові речовини обумовлюють чорне, темно-сіре і сіре забарвлення.

Сполуки оксидів заліза забарвлюють ґрунт у червоний, жовтогарячий і жовтий кольори; закиси заліза – у сизі і блакитнуваті тони. В болотних ґрунтах зустрічається вівіаніт [Fe₃(PO₄)₂8H₂O], що додає їм зеленувато-блакитний відтінок.

Кремнезем (Sі₂), вуглекислий кальцій (CaCO₃) і каолініт (H₂Al₂Sі₂O8H₂O) обумовлюють біле і білесувате забарвлення. У ряді випадків помітну роль у придбанні ґрунтом білесуватих відтінків можуть грати гіпс (CaSO₄2H₂O) і легкорозчинні солі (NaCl, Na₂SO₄8H₂O і інші).

Різні сполучення зазначених груп речовин визначають велику розмаїтість ґрунтових фарб і відтінків.

Механічний склад. У польових умовах його визначають візуально і тактильно. Гранулометричний склад ґрунту - це співвідношення в ньому твердих часток різного розміру (каміння, гравій, пісок, пил, мул). За співвідношенням часток різного розміру ґрунти поділяються на піщані, супіщані, суглинні, глинисті.

Структура - окремості (агрегати), на які здатний розпадатися ґрунт. Форма, розмір і якісний склад структурних окремостей у різних ґрунтах, а також у різних горизонтах неоднакові. Розрізняють три основних типи структури:

кубоподібна (структурні окремості рівномірно розвинуті за трьома взаємно перпендикулярними осями)

· призмова (окремості розвинуті переважно по вертикальній осі);

· пліткоподібна (окремості розвинуті переважно по двох горизонтальних осях).

В залежності від розміру агрегатів структуру підрозділяють на наступні групи:

· глибиста (більше10мм);

· макроструктура (10 - 0,25мм);

· тонка мікроструктура (менше 0,01мм).

Ґрунт може бути структурним і безструктурним. Між структурними і безструктурними ґрунтами зустрічаються перехідні, у яких структура виражена слабко.

В будь-якому із ґрунтових горизонтів структурні окремості не бувають одного розміру і форми. Найчастіше структура в них змішана: грудкувато-зерниста, грудкувато-пилувата, грудкувато-пластинчато-пилувата і т.д.

Складення - це зовнішнє вираження щільності і пористості ґрунту. За щільністю розрізняють ґрунти:

1) дуже щільні;

2) щільні (ілювіальні горизонти суглинних і глинистих ґрунтів);

3) пухкі (суглинні і глинисті ґрунти з добре вираженою грудкувато-зернистою структурою; верхні горизонти піщаних і суглинних ґрунтів);

4) розсипчасті (орні горизонти піщаних і супіщаних ґрунтів).

Пористість характеризується формою і розмірами пор усередині структурних окремостей чи між ними.

У залежності від розміру і розташування пор усередині структурних окремостей розрізняють наступні типи складення:

· тонкопористе - ґрунт пронизаний порами діаметром менше 1мм;

· пористе - діаметр пор коливається від 1 до 3мм(лес);

· ніздрювате (дірчасте)-у ґрунті маються порожнечі від 5 до10мм, обумовлено діяльністю ґрунтів;

· вічкувате – порожнечі, що перевищують 10мм (субтропічні і тропічні ґрунти);

· трубчасте - порожнечі у вигляді каналів, проритих землероями.

При розташуванні пор між структурними окремостями розрізняють наступні типи складення ґрунтів у сухому стані:

· тонкотріщинувате – ширина порожнин менше3мм;

· тріщинувате --ширина порожнин від 3 до10мм;

· щілисте – ширина порожнин більше10мм.

Новоутворення і включення. Новоутвореннями і включеннями називають скупчення речовин різної форми і хімічного складу, що утворюються і відкладаються в горизонтах ґрунту. Розрізняють:

1) хімічні новоутворення – результат хімічних процесів, що приводять до виникнення різного роду з'єднань; можуть осаджуватися на місці утворення або, переміщуючись з ґрунтовим розчином у горизонтальному і вертикальному напрямках, випадати на деякій відстані від місця свого виникнення. За формою хімічні новотвори розділяють на вицвіти і нальоти, скоринки, примазки і патьоки; прожилки і трубочки, конкреції. Хімічні новоутворення представлені легкорозчинними солями, гіпсом, вуглекислим вапном, оксидами заліза, алюмінію і марганцю, закисними з'єднаннями заліза, кремнекислотою, гумусовими й іншими речовинами;

2) новоутворення біологічного походження (тваринного і рослинного) зустрічаються в наступних формах: червоточини – звивисті ходи - канальці черв’яків; капроміти - екскременти дощових черв’яків у вигляді невеликих клубочків; кротовини - порожні чи заповнені ходи грунториїв; корневины - згнилі великі корені рослин; дендрити - візерунки дрібних корінців на поверхні структурних окремостей.

Включеннями називають тіла органічного і мінерального походження, що знаходяться в ґрунті, виникнення яких не зв'язано з грунтоутворювальним процесом. До включень відносяться, наприклад, уламки гірських порід, раковини і кістки тварин, шматочки цегли, скла, вугілля.

Мікроморфологічні ознаки ґрунтового профілю. Їхнє дослідження можливе тільки за допомогою мікроморфологічного методу, в основі якого лежить дослідження під поляризаційним мікроскопом ґрунтових шліфів, приготовлених зі зразків ґрунту непорушеного складення. Цей метод дозволяє виявити особливості мікро будування і мікроскладення. У шліфах виділяють кістяк і плазму ґрунту. Кістяк складається з мінералів крупніше 2мкм - в основному це різні первинні мінерали ґрунту, плазма представлена тонкими частками менш 2мкм у діаметрі. Вона складається з глинистих мінералів, вторинних несилікатних оксидів заліза й алюмінію, гумусу і, у залежності від складу, поділяється на глинисту, гумусо-глинисту, карбонатно-глинисту, залізисто-глинисту.

Дата добавления: 2014-01-04