Образование и развитие почв

Если физическое выветривание значительно уменьшает размер частиц, то химическое выветривание (растворение) полностью растворяет минералы или изменяет их химическое строение.

Растворение минерала начинается с того, что катионы, анионы и нейтральные молекулы воды образуют водяную оболочку (гидратация). Она и является причиной набухания выветренных мелкодисперсных почв (например глины) и их разрыхления (рисунок Д). Трудно растворимые ионы заменяются на легко замещаемые.

Сначала минерал обедняется Na, Са и Мд, затем К и, наконец, Si и Mh. Среди анионов хлорид (СГ) вымывается легче, чем сульфат (SO₄^2-). Так как ионы Н + претендуют на свою позицию среди ионов металлов, кислые растворы способствуют более сильному выветриванию. СO₂ из воздуха, корней и подпочвенных организмов постоянно растворяется в воде с образованием угольной кислоты:

Н₂СО₃ + Н₂О ⇒ Н⁺ + НСО₃^- + Н₂О.

Например, труднорастворимый доломит реагирует с углекислотой, превращаясь в легкорастворимые гидрокарбонаты:

CaMg(CO₃)₂ + 2Н₂СО₃ ⇒ Са(НСО₃)₂ + Mg (НСО₃)₂

Ионы Н+ замещают ионы металла и Si в силикатах, а также С — в карбонатах. Если, например, в калиевом полевом шпате (KAISi₃O₈) калий замещается ионами Н+, то высвободившийся калий может прореагировать с ОН ионами до образования едкого калия — КОН или в виде К+ поступать в корни растений; при движении воды в почве КОН и К+ вымываются (рисунок Д). Поверхность минерала становится неустойчивой и начинает разрушаться под действием накапливающейся воды с образованием кремниевой кислоты и оксида AI, растворимых преимущественно в гелеобразном виде (почвенные коллоиды).

Почвенные коллоиды

Почвенные коллоиды могут кристаллизоваться при поступлении воды и образовывать вторичные глинистые минералы (имеется в виду каолинит). Минералы, содержащие Fe (П), после растворения и вымывания силикатов образуют красно-бурый оксид железа (Fe(OH)₃), обусловливающий так называемое побурение почв. Особенно в условиях высоких температур и большой влажности, например во влажных тропиках, Si интенсивно вымывается (десилификация) и оксиды Fe, А1, а также их гидроксиды накапливаются наряду с каолинитами.

Типы почв классифицируют

Типы почв классифицируют по содержанию частиц различные дисперсности (рисунок Б). Различают тонкодисперсную глину с величиной зерна < 2 мкм, тонкозернистый песок (ил) с частицами 2 — 63 мкм, песок — от 63 мкм до 2 мм, крупные камни и гравий (окатанные камешки). Тонкозернистые (мелкодисперсные) почвы имеют в своем составе фракции < 2 мм, основа почв > 2 мм. Тип почвы можно определить по внешнему виду и на ощупь (рисунок Г). Влажная проба почвы мнется пальцами до тех пор, пока не исчезнет блеск, свидетельствующий о наличии избыточной воды.

Глина

Глина — вязкая, липкая, формуемая; тонкозернистый песок (ил) имеет бархатисто муко подобную структуру, он не вязкий, но остается в морщинках кожи пальцев; песок — не слипается, отдельные частицы видны невооруженным глазом. Поскольку почвы редко встречаются в чистом виде, согласно данной классификации, указывают основное гранулометрическому составу название почвы с добавлением дополнительной характеристики, например глина с илом (иТ, рисунок Б).

Обычная глина состоит из трех компонентов:

песка,
тонкозернистого песка,
тонкодисперсной глины (ила) приблизительно в равной степени.

При точном гранулометрическом анализе в лаборатории (ситовой метод или метод падения взвеси в воде) для характеристики типа почвы используют треугольную диаграмму (рисунок В). Лёсс — выветренный из лишенных растительности сухих промерзлых почв ледникового периода, развеянный вблизи ледников и отложившийся в лесных предгорьях осадок (седимент) состоит на 70 — 80% из зерен алевритовой размерности и представлен обширным пятном на треугольной диаграмме. Гумус — органическая субстанция из отмершего растительного и животного материала, которая накапливается в почве (подстилка) и превращается в иные органические вещества (продукты перетирания — гуминовые вещества).

Живые организмы, почвенная флора и фауна (эдафон) к нему не относятся.

Разложение органических субстанций начинается только после отмирания частей растений (листья, иглы, ветви, корни), почвенных животных или микроорганизмов. Затем ферменты (энзимы) клеточных тканей разлагают вещества, присутствующие в тканях, на отдельные части, которые могут измельчаться и поедаться животными, обитающими в почве (макро- и мезофауна). При этом поверхность материала значительно увеличивается и энзимы микроорганизмов (микрофауна) расширяют площадь своего действия органическая субстанция большей частью полностью разлагается до оксида углерода (СО₂), воды, аммиака (NH₃), фосфата (PO₄^3-), К⁺, Са²⁺ (минерализация) и т. д., а затем из промежуточных и конечных продуктов возникают новые присущие почве органические субстанции — гумины (гумификация).

В гумусе содержатся фульвокислоты, гуминовые кислоты и нерастворимые гумины от желтого до желто-коричневого цвета. Благодаря выделению гидроксида калия фульвокислоты разлагаются на различные соединения с молекулярной массой (ММ) до 9000. Они могут растворять оксиды Fe и связывать комплексы ионов металла. Гуминовые кислоты выделяются из щелочного экстракта почвы при воздействии на него сильными кислотами. Крупные молекулы (ММ до 100 000) хуже растворяются в воде (коллоиды) и в процентном отношении содержат меньше карбоксильных (— СООН) и фенольных ОН - групп, чем фульвокислоты.

Почвенные горизонты и эволюция почв

Всё, что упало на почву (опад), интенсивно перемешивается с частичками почвы (например, с глинистыми минералами), в основном, дождевыми червями.

Темные высокомолекулярные органических соединения (гуминовые вещества), трудноразлагаемые, накапливаются и окрашивают верхние слои почвы в бурый до черного цвет. Они состоят из 5 — 6 колец ароматических углеводородов, соединенны одно с другим разными мостиками (—О—, —NH—, —N—, —СН2—, —S—), и несут разные функциональные группы; в них установлено наличие фенольных гидроксилов (—ОН), карбоксильных (—С ООН) и карбонильных групп (—НСО), Как и углекислота, карбоксильная группа отдает ионы Н ' воде и повышает кислотность гумуса.

Многие из крупных молекул, особенно карбоксильные и аминогруппы, слипаются на поверхности глинистых минералов, образуя глинисто-гумусовые комплексы.