Содержание
1. Минералогический состав почв
Основную долю вещественного состава
рыхлых почвообразующих пород, характерных
для Северного полушария, образуют
минеральные частицы. В зависимости от
происхождения и размеров их подразделяют
на две основные группы. Одну из них
составляют зерна первичных минералов,
перешедших в мелкозем из разрушенных
плотных изверженных, метаморфических
или осадочных пород, другую —
тонкодисперсные частицы главным образом
глинистых минералов, которые представляют
собой продукт трансформации первичных
минералов или новообразование в ходе
выветривания и почвообразования.
Первичные минералы составляют 90 — 98 %
массы мелкозема песков (50—80 % суглинков
и 10—12 % глин). Не обладая поглотительной
способностью, первичные минералы
существенно влияют на формирование
ряда свойств почв и даже на их генезис.
Унаследованные (первичные глинистые)
и новообразованные (вторичные) слоистые
алюмосиликатные минералы, в том числе
глинистые, целиком сосредоточены в
тонкодисперсных гранулометрических
фракциях меньше 0,001 мм и представлены
минералами групп: каолинита, гидрослюд,
смектита, монтмориллонита, смешаннослойных
минералов, хлорита, а также минералами
оксидов железа и алюминия, аллофанами,
минералами-солями.
Поскольку основная масса почвы, за
исключением гумуса и органических
остатков, представлена минеральными
частицами, валовой химический состав
почвы в основном определяется составом
и количественным соотношением формирующих
ее минералов.
Химические элементы в почва
Кремний — определяется содержанием в
почве кварца и в меньшей степени первичных
и вторичных силикатов и алюмосиликатов.
Валовое содержание колеблется от 40 до
70 % в глинистых почвах и до 90 — 98 % в
песчаных.
Алюминий — обусловлен присутствием
полевых шпатов, глинистых минералов и
других богатых алюминием первичных
минералов, например слюд, эпидотов,
граната, корунда. Валовое содержание в
почвах обычно колеблется от 1 —2 до 15
—20 %, а в ферраллитных почвах тропиков
и бокситах может превышать 40 %.
Железо — Валовое содержание колеблется
в пределах — от 0,5— 1 %
Кальций — содержание СаО в бескарбонатных
суглинистых почвах составляет 1 — 3 %
Магний — по содержанию близок к кальцию.
Калий — содержание в почвах составляет
2—3 %.
Натрий — содержание в почвах составляет
около 1 — 3 %
Титан, марганец и сера — присутствуют
в почвах в ограниченном количестве.
Углерод, азот, фосфор — важнейшие
органогены. Углерод сосредоточен главным
образом в гумусе, а также в органических
остатках и карбонатах. Азот также связан
с гумусом и наряду с фосфором играет
очень важную роль в плодородии почв. В
почвах, как правило, наблюдается дефицит
фосфора, его валовое количество
незначительно и в основном его содержат
гумус и органические остатки.
Микроэлементы — никель, кобальт, цинк,
медь, свинец, литий и др. — присутствуют
в почвах в небольших количествах. Однако
дефицит или избыток любого из них
негативно отражается на выращиваемых
сельскохозяйственных культурах.
Механический состав— относительное
содержание в почве, горной породе или
искусственной смеси частиц различных
размеров независимо от их химического
или минералогического состава.
Гранулометрический состав является
важным физическим параметром, от которого
зависят многие аспекты существования
и функционирования почвы, в том числе
плодородие.
В почвах и породах могут находиться
частицы диаметром как менее 0,001 мм, так
и более нескольких сантиметров. Для
подробного анализа весь возможный
диапазон размеров делят на участки,
называемые фракциями. Единой
классификации частиц не существует.
В СССР и России была принята несколько
иная классификация Н. А. Качинского.
Шкала Качинского
Граничные значения, мм Название фракции
до 0,001 Ил
0,001—0,005 Мелкая пыль
0,005—0,01 Средняя пыль
0,01—0,05 Крупная пыль
0,05—0,25 Тонкий песок
0,25—0,5 Средний песок
0,5—1 Крупный песок
1 – 3 Гравий
Механический состав определяет почти
все физические и физико — механические
свойства почв.
Знание механического
состава почв и материнских пород важно
для практических целей, так как позволяет
решать вопросы выбора сроков обработки
почвы, внесения удобрений и др.
Минералогический и механический состав почвы
1. Минералогический и механический состав почвы
Минералогический состав почвы
2. Механический состав почвы.
3. Классификация почв по механическому составу.
4. Методы определения механического состава почвы.
1.
2. Минералогический состав почвы
Основную долю вещественного состава рыхлых
почвообразующих пород, образуют минеральные
частицы. В зависимости от происхождения и
размеров их подразделяют на две основные
группы. Одну из них составляют зерна первичных
минералов, перешедших в мелкозем из разрушенных плотных изверженных, метаморфических
или осадочных пород, другую — тонкодисперсные
частицы главным образом глинистых минералов,
которые представляют собой продукт трансформации первичных минералов или
новообразованы в ходе выветривания и
почвообразования.
Унаследованные минералы неслоистой структуры
(первичные минералы) почти полностью
сосредоточены в крупных фракциях, что обусловлено
максимальными пределами их дробления при
механических и температурных воздействиях. В
рыхлых отложениях в составе первичных минералов
доминирует кварц. По сравнению с плотными
магматическими породами они содержат меньше полевых шпатов, пироксенов, амфиболов. Обусловлено
это тем, что рыхлые почвообразующие породы
представляют собой продукт многократного
переотложения и длительного изменения материала
плотных пород, протекающего под действием
химических и биохимических агентов, что и приводит к
относительному накоплению кварца.
Первичные минералы составляют 9098 % массы мелкозема песков (50-80
% суглинков и 10-12 % глин). Не
обладая поглотительной
способностью, первичные минералы
существенно влияют на
формирование ряда свойств почв и
даже на их генезис.
Унаследованные (первичные глинистые) и
новообразованные (вторичные) слоистые
алюмосиликатные минералы, в том числе
глинистые, целиком сосредоточены в
тонкодисперсных гранулометрических
фракциях меньше 0,001 мм и представлены
минералами трупп каолинита, гидрослюд,
смектита, монтмориллонита,
смешаннослойных минералов, хлорита, а
также минералами оксидов железа и
алюминия, атофанами, минераламисолями.
Несмотря на общие для всех
глинистых минералов свойства (слоистое кристаллическое строение,
высокая дисперсность и поглотительная способность) отдельные их
группы могут существенно влиять на
свойства почв.
Минералы группы каолинита —
слоистые алюмосиликаты с жесткой
кристаллической решеткой. Они не
набухают. Содержание каолинита в
почве обычно незначительно за
исключением почв субтропической и
тропической зон, а также почв на
древних корах выветривания. К группе
каолинита относится минерал галлуазит.
Минералы группы гидрослюд — минералы
группы иллита. Они представляют собой
трехслойные алюмосиликаты с нерасширяющейся решеткой. Содержат значительное
количество калия (6-8 % К20), частично
усвояемого растениями. Гидрослюды
широко распространены в осадочных
породах и в разных количествах
присутствуют почти во всех почвах,
особенно в подзолистых и сероземах. К
гидрослюдам близок минерал вермикулит.
Минералы группы смектита — минералы,
характеризующиеся трехслойным строением с
сильно расширяющейся при увлажнении
кристаллической решеткой. Поэтому они
способны поглощать воду и сильно набухать.
Смектиты сильно дисперсны. Минералы этой
группы чаще свойственны почвам, имеющим
нейтральную и слабощелочную реакцию —
черноземного и каштанового типов, солонцам.
Смектита много в слитых почвах и некоторых
почвах ферраллитного состава.
Группа смешаннослойных минералов
— минералы, наиболее
распространенные в почвах
умеренного и холодного гумидного
климата, а также в почвах
арктического пояса, где они на 30-80
% представлены этой группой. К ним
относятся: гидрослюда — монтмориллонит, хлорит — вермикулит,
глинистые минералы группы хлорита.
Минералы гидроксидов железа и
алюминия представлены гематитом и
гетитом из минералов группы железа
и гиббситом, бёмитом из минералов
группы алюминия. Доминируют в
иллювиальных горизонтах
желтоземов, красноземов,
ферраллитных, железистых и
подзолистых почв экваториального
гумидного пояса.
Аллофаны — самостоятельная группа
минералов. Образуются они при
взаимодействии кремнекислоты и
гидрооксидов алюминия,
высвободившихся при разрушении
первичных минералов, а также из
золы растительных остатков. Типичны
для вулканических почв, особенно зон
тропического пояса (андосолей).
Минералы-соли характерны для почв
аридных и семиаридных зон.
Представлены карбонатами -—
кальцитом, доломитом, содой,
гипсом, ангидритом, мирабилитом.
14. Цель работы
изучить различные методы
определения гранулометрического
состава почв.
15. Материалы и оборудование
образцы почвы разного механического
состава,
лупы,
чашки Петри,
стаканы с водой.
19. Классификация почв по механическому составу
Название почв
Содержание физической глины
(частиц с d < 0,01 мм) в %:
подзолистые степные солонцы
почвы
почвы
Песок рыхлый
Песок связный
Супесчаные
Легкосуглинистые
0-5
5-10
10-20
20-30
0-5
5-10
10-20
20-30
0-5
5-10
10-15
15-20
Среднесуглинистые
30-40
30-45
20-30
Тяжелосуглинистые
40-50
45-60
30-40
Легкоглинистые
Среднеглинистые
50-65
65-80
60-75
75-85
40-50
50-65
Тяжелоглинистые
> 80
> 85
> 65
Механический состав является очень
важным свойством почвы, по которому
изучаемая почва относится к той или
иной разновидности.
Определение
механического состава почвы по
горизонтам играет большую роль при
изучении генезиса (происхождения)
почвы, так как механический состав
зависит не только от состава
материнской породы, но и от процессов
почвообразования, происходящих в
почве.
Распределение илистой фракции по профилю
почвы является хорошим показателем наличия
процессов образования вторичных глинистых
минералов (т. е. оглинения почвы). В горизонтах
оглинения увеличивается содержание илистых
частиц по сравнению с их содержанием в
почвообразующей породе, что дает основание
для выделения метаморфических горизонтов в
почвенном профиле. Характер распределения
илистой фракции в почве указывает в некоторой
степени на интенсивность и качественную
направленность процессов почвообразования.
Механический состав почвы является важной
характеристикой, необходимой для определения
производственной ценности почвы, ее
плодородия, способов обработки и т.
д. От
механического состава почвы зависят почти все
физические и физико-механические свойства
почвы: влагоемкость, водопроницаемость,
порозность, воздушный и тепловой режим,
водоподъемная сила и др. В полевых условиях
при определенных навыках механический состав
можно определить и без специального
оборудования, так как почвы различного
механического состава отличаются некоторыми
механическими свойствами, которые нетрудно
определить в поле.
24. Классификация почв по каменистости
Частиц
крупнее 3 мм
в%
< 0,5
0,5-5
5-10
> 10
Степень
каменистости
почвы
Почва
некаменистая
Тип
каменистости
Устанавливается
по характеру
скелетной части
Слабокаменистая Почвы могут быть
Среднекаменистая
валунные,
Сильнокаменистая
галечниковые,
щебенчатые
25. Методы определения механического состава почвы
Методы
Методы определения
механического состава почвы
сухой
мокрый
Механический
состав
Морфология образца
Песок
Шнур не образуется –
Супесь
Зачатки шнура –
Механический
состав
Морфология образца
Легкий
суглинок
Шнур, дробящийся при
раскатывании –
Средний
суглинок
Шнур сплошной, кольцо
распадается при свертывании –
Механический
состав
Тяжелый
суглинок
Глина
Морфология образца
Шнур сплошной, кольцо с
трещинами –
Шнур сплошной, кольцо стойкое –
29.
Глинистые почвы
в сухом состоянии с большим трудом
растираются между пальцами, но в
растертом состоянии ощущается
однородный тонкий порошок.
Во влажном состоянии эти почвы сильно
мажутся, хорошо скатываются в длинный
шнур, из которого легко можно сделать
кольцо.
30. Суглинистые почвы
при растирании в сухом состоянии дают
тонкий порошок, в котором прощупывается
некоторое количество песчаных частиц.
Во влажном состоянии раскатываются в шнур,
который разламывается при сгибании в
кольцо.
Легкий суглинок не дает кольца, а шнур
растрескивается и дробится при
раскатывании.
Тяжелый суглинок дает кольцо с трещинами.
31. Супесчаные почвы
легко растираются между пальцами.
В растертом состоянии явно
преобладают песчаные частицы,
заметные даже на глаз.
Во влажном состоянии образуются
только зачатки шнура.
32. Песчаные почвы
состоят только из песчаных зерен с
небольшой примесью пылеватых и
глинистых частиц.
Почва бесструктурна, не обладает
связностью.
33. Название почвы
дается по данным механического анализа
верхнего горизонта (0-25 см). Например,
дерново-среднеподзолистая, суглинистая или
чернозем южный, глинистый и т. д.
Если наблюдается резкое различие
механического состава верхнего и нижнего
горизонтов, то это обстоятельство должно
отразиться и в названии почвы. Например,
дерново-луговая, тяжелосуглинистая почва
на песчаных отложениях или дерновосильноподзолистая суглинистая почва на
супесчаных наносах и т. д.
Дальнейшее подразделение почв по
механическому составу производится на
основании соотношений фракций песка (>0,05
мм), пыли (0,05-0,001 мм), ила (<0,001 мм),
название преобладающей фракции ставится в
конце.
Например, чернозем легкоглинистый,
пылевато-иловатый означает, что физической
глины (частиц <0,01 мм) в верхнем горизонте
почвы содержится от 60 до 75%, а в ней по
содержанию на первом месте стоит ил, а на
втором — пыль.
Почвенные минералы и питание растений
Brady, N.C. &
Weil, RR Природа и свойства почвы, 14-е изд. Верхнее седло
Ривер, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2008.
Churchman, JC & Lowe. Д.
J. Изменение, образование и появление минералов в почвах. В Справочник по почвоведению — Свойства и
Процессы , ред. Хуанг, П. М., Ли, Ю. и Самнер, М. Э. (Бока-Ратон: CRC
Пресс, 2012) 20-1-20-72.
Essington, ME Химия почвы и воды: интегративный
Подход , 1-е изд. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 2004.
Гиндер-Фогель, М.
и Спаркс, Д.Л. Влияние рентгеновской абсорбционной спектроскопии на
понимание почвенных процессов и механизмов реакции. В Синхротронные методы в почвах и отложениях , ред. Сингх, Б.
и Грефе М. (Берлингтон: Elsevier 2010) 1–26.
Гольдич С. С. Исследование в
каменное выветривание. Журнал геологии 46, 17-58 (1938).
Хавлин, Дж. Л. и др. Плодородие почвы и удобрения: введение в управление питательными веществами ,
7-е изд.
Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2005.
Клейн, К. и
Hurlbut Jr., CS Руководство по минералогии
(По Джеймсу Д. Дане), , 21-е исправленное изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley, 1999.
Лапидус, Д. Ф. Геологический словарь Коллинза , Лондон,
Англия: HarperCollins, 1990.
Lehmann, J. et al. Сохранение в недрах органических и
неорганический азот в бразильской саванне Oxisol. Использование и управление почвой 20,
163-172 (2004). doi: 10.1111/j.1475-2743.2004.tb00352.x.
Нидер, Р.,
Бенби, Д.К. и Шерер, Х.В. Фиксация и дефиксация аммония в почвах:
Обзор. Биология и плодородие почв
47, 1-14 (2011). дои:
10.1007/s00374-010-0506-4.
Нёрмик Х. и Вахтрас К.
Удержание и фиксация аммония в почвах. В Азот в сельскохозяйственных почвах , изд. Стивенсон, Ф.Дж. (Мэдисон:
Американец Сок Агрон, 19 лет82) 123-171.
Парих, ул.
SJ & James, BR Почва: основа сельского хозяйства. Знание природы 3(10), 2 (2012).
Расия В. и Армор Дж. Д.
Накопление нитратов под посевами в Ferrosols крайнего севера Квинсленда
влажные тропики. Австралийский журнал почв
Исследование 39, 329-341 (2001).
дои: дои: 10.1071/SR99133.
Спаркс, Д. Л. Экологическая химия почв , 2-е изд.
Сан-Диего, Калифорния: Academic Press, 2003.
Спаркс, Д. Л. и Хуанг, П. М.
Физическая химия почвенного калия. В калий
в сельском хозяйстве , изд. Мансон, Р. Д. (Мэдисон: Американское общество
Agronomy, Inc., Американское общество растениеводства, Inc. и Общество почвоведов
of America, Inc., 1985) 201-276.
Стивенсон Ф.Дж.
& Коул, Массачусетс Циклы почвы: углерод,
Азот, фосфор, сера, микроэлементы , 2-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley,
1999.
Су К. и Суарес
Д.Л. Координация адсорбированного бора: ИК-Фурье-спектроскопическое исследование. Экологические науки и технологии 29, 302-311 (1995). дои:
10.1021/es00002a005.
Томпсон, А. и Гойн, К.
В.
Введение в сорбцию химических компонентов в почвах. Знания о естественном образовании 4(4), 7 (2012).
Уилсон, М.
J. Процессы, продукты и процессы выветривания первичных породообразующих минералов
ставки. Глинистые минералы 39, 233-66 (2004). doi: http://dx.doi.org/10.1180/0009855043930133.
Минералогия | Почвы 4 Учителя
Когда земля формировалась, было создано несколько разных пород. Внутри этих пород находится множество различных минералов. Когда эти породы разрушаются, некоторые из этих минералов разрушаются и образуют почвы. Почвы изначально состоят из горных пород, и их химические и физические свойства имитируют эти горные породы. Поскольку эти минералы мелкие, они преобладают в глинистой части почвы. Эта характеристика почвенных минералов определяет химические свойства почвы и ее плодородие.
Как скалы превращаются в почву? Сколько лет этой почве? Какова кристаллическая структура частиц в почве? Какие виды почвенных глин существуют? Как эти глины влияют на химические и плодородные свойства почвы? Вот несколько примеров вопросов, которые мог бы задать почвенный минералог.
Минералогия почвы тесно связана с химическим составом и плодородием почвы.
Различные минералы и глинистые минералы в почве
Минеральная часть почвы состоит из многих типов минералов. Первичный минерал происходит непосредственно из горной породы: например, пирит (золото дураков). Список минералов и горных пород можно найти здесь. Эти минералы распадаются на различные типы глинистых минералов. Посмотреть анимацию разрушения первичных минералов можно здесь. Все эти различные типы материалов обладают разной способностью удерживать различные питательные вещества и химические вещества.
Существует несколько различных типов глинистых минералов, которые образуются из первичных минералов. Глинистые минералы, которые старше и более выветрены, удерживают меньше питательных веществ. Некоторые молодые почвы очень активны, и это материалы, вызывающие их усадку и набухание. Эти материалы представляют собой глины с высокой активностью, и эти почвы обладают способностью удерживать много питательных веществ.
В более молодых почвах глинистые минералы являются новыми. В хорошо выветренных почвах некоторые минералы, такие как гибзит, гематит и анатаз, образуют оксиды. Эти оксиды являются металлами, оставшимися в результате интенсивного выветривания, имеют очень низкую емкость катионного обмена и не могут удерживать многие питательные вещества почвы. Чтобы увидеть цикл того, какие питательные вещества удаляются в какое время, нажмите здесь.
Кристаллическая структура почвы
Глинистые минералы содержат различные строительные блоки. Некоторые из них имеют тетраэдрическую форму, представляющую собой многогранник в форме пирамиды, состоящий из четырех треугольных граней, по три из которых сходятся в каждой вершине. У них есть кремний посередине и четыре кислорода в каждом углу. Они образуют листы слоев с октаэдром, который имеет 8 разных граней.
Различные катионы в октаэдре делают каждую глину уникальной и окруженной 6 различными молекулами кислорода или гидроксида.