Что такое структура почвы: СТРУКТУРА ПОЧВЫ • Большая российская энциклопедия — ИНВЕСТИЦИОННЫЙ ПОРТАЛ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

22.07.2021

Содержание

СТРУКТУРА ПОЧВЫ • Большая российская энциклопедия

В книжной версии
Том 31. Москва, 2016, стр. 339
Скопировать библиографическую ссылку:

Авторы: П. В. Мещеряков

СТРУКТУ́РА ПО́ЧВЫ, совокупность разл. по форме и размерам водопрочных почвенных агрегатов, на которые естественно распадается почва. Каждый агрегат состоит из гранулометрич. элементов, связанных гумусом, корнями растений и др. в макро- и микроагрегаты.

Формируется С. п. при участии почвенных животных, подземных органов растений (преим. травянистых), физич. процессов (напр., попеременное увлажнение и иссушение), приводящих к слипанию гранулометрич. элементов, и химич. процессов, обусловливающих склеивание и цементацию. В зависимости от размера почвенных отдельностей С. п. может быть глыбистой (агрегаты 5–10 см и более), комковато-зернистой (10–0,25 мм) и пылеватой (0,25–0,001 мм). Агрономически ценной является комковато-зернистая С. п. По размерам агрегатов и характеру их поверхности различают 3 осн. типа С. п.: кубовидную, призмовидную, плитовидную. С агрономич. точки зрения бывают истинные агрегаты (с большой пористостью и водопрочностью) и псевдоагрегаты, а почвы делят – на структурные и бесструктурные. Большую роль в формировании структуры пахотных почв оказывают системы механич.

обработок и внесения удобрений, тип севооборота и орошение. Способность почвенной массы распадаться на агрегаты называется её структурностью.

Структурный состав почвы

Капиллярность — Капиллярная вода – это вода, способная подняться в верхние слои почвы по мелким порам путем связывания молекул воды в порах (адгезии), но также и путем сближения молекул воды (когезия). Илистые почвы обладают высокой капиллярностью, сочетая в себе большую глубину подъема и высокую скорость капиллярного движения

Катионы — Положительно заряженные ионы в почве, такие как: калий, кальций, магний

Коллоид — Коллоиды являются лучшими структурными единицами почвы, со средним диаметром менее 0,0002 мм. Коллоиды включают в себя некоторые органические вещества и настоящую глину

Минеральные частицы — Почвенные минеральные частицы представляют мельчайшие неорганические включения, которые были сформированы в месте разрушения климатическими факторами различных минерально-песчаных пород или были туда занесены, к примеру, ледниками. Свойства почвы сильно зависят от размера частиц, составляющих ее, в соответствии с Таблицей «Соотношение частиц по распространенности»

Поры — Почвенные поры – это пустоты, ходы и трещины в почве, которые заполняются либо водой, либо воздухом в зависимости от текущего содержания влаги в земле.

Почвенная фауна — Земляные черви, мокрицы, ногохвостки, многоножки, клещи – животные, открывающие путь бактериям и грибам, путем деления на части и измельчения растений в их ротовой полости, желудке и кишечнике

Удельная площадь — Общая площадь поверхности частиц, выражаемая в квадратных метрах на 1 грамм сухой почвы. Это понятие является важной характеристикой, показывающей среднее количество питательных веществ, которое почва может отдать при выветривании и, наоборот, связать со своей поверхностью

Структура Почвенная структура определяется соотношением классов с разным диаметром, в частности относительные пропорции песка, ила и глины, в соответствии с Таблицей «Соотношение частиц по распространенности»

Структура почвы

Почва– это слой вещества, лежащий поверх горных пород земной коры, особое природное образование, играющее очень важную роль в наземных экосистемах. Почва является связующим звеном между биотическим и абиотическим факторами биогеоценоза.

В состав почвы входят четыре важнейших компонента:

минеральная основа (50–60 % от общего объёма)

органическое вещество (до 10 %)

воздух (15–25 %)

вода (25–35 %)

Почвы состоят из частиц различного размера, начиная от крупных валунов и заканчивая мелким грунтом (частицы мельче 2 мм в диаметре) и коллоидными частицами (< 1 мкм). Обычно частицы, составляющие почву, делят на глину (мельче 0,002 мм в диаметре), ил (0,002–0,02 мм), песок (0,02–2,0 мм) и гравий (больше 2 мм). Механическая структура почвы имеет очень важное значение для сельского хозяйства, определяет усилия, требуемые для обработки почвы, необходимое количество поливов и т. п. Хорошие почвы содержат примерно одинаковое количество песка и глины; они называются суглинками. Преобладание песка делает почву более рассыпчатой и лёгкой для обработки; с другой стороны, в ней хуже удерживается вода и питательные вещества. Глинистые почвы плохо дренируются, являются сырыми и клейкими, но зато содержат много питательных веществ и не выщелачиваются. Каменистость почвы (наличие крупных частиц) влияет на износ сельскохозяйственных орудий.

По химическому составу минеральной компоненты почва состоит из песка и алеврита (формы кварца (кремнезёма) SiO2 с добавками силикатов (Al4(SiO4)3, Fe4(SiO4)3, Fe2SiO4) и глинистых минералов (кристаллические соединения силикатов и гидроксида алюминия)).

Типичный почвенный профиль.

Органические вещества в почве образуются из остатков растений и животных. Важную роль в процессе разложения играют сапрофиты. В результате образуется аморфная масса – гумус – тёмно-коричневого или чёрного цвета. Химический состав гумуса – фенольные соединения, карбоновые кислоты, эфиры жирных кислот. В почве частицы гумуса прилипают к глине, образуя единый комплекс. Гумус улучшает свойства почвы, повышая ее способность удерживать влагу и растворённые минеральные вещества.

В болотистых почвах образование гумуса идёт очень медленно. Органические остатки спрессовываются здесь в торф.

Некоторые химические элементы (азот, фосфор, сера) в процессе разложения переходят из органических соединений в неорганические. Происходит так называемый процесс минерализации вещества.

Воздух и вода удерживаются в почве в промежутках между её частицами. Часть воды просачивается сквозь почву, образуя грунтовые воды; остальная вода остаётся в почве благодаря силам поверхностного натяжения либо адсорбируется на поверхностях кристаллов кварца или глины.

Почва образуется из горной породы в результате выветривания и деятельности живых организмов. Суточные температурные колебания приводят к расширению и сжатию горных пород. Неравномерное расширение ведёт к их постепенному разрушению. Вода, просачиваясь в трещины, при замерзании создаёт огромное давление, что также способствует разрушению породы. Перемещаемые водой и ветром частицы вызывают эрозию. Наконец, выветривание вызывается вымыванием из горной породы различных химических веществ водой.

Важным фактором, определяющим образование почвы, является рельеф местности.

Единая международная классификация почв пока ещё не разработана. Почвы одного типа обычно образуют широтные зоны, вытянутые вдоль областей с одинаковым увлажнением и среднегодовой температурой. В горах чётко прослеживается высотная зональность почв.

читайте свойства почвы…

Структура почвы

Главная
Статьи
Уход за садом
Структура почвы

Основу любой почвы составляют твердые компоненты. Их массовая доля в почве доходит до 70%. Именно эти компоненты определяют механический состав почв, и поэтому их часто называют механическими элементами.

Механические элементы могут находиться в свободном состоянии и в виде агрегатов. Агрегаты имеют разную форму массу и состав. Одинаковые по размеру элементы формируют фракции. В российской сельскохозяйственной науке, практике и ландшафтном дизайне используют классификацию фракций по Качинскому:

Камни
Гравий
Крупный песок
Средний песок
Мелкий песок
Крупная пыль
Средняя пыль
Мелкая пыль
Грубый ил
Тонкий ил.

Простому садоводу-любителю такая точная классификация не нужна: обычно фракции делят на физический песок (частицы размер более 0,01 мм) и физическую глину (частицы размером менее 0,01 мм). Зато садоводу важно понимать, что разные фракции имеют разный состав и по-разному влияют на свойства почвы.

Камни

Самые крупные частицы – камни – считаются нежелательными. Они не только осложняют обработку почвы, но и мешают росту растений. Самые крупные камни обычно удаляют, с остальными приходится мириться. Впрочем, в средней полосе России по-настоящему каменистые почвы встречаются нечасто.

Гравий

Высокое содержание гравия также считается нежелательным. Гравий не мешает росту растений и не осложняет обработку почвы, но он не способен к набуханию и имеет крайне низкую влагоемкость. Вода в почвах с высоким содержанием гравия просто «проваливается» в нижние слои. Кроме того, гравий не способен формировать почвенные капилляры, по которым вода может подниматься вверх. Все это создает сложности для любого земледелия.

Песок

Песок, как и гравий, не набухает и плохо удерживает воду, но зато он способен формировать капилляры. Почвы с высоким содержанием песка имеют приемлемый водный и воздушный режим: на них можно успешно заниматься и цветоводством, и любительским садоводством. Обычно такие почвы бедны гумусом, и поэтому для успешного выращивания многих растений необходимо регулярно вносить органические удобрения.

Пыль

Крупная пыль по своим свойствам очень похожа на песок: она не набухает, имеет невысокую влагоемкость, может формировать почвенные капилляры и обладает сравнительно высокой воздухопроницаемостью.

Средняя пыль имеет высокую пластичность и низкую водопроницаемость, она не формирует почвенные комки. Почвы с высоким содержанием крупной и средней пыли склонны к чрезмерному уплотнению и оплыванию. Не набухает, сравнительно бедна гумусом.

Мелкая пыль разительно отличается от более крупных фракций. Она содержит много гумуса, легко набухает, не пропускает воздух, склонна к образованию структур. Почва с высоким содержанием мелкой пыли удерживает большое количество воды: при намокании она становится очень тяжелой, плотной и липкой. Это именно то, что в обиходе называют глиной. Высыхая, такая почва образует многочисленные трещины.

Ил

Ил – самая мелкая фракция, оказывающая очень большое влияние на плодородие почвы. Илистая фракция играет главную роль в образовании почвенных агрегатов, содержит много гумуса и элементов питания растений, поглощает и удерживает большое количество воды.

Специалисты компании ПозитивПроект напоминают, что у ила есть возможность участвовать в формировании почвенных структур. Частицы ила, поглощая воду, набухают и приобретают способность склеивать другие частицы в агрегаты. Именно так формируется структура почвы. Хорошо структурированная почва характеризуется благоприятными для растений физическими свойствами. Почва, в которой ил не образует структуры, имеет неблагоприятные свойства.

Гранулометрический состав почвы

Очевидно, что не бывает почв, которые состояли бы только из элементов одной фракции. Практически всегда в почве присутствуют все фракции элементов: именно их соотношение и определяет свойства почвы.

В России принято использовать классификацию почв по Качинскому. В ее основе лежит соотношение фракций физического песка и физической глины (см. выше).

Название почвы по грануло- метрическому составу	Содержание физической глины в процентах			Содержание физического песка в процентах
		Степные, красноземы и желтоземы	Сильно- солонцеватые и солонцы		Степные, красноземы и желтоземы	Сильно- солонцеватые и солонцы
Глинистые почвы:
-тяжелосуглинистая	более 80	более 85	более 65	менее 20	менее 15	менее 35
-среднесуглинистая	65-80	75-85	50-65	30-20	25-15	50-35
-легкоглинистая	55-65	60-75	40-50	50-35	40-25	60-50
Суглинистые почвы:
-тяжелосуглинистая	40-50	45-60	30-40	60-50	55-40	70-50
-среднесуглинистая	30-40	30-45	20-30	70-60	70-55	80-70
-легкосуглинистая	20-30	20-30	15-20	80-70	80-70	85-80
Супесчаные почвы	10-20	10-20	10-15	90-80	90-80	90-85
Песчаные почвы:
-связно-песчаная	5-10	5-10	5-10	95-90	95-90	95-90
-рыхло-супесчаная	0-5	0-5	0-5	100-95	100-95	100-95

Характеризуя почву полностью, к названию из таблицы добавляют название преобладающей фракции – например, дерново-подзолистая крупнопылеватая. Впрочем, такие тонкости любителю не нужны совершенно – разве что придется столкнуться с очень серьезной литературой по садоводству.

Обратите внимание на важный момент: чем выше способность почвы к образованию агрегатов, тем меньше проявляются глинистые свойства почвы при равном содержании фракций физической глины. Способность к образованию структур, в свою очередь, определяется содержанием гумуса и минералогическим составом. Так, в высокогумусированных подзолистых почвах глинистые свойства проявляются намного слабее, чем в солончаках. В этом смысле ландшафтным дизайнерам, работающим в средней полосе России, повезло, а жителям черноземных областей повезло еще больше.

Как влияет гранулометрический состав почвы на ее свойства?

Гранулометрический состав почвы оказывает существенное влияние на:

накопление органических и минеральных питательных веществ;
поглотительную способность;
водный режим;
воздушный режим;
тепловой режим;
простоту обработки;

Песчаные и супесчаные почвы

Песчаные и супесчаные почвы легко обрабатываются, быстро прогреваются и имеют благоприятный воздушный режим. Растения на таких почвах редко болеют корневыми гнилями и некоторыми другими болезнями, для развития которых нужен избыток влаги.

К недостаткам песчаных почв относят низкую влагоемкость, низкое содержание гумуса и питательных элементов, а также подверженность ветровой эрозии. Если почва вашего участка имеет такой гранулометрический состав, то вам или специалистам по ландшафтному дизайну придется позаботиться о частом поливе и регулярном внесении органических и минеральных удобрений.

Тяжелосуглинистые и глинистые почвы

Почвы с высоким содержанием физической глины имеют высокую влагоемкость, они богаты гумусом и питательными веществами. Если такие почвы хорошо структурированы, их можно считать плодородными, хотя и сложными для обработки. Бесструктурные тяжелые почвы создают неблагоприятные для растений условия: они оплывают, быстро создают почвенную корку и практически не содержат воздуха.

К сожалению, в средней полосе России редко встречаются хорошо структурированные почвы: они преобладают в степных районах. Поэтому для условий Московской и прилегающих областей лучшими почвами будут легкосуглинистые. Обычно они содержат достаточное количество гумуса и минеральных питательных веществ, хорошо удерживают влагу, но при этом не оплывают и имеют благоприятные для развития большинства растений воздушный и температурный режимы.

Можно ли улучшить гранулометрический состав почвы?

Гранулометрический состав достаточно устойчив и во многом определяется характером почвообразующей породы и типом почвообразовательного процесса. Вместе с тем регулярная и правильная обработка почвы способна со временем улучшать ее структуру. Кроме того, для улучшения гранулометрического состава песчаных почв на небольших площадях можно использовать глинование (добавление глины), а для улучшения состава тяжелых глинистых почв – пескование с одновременным внесением значительных доз органических удобрений.

Наша компания по ландшафтному дизайну, имея в своем штате дипломированных почвоведов, способна провести работы по определению вида и структуры почвы на вашем земельном участке и выдать необходимые рекомендации по ее улучшению. Данные рекомендации необходимы для качественного проведения работ по озеленению вашего участка, посадке деревьев и кустарников.

Структура почвы и факторы, изменяющие ее при орошении Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 631.434:631.67 Л. А. Воеводина

Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации, Новочеркасск, Российская Федерация

СТРУКТУРА ПОЧВЫ И ФАКТОРЫ, ИЗМЕНЯЮЩИЕ ЕЕ ПРИ ОРОШЕНИИ

В результате анализа литературных источников выявлены наиболее важные для орошения характеристики структуры почвы. Структура проявляется в почвах, более тяжелых по гранулометрическому составу, чем легкосуглинистые. Наиболее благоприятными для продуктивности растений являются агрегаты почвы размером 2-3 мм. Важно наличие в агрегатах пор размером от 0,1 до 30 мкм, в которых создаются условия для сохранения доступной влаги для роста корней и жизнедеятельности бактерий. Одним из показателей качества структуры является водоустойчивость агрегатов, обусловленная цементацией механических элементов свежеосажденным органическим веществом. В настоящее время отсутствует теория механизма образования структуры. Одной из гипотез является гипотеза влияния амфифильности органического вещества на агрегатообразование. Водоустойчивость агрегатов особенно важна для орошаемых почв ввиду того, что любой способ орошения имеет определенное отрицательное влияние на структуру почвы, которое проявляется в химическом и физическом воздействии воды, поступающей в почву. Химическое воздействие в основном обусловлено катио-но-анионным составом воды и может быть охарактеризовано через показатели натрие-во-адсорбционного отношения и удельной электропроводности. Почвы тяжелого гранулометрического состава, содержащие глинистые минералы с высокой долей смектита (монтмориллонита), должны поливаться водой с минимальным содержанием натрия. Физическое воздействие воды связано со скоростью ее распространения в почве: высокие скорости отрицательно влияют на структуру почвы и способствуют ее разрушению. В связи с этим для сохранения структуры предпочтительным является медленное поступление воды в почву, что проявляется в ограничении скорости потока в поливной борозде до 0,15 м/с, скорости падения капель до 4 м/с при их диаметре от 0,4 до 1,0 мм, интенсивности водоподачи до значения, сопоставимого со скоростью впитывания.

Ключевые слова: структура почвы, водоустойчивость, органическое вещество, амфифильность, орошение, качество воды, поверхностный полив, дождевание, капельное орошение.

L. A. Voyevodina

Russian Research Institute of Land Improvement Problems, Novocherkassk, Russian Federation

SOIL STRUCTURE AND THE FACTORS CHANGING IT AT IRRIGATION

Literature analysis revealed the most important characteristics of soil structure for irrigation. Soil structure is appeared in soils which have texture heavier than sandy loam. The aggregates by the size 2-3 mm are the most favorable for crop productivity. It is important that aggregates have pores which size is from 0.1 to 30 micrometers. In these pores the conditions for preserving available moisture for root growing and bacteria activity are created. One of the indices of soil structure quality is aggregate water stability due to cementation of tex-

ture fractions by recently precipitated organic matter. At the present time, there is no the theory of formation mechanism of soil structure. Among the existing hypotheses there is the hypothesis of the influence of amphiphilicity of organic matter on aggregate formation. Aggregate water stability is the most important for irrigated soils because any irrigation method has some negative effect on soil structure which appears in the chemical and physical impact of water entering soil. Chemical impact mainly caused by cation-anion composition of water and can be characterized through such indices as SAR (sodium absorption ratio) and EC (electrical conductivity). Fine texture soils which contain clay minerals with high ratio of smectite (montmorillonite) should be irrigated by water with minimal content of sodium. Physical impact of water is related to the rate of its distribution in soil. High rates have negative effect on soil structure and facilitate its destruction. Thereby, slow entering of water into soil is preferable for soil structure preserving which is manifested in speed limit of water flow in irrigation furrow to 0.15 m/sec, raindrop fall speed to 4 m/sec at mean diameter 0.4 to 1.0 mm, intensity of water discharge to a value comparable to the absorption rate of the soil.

Keywords: soil structure, water stability, organic matter, amphiphilicity, irrigation, water quality, surface irrigation, sprinkling, drip irrigation.

Согласно ГОСТ 27593-881 под структурой почвы понимается физическое строение ее твердой части и порового пространства, обусловленное размером, формой, количественным соотношением, характером взаимосвязи и расположением как механических элементов, так и состоящих из них агрегатов. Структура проявляется только в почвах, содержащих достаточное количество мелких частиц. Так, почвы с преобладанием песчаной фракции не являются структурными, их называют бесструктурными, или неагрегированными. Структура почвы начинает проявляться лишь в легкосуглинистых почвах, доходя до максимума в глинистых почвах [1]. В почвах встречаются следующие агрегаты, различные по форме и размеру: комки, глыбы — свойственны пашням, пахотному слою, порошистые, зернистые, ореховатые, крупноореховатые, призмовидные, столбчатые, плитчатые чешуйчатые и др. [2]. Кроме того, в почвах встречаются такие структурные элементы, как новообразования (ортштейны, карбонатные стяжения). В суглинистых и более тяжелых почвах преобладают микроагрегаты размером 0,25-0,10 мм [3].

Для сельскохозяйственного производства важно наличие агрономически ценной структуры почвы, которая характеризуется преоблада-

1 ГОСТ 27593-88. Почвы. Термины и определения. — Введ. 1988-02-23. — М.: Стандартинформ, 2006. — 10 с.

нием в составе почвы мезоагрегатов, т. е. агрегатов размером от 0,25 до 7 (10) мм [1]. В начале 20-го в. было установлено, что наивысшие урожаи получали, если почва состояла из агрегатов размером 2-3 мм. Также слой агрегатов этого размера на поверхности способствовал уменьшению испарения по сравнению с распыленной почвой [4]. А. А. Роде и Д. В. Федоровский [5] считали, что для мощных черноземов ЦентральноЧерноземной полосы мелкокомковатая зернистая структура с зернами 1-5 мм наиболее благоприятна для водного, воздушного и пищевого режимов, роста корневых систем растений.

Почва, состоящая из агрегатов меньше 0,25 мм, обнаруживает свойства бесструктурной: она медленно пропускает воду и быстро высыхает, т. е. плохо запасает воду, неэффективно использует выпадающие осадки, подвержена водной и ветровой эрозии. Будучи увлажненной, она содержит мало воздуха. Температурные колебания в такой почве более резкие, чем в структурной [1, 3, 4, 6, 7].

Той или иной структурой почвы обусловливаются до известной степени ее водные, воздушные и тепловые свойства, особенно водопроницаемость, влагоемкость и водопроводимость [8]. Структурной почве присуще сбалансированное содержание воздуха и воды. Так, при влажности на уровне наименьшей влагоемкости соотношение воды и воздуха в процентах составляет 60 : 40, что соответствует оптимальным условиям для развития корневых систем растений, почвообитающих животных, аэробных микроорганизмов в межагрегатной среде и на поверхности агрегатов и анаэробных форм в массе самих агрегатов [1].

Содержание воздуха и воды и доступность их для растений и микроорганизмов во многом определяются наличием пор различного размера. В таблице 1 представлена информация о размере пор и их значении для сохранения влаги и жизнедеятельности организмов. Влага, доступная для растений, содержится в порах размером 0,1-30 мкм, в основном это

мезопоры, согласно таблице 1, составленной на основе данных T. J. Marshall и J. W. Holmes [9, 10].

Таблица 1 — Размеры пор и их значение для сохранения влаги и

жизнедеятельности организмов

Поры Размер пор Возможность роста корней Отношение к влаге Примечание

мм мкм молекул воды

Макропоры 10 10000 30000000 + Быстро освобождаются от воды

1 1000 3000000 +

0,1 100 300000 +

Мезопоры 0,01 10 30000 + Способны сохранять влагу

0,001 1 3000 + Наименьшие поры для бактерий

Микропоры 0,0001 0,1 300 +

0,00001 0,01 30 Влага недоступна для растений Заполнены водой постоянно Стенки пор — ка-тионно-обменные поверхности

0,000001 0,001 3

При оценке структурного состояния важно, чтобы агрегаты были водопрочными, долговечно устойчивыми. П. В. Вершинин различал истинную и условную водопрочность. Так, истинная водопрочность измерялась при быстром погружении агрегатов в воду, а условная определялась при погружении в воду капиллярно-насыщенных агрегатов, при этом условная водопрочность всегда была выше [4]. На основе этого явления можно заключить, что при медленном насыщении влагой структура почвы сохраняется лучше.

В. Р. Вильямс выделял два свойства почвенных агрегатов: связность и прочность. Под связностью понимается способность агрегата противостоять механической силе воздействия, она зависит от количества иловатых и особенно коллоидных частиц. Прочность — способность агрегата длительно противостоять размывающему действию воды, она зависит только от качества перегноя и обусловлена цементацией механических элементов свежеосажденным перегноем. Водопрочность почвенных агре-

гатов обусловлена различной природой «клеящих» веществ, участвующих в структурообразовании, их связью с механическими элементами [6]. Почвенный агрегат может быть связным, но непрочным. Так, комочек глины трудно разрушить рукой, но в воде он быстро распадается на составляющие его механические элементы.

Агрономически ценной считается водопрочная с высокой порозно-стью структура. Однако если водопрочность обусловлена водонепроницаемостью агрегатов, связанной с наличием в основном тонких неактивных пор, она не может быть агрономически ценной.

Методы изучения структуры можно подразделить на группы: 1) морфологическое описание структуры; 2) изучение качества структуры: водопрочности и механической прочности; 3) выяснение природы водо-прочности и механической прочности почвенного агрегата путем изучения его строения и причин, обусловливающих связь между отдельными первичными частицами [6].

Оценку структуры почвы в отношении ее водопрочности проводят по количеству агрегатов определенного размера, получающихся после «мокрого» просеивания. Для оценки структурного состояния используют также показатели определения общего количества агрегатов > 0,25 мм при «мокром» просеивании (классификация, предложенная И. В. Кузнецовой), критерий водопрочности агрегатов [критерий АФИ: отношение суммы агрегатов (1,00-0,25 мм) при «мокром» и «сухом» просеиваниях (%)]. По мнению А. Л. Золотарева и А. К. Шерстнева, наиболее информативным и важным показателем оструктуренности почв является коэффициент водопрочности почвенных агрегатов K (%), определяемый по методу Андрианова — Качинского [11].

За рубежом при оценке структуры почвы используют такие показатели, как распад (slaking) и дисперсия (dispersion) почвенных агрега-

тов1 [12]. Если дисперсия в основном обусловлена химическими стрессами, то распад почвенных агрегатов происходит ввиду того, что их прочность не может противостоять возникающим при орошении воздействиям, таким как неравномерное набухание, защемленный воздух, расклинивающий стресс, теплота смачивания [13].

Водопрочная структура особенно важна в орошаемом земледелии, потому что после увлажнения поверхности почвы, которое может происходить значительно чаще, чем характерное для природных засушливых условий увлажнение атмосферными осадками, почва не должна покрываться непроницаемой для воздуха и воды коркой, а должна сохранять комковато-зернистую структуру после подсыхания.

При смачивании почвенных частиц на их поверхности образуется пленка, которая «расклинивает» или «раздвигает» частицу. Это действие воды называют расклинивающим давлением водных пленок. Кроме того, при увлажнении, особенно сухой почвы, внутрь агрегата поступает вода. Когда она поступает быстро, давление внутри агрегата повышается и буквально взрывает его. Если же внутри агрегата между частицами, составляющими его, имеются прочные связи, препятствующие вышеописанному действию воды, то он обладает водопрочностью или является водоустойчивым [3].

Все агрегаты состоят из элементарных почвенных частиц (рисунок 1). Теоретически элементарная почвенная частица — это минерал, обломок породы, их осколки, коллоиды, остатки растений. Именно элементарные почвенные частицы определяют гранулометрический состав почв. Механизмы образования агрегатов из этих частиц пока гипотетичны.

1 Chap. D4. Slaking and dispersion [Electronic resource]. — Mode of access: http:www.dpi.nsw.gov.au/__data/assets/pdf_file/0008/127277/Slaking-and-dispersion.pdf, 2015.

Рисунок 1 — Схема агрегатного строения почв [3]

Одной из гипотез образования структуры, представляющих возможные механизмы влияния органического вещества на агрегатообразование, является гипотеза влияния на него гидрофильных и гидрофобных компонентов (амфифильности) органического вещества [3, 14]. Амфифиль-ность — это свойство природных органических веществ проявлять как гидрофобные (отталкивать воду), так и гидрофильные (притягивать молекулы воды, соединяться с ними) качества. Большинство биологических макромолекул являются амфифильными веществами. Амфифильность обусловлена наличием в их составе как гидрофильных (полярных) групп, так и гидрофобных (неполярных) зон. Если на поверхности гидрофильной минеральной частицы отсутствуют амфифильные органические вещества,

то частицы распадаются в воде под действием расклинивающего давления (рисунок 2, а). Если амфифильные органические вещества присоединяются своей гидрофильной частью к минеральной частице, а их гидрофобная часть взаимодействует с гидрофобными частями другой амфифильной органической частицы, то агрегат является более водоустойчивым (рисунок 2, б). Ограничение скорости поступления воды в агрегат за счет гидрофобных частей органических молекул обуславливает уменьшение расклинивающего давления и тем самым увеличивает водоустойчивость.

Рисунок 2 — Схема агрегата, распадающегося в воде под действием расклинивающего давления (а), и агрегата, водоустойчивого за счет формирования сил гидрофобного взаимодействия между частицами (б) [3]

Таким образом, структура почвы обеспечивает благоприятный водно-воздушный режим для корневой системы растения, способствует лучшему снабжению питательными элементами, что в конечном итоге сказывается на получении более высоких урожаев на структурных почвах.

Орошаемые земли призваны обеспечивать гарантированный урожай сельскохозяйственных культур при недостаточном количестве атмосферных осадков для ее выращивания, т. е. урожайность на этих землях должна быть стабильно высокой, чтобы окупать дополнительные затраты, связанные с эксплуатацией этих земель. Поэтому наличие и сохранение благо-

приятной почвенной структуры является одной из приоритетных задач орошаемого земледелия.

Орошаемые земли отличаются от богарных тем, что на орошаемые поля подается дополнительное количество воды, причем качество этой воды и способ ее распределения по полю отличаются от естественных природных условий. Рассмотрим влияние этих двух факторов на структуру почвы.

Качество воды во многом определяется ее катионно-анионным составом. Наибольшее влияние на ухудшение структуры почвы имеет содержание в оросительной воде катиона натрия и его соотношение с другими катионами. Критериями, по которым определяется угроза утраты почвой структуры, являются такие показатели воды, как SAR (Sodium Adsorption Ratio — натриево-адсорбционное отношение) и EC (Electrical Conductivity — удельная электропроводность). ЕС оросительной воды определяют с использованием кондуктометров, единицами измерения является дСм/м. SAR определяется по формуле:

SAR=- Na+

Ca2+ + Mg2+

где №+, Са2+, Mg2+ — содержание натрия, кальция и магния в оросительной воде, мг-экв./дм3.

На рисунке 3 представлен график, с помощью которого можно прогнозировать устойчивость почвенной структуры. Так, если значения соответствуют I зоне, то вероятность проблем, связанных с утратой почвой структуры, очень высока, если же значения соответствуют III зоне, то проблем со стабильностью почвенной структуры быть не должно, II зона является переходной, и возникновение проблем, связанных со стабильностью почвы, зависит от свойств почвы.

I — зона риска утраты водопрочности почвы; II — переходная зона, возникновение проблем зависит от свойств почвы; III — зона стабильной почвенной структуры

Рисунок 3 — Отношение между показателями SAR и EC в оросительной воде для прогноза устойчивости структуры почвы1

Свойства почвы, которые могут в значительной степени повлиять на водопрочность, во многом определяются минералогическим составом. Однако данный анализ является сложным, поэтому на основе многочисленных данных, полученных в Австралии и США, был выведен показатель CCR, который является отношением емкости катионного обмена (мг-экв./100 г почвы) к содержанию глины в почве (%) [15, 16]. Значения этого показателя и соответствующие им преобладающие глинистые почвенные минералы представлены в таблице 2.

Таблица 2 — Отношение между CCR и глинистыми минералами (на основе данных R. J. Shaw и др. [15, 16])

CCR Преобладающий глинистый почвенный минерал

< 0,2 Каолинит

0,20-0,35 Иллит и каолинит

0,35-0,55 Смесь глинистых минералов

0,55-0,75 Смесь глинистых минералов с высокой долей смектита

> 0,75 Преобладает смектит

С учетом гранулометрического и минералогического состава почвы определяются допустимые пределы SAR для оросительной воды. Одним

1 Australian and New Zealand Guidelines for Fresh and Marine Water Quality (2000). Vol. 3, Chap. 9. Primary Industries. 9.2. Water quality for irrigation and general use [Electronic resource]. — Mode of access: http:www.gfmwq-guidelines-vol3-9-2.pdf, 2015.

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(21), 2016 г., [134-154] из примеров может служить таблица 31.

Таблица 3 — Допустимые пределы SAR для почв различного

гранулометрического и минералогического состава

Содержа- Гранулометрический Допустимое значение SAR в оросительной воде

ние глины, состав Минералогический состав почвенной глины CCR

% < 0,35 0,35-0,55 0,55-0,75 0,75-0,95 > 0,95

< 15 Песок, супесь > 20 > 20 > 20 > 20 > 20

15-25 Суглинок, пылеватый суглинок 20 11 10 10 8

25-35 Иловатый суглинок 13 11 8 5 6

35-45 Легкая глина 11 8 5 5 5

45-55 Средняя глина 10 5 5 5 5

55-65 Среднетяжелая глина 5 5 5 4 4

65-75 Тяжелая глина — 4 4 4 4

75-85 Тяжелая глина — — 4 5 5

Таким образом, сопоставив данные таблиц 2 и 3, можно заключить, что содержание натрия в оросительной воде должно быть тем меньше, чем тяжелее гранулометрический состав и выше содержание смектита. В то же время на легких почвах допустимо использование оросительной воды с более высоким содержанием натрия. Такие ограничения во многом диктуются тем, что при разрушении структуры тяжелых почв происходит образование поверхностной корки, уплотнение почвенного профиля мельчайшими глинистыми частицами, закупоривание почвенных пор, которые не могут запасать влагу, доступную для растений.

Сельскохозяйственные культуры по своей устойчивости к содержанию натрия в почве можно условно разделить на три группы (таблица 4): чувствительные, относительно устойчивые, устойчивые2.

Как можно видеть из данных таблицы 4, даже самые чувствительные культуры способны произрастать при значительном содержании обменного натрия, а главным лимитирующим фактором является недостаток кислорода, который возникает при утрате почвенной структуры.

2 Water quality for agriculture [Electronic resource]. — Mode of access: http:www.fao.org/docrep/003/t0234e/t0234e05.htm, 2015.

Таблица 4 — Относительная устойчивость некоторых культур к обменному натрию

Чувствительные, содержание обменного натрия менее 15 % Относительно устойчивые, содержание обменного натрия 15-40 % Устойчивые, содержание обменного натрия более 40 %

Авокадо (Persea americana) Плодовые культуры Орехи Фасоль (Phaseolus vulgaris) Хлопок (в период прорастания) (Gossypium hirsutum) Кукуруза (Zea mays) Горох (Pisum sativum) Грейпфрут (Citrus paradisi) Лимон (Citrus sinensis) Персик (Prunus persica) Мандарин (Citrus reticulata) Чечевица (Lens culinaris) Арахис (Arachis hypogaea) Нут (Cicer arietinum) Вигна (Vigna sinensis) Морковь (Daucus carota) Клевер (Trifolium repens) Паспалум расширенный (Paspalum dilatatum) Овсяница (Festuca arundinacea) Салат (Lactuca sativa) Сахарный тростник Горчица сарептская (Brassica juncea) Овес (Avena sativa) Лук (Allium cepa) Редис (Raphanus sativus) Рис (Oryza sativus) Рожь (Secale cereale) Райграс (Lolium multiflorum) Шпинат (Spinacia oleracea) Томаты (Lycopersicon esculentum) Вика (Vicia sativa) Пшеница (Triticum vulgare) Люцерна (Medicago sativa) Ячмень (Hordeum vulgare) Свекла столовая и сахарная (Beta vulgaris) Свинорой пальчатый, бермудская трава (Cynodon dactylon) Хлопок (Gossypium hirsutum) Параграсс (Brachiaria mutica) Пырей (Agropyron cristatum)

Таким образом, для сохранения структуры почвы необходимо учитывать такие показатели качества оросительной воды, как SAR (единицы SAR), EC (дСм/м), и такие показатели почвы, как гранулометрический состав (% содержания глины), емкость катионного обмена (мг-экв. /100 г почвы).

Что касается способа распределения воды по полю, то основными способами являются поверхностный полив, дождевание и капельное орошение.

При поверхностном поливе, когда увлажнение почвы происходит во время горизонтального перемещения воды по поверхности поля при вертикальном просачивании ее гравитационным путем и последующем насыщении почвы по капиллярам [17], наибольшее влияние воды (без учета

качества) проявляется через «расклинивающее» действие водных пленок, разрушающее действие защемленного воздуха внутри агрегатов, а также разрушающее действие потока воды, протекающего по борозде или полосе поля.

Основное внимание при поверхностном поливе для сохранения почвенной структуры должно быть уделено скорости потока и расходу воды в борозде. При больших скоростях и расходах возможна эрозия почвы. Для предупреждения эрозии скорость потока не должна превышать 0,15 м/с, величина расхода Q (л/мин) должна подчиняться зависимостям, учитывающим уклон борозды (%) (таблица 5). На практике верхний предел расхода потока составляет около 190 л/мин, при больших расходах необходимо увеличивать площадь сечения борозды.

Таблица 5 — Расход воды в борозде для почв разной эрозионности1

Эрозионность почв Зависимость

Эрозионно устойчивые Q = 57/S

Средняя Q = 47/S

Умеренная Q=38/S

Высокая Q=19/S

Примечание — Q — расход потока, л/мин; S — уклон борозды, %.

При дождевании вода распространяется по полю наиболее естественным способом в виде дождя, а точнее, многочисленных капель дождя. Поэтому на структуру почвы воздействует не только качество воды, но и качество искусственного дождя, которое характеризуется такими величинами, как диаметр капель (мм), интенсивность дождя (мм/мин), скорость падения капель (м/с). В таблицах 6 и 7 представлены характеристики естественного природного дождя и искусственного дождя, создаваемого наиболее распространенными дождевальными машинами. Наиболее благоприятным для растений и почвы считается моросящий дождь, состоящий из капель диаметром 0,4-0,9 мм [18, 19].

1 National irrigation guide. Pt. 652 [Electronic resource]. — 1997. — Mode of access: http:directives.sc.egov.usda.gov/OpenNonWebContent. aspx?content=17837.wba, 2015.

Таблица 6 — Характеристика естественного дождя [17, 20]

Характеристика дождя Интенсивность дождя Диаметр капель, мм Скорость падения капель, м/с

мм/мин мм/ч

Моросящий 0,0064 0,4 0,2 0,75

Легкий 0,016 1,0 0,5 2,0

Умеренный 0,066 4,0 1,0 4,0

Сильный 0,25 15,0 1,5 5,0

Очень сильный 0,66 40,0 2,1 6,7

Ливень 1,67 100,0 5,0 8,0

Таблица 7 — Характеристика искусственного дождя [21-23]

Марка поливной техники Интенсивность дождя Диаметр капель, мм Скорость падения капель, м/с

мм/мин мм/ч

ДМ «Кубань-ЛШ» 0,50 30 1,0-1,8 4,5

ДМ «Кубань» 1,01 60 0,5-1,1 2,3

МДШ-30/275 0,50 30 1,0-1,7 4,5

ДМ «Фрегат» 0,17-0,29 11-18 1,0-1,6 4,5

ДМ «Ладога» 0,65 39 1,0-1,5 4,5

ДМ «Волжанка» 0,30 18 1,5-2,8 4,5

ДМ «Днепр» 0,67 40 1,2-1,9 4,6

ДКДФ-1 0,28 16,8 0,57-1,20 2,47-4,64

Данные таблиц 6 и 7 указывают на то, что скорости, с которыми любые капли (как естественного, так и искусственного дождя) падают на поверхность земли, превышают скорость потока (рассмотренную выше), которая вызывает эрозию. Дождь смачивает верхний слой почвы, и она становится такой же увлажненной, как и почва борозды, по которой протекает поток. Поэтому любой дождь разрушает почвенную структуру. Исследованиями А. М. Поспелова [19], А. М. Абрамова [24] и др. установлено, что под воздействием дождя почвенные агрегаты в поверхностном слое на глубину 2-3 см разрушаются, происходит заплывание почвы, в результате чего скорость поглощения воды снижается. Разрушение почвенных частиц происходит тем больше, чем выше интенсивность дождя и крупнее капли. Скорость капли диаметром 4 мм при ударе о землю составляет порядка 8 м/с и сопоставима с ударом трехметровой волны о скалу [25]. Согласно современным представлениям капли диаметром более 4 мм являются нестабильными и могут существовать короткое время, а затем распадаются на более мелкие. Наиболее устойчивой сферической формой облада-

ют капли диаметром около 1,0 мм. Однако некоторые капли диаметром менее 0,8 мм могут иметь скорость, во много раз (до 10 раз) превосходящую предельную скорость падения [26, 27]. Зафиксировать это явление помогли современные оптико-электронные приборы для измерения распределения частиц осадков по размерам и скоростям — оптические дисдро-метры [28-30]. В наибольшей степени дождь воздействует на частицы пыли, не обладающие той связностью, которую имеют глинистые частицы, и вместе с тем легко перемещающиеся [31].

При капельном орошении кажущееся небольшое количество воды, поступающее на всю поверхность поля, непосредственно под капельницами поступает со значительной интенсивностью. Например, по данным D. R. Сите, проводившему опыты на супесчаной почве, при расходе капельницы 4 л/ч увлажняется почвенный круг около 30 см, что соответствует интенсивности дождя около 60 мм/ч, которая бывает при тропическом ливне [7, 13]. Поэтому почва под капельницей испытывает действие воды, превосходящее по интенсивности воздействие при дождевании.

Анализ современных способов полива показал, что все они негативно влияют на структуру почвы. В естественных условиях разрушающему действию воды противостоит растительность, которая покрывает почву. Она снижает скорость капель, обеспечивает поступление свежего органического вещества в почву, которое является важнейшим условием качественной структуры. В тех местах, где растительности нет, сформировались пустыни, почва которых лишена структуры, это либо пески, либо бесструктурные глины. Такое противоречие, при котором невозможно создать условия, не разрушающие структуру почв, вызывает поиск новых подходов к организации орошения. Примерами таких новых подходов являются циклическое орошение, внутрипочвенная импульсная континуально-дискретная парадигма ирригации и др. [32-34].

Выводы. В результате анализа литературных источников установле-

но, что структура проявляется в почвах, более тяжелых по гранулометрическому составу, чем легкосуглинистые.

Наиболее благоприятными для продуктивности растений являются агрегаты почвы размером 2-3 мм. Важно наличие в агрегатах пор размером от 0,1 до 30 мкм, в которых создаются условия для сохранения доступной влаги для роста корней и жизнедеятельности бактерий.

Одним из показателей качества структуры является водопрочность агрегатов, обусловленная цементацией механических элементов свежеоса-жденным органическим веществом.

В настоящее время отсутствует теория механизма образования структуры. Одной из гипотез является гипотеза влияния амфифильности органического вещества на агрегатообразование.

Водопрочность агрегатов особенно важна в орошаемом земледелии ввиду того, что любой способ орошения имеет определенное отрицательное влияние на структуру почвы, которое проявляется в химическом и физическом воздействии воды, поступающей в почву. Химическое воздействие в основном обусловлено катионно-анионным составом воды и может быть охарактеризовано через показатели SAR и EC. Почвы тяжелого гранулометрического состава, содержащие глинистые минералы с высокой долей смектита (монтмориллонита), должны поливаться водой с минимальным содержанием натрия.

Физическое воздействие воды связано со скоростью ее распространения в почве: высокие скорости отрицательно влияют на структуру почвы и способствуют ее разрушению. Для сохранения структуры почвы предпочтительным является медленное поступление воды в почву, что проявляется в ограничении скорости потока в поливной борозде до 0,15 м/с, скорости падения капель до 4 м/с при их диаметре от 0,4 до 1,0 мм, интенсивности водоподачи до значения, сопоставимого со скоростью впитывания.

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(21), 2016 г., [134-154] Список литературы

1 Плодородие почв и сельскохозяйственные растения: экологические аспекты / В. Ф. Вальков, Т. В. Денисова, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников, Р. В. Кузнецов. -Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2008. — 416 с.

2 Захаров, С. А. Курс почвоведения / С. А. Захаров. — М. — Л.: Сельколхозгиз, 1931. — 550 с.

3 Теории и методы физики почв: коллектив. моногр. [Электронный ресурс] / под ред. Е. В. Шеина, Л. О. Карпачевского. — М.: «Гриф и К», 2007. — Режим доступа: http:pochva.com, 2014.

4 Вершинин, П. В. Почвенная структура и условия ее формирования / П. В. Вершинин. — М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1958. — 188 с.

5 Роде, А. А. Несколько данных о мощных черноземах Курской зональной опытно-мелиоративной станции и изменении их свойств при орошении / А. А. Роде, Д. В. Федоровский // Орошение сельскохозяйственных культур в ЦентральноЧерноземной полосе РСФСР: сборник. — М., 1956. — С. 85-98.

6 Вадюнина, А. Ф. Методы исследования физических свойств почв / А. Ф. Ва-дюнина, З. А. Корчагина. — М.: Агропромиздат, 1986. — 416 с.

7 Murray, R. S. The Impact of Irrigation on Soil Structure [Electronic resource] / R. S. Murray, C. D. Grant; University of Adelaide. — 2007. — 31 p. — Mode of access: http: lwa.gov. au/products/pn20619, 2015.

8 Захаров, С. А. Курс почвоведения / С. А. Захаров. — М. — Л.: Госиздат, 1927. —

455 с.

9 Marshall, T. J. Soil Physics / T. J. Marshall, J. W. Holmes. — 2nd ed. — Cambridge University Press, 1988. — 374 p.

10 Marshall, T. J. Soil Physics / T. J. Marshall, J. W. Holmes, C. W. Rose. — 3rd ed. -Cambridge University Press, 1996. — 247 p.

11 Золотарев, А. Л. Влияние смытости на структурное состояние чернозема обыкновенного карбонатного / А. Л. Золотарев, А. К. Шерстнев // Материалы V Всероссийского съезда почвоведов им. В. В. Докучаева, г. Ростов-на-Дону, 18-23 августа 2008 г. — Ростов н/Д.: Ростиздат, 2008. — С. 7.

12 Soil Quality Test Kit Guide / United States Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Natural Resources Conservation Service, Soil Quality Institute. — 1999. -82 p.

13 Currie, D. R. Soil Physical Degradation due to Drip Irrigation in Vineyards: Evidence and Implications: Ph.D. thesis / Currie D. R. — The University of Adelaide, 2006. -108 p.

14 Милановский, Е. Ю. Гумусовые вещества почв как природные гидрофобно-гидрофильные соединения / Е. Ю. Милановский. — М.: ГЭОС, 2009. — 186 с.

15 Shaw, R. J. Root zone sodicity / R. J. Shaw, K. J. Coughlan, L. C. Bell // Sodic soils: Distribution, properties, management, and environmental consequences. — N. Y.: Oxford University Press, 1998. — P. 95-106.

16 Eldridge, S. M. Sugar soils: A guide to characterising Australian sugarcane soils / S. M. Eldridge; A CRC Sugar Technical Publication September. — Townsville: CRC for Sustainable Sugar Production, 2003. — 169 p.

17 Лебедев, Б. М. Дождевальные машины / Б. М. Лебедев. — М.: Машиностроение, 1977. — 244 с.

18 Мелиорация и водное хозяйство. Т. 6. Орошение: справочник / под ред. Б. Б. Шумакова. — М.: Агропромиздат, 1990. — 415 с.

19 Поспелов, А. М. Дождевание / А. М. Поспелов — М.: Сельхозиздат, 1962. —

168 с.

20 Гемфрис, В. Физика воздуха / В. Гемфрис. — М.: ОНТИ НКГП СССР, 1936. —

515 с.

21 Губер, К. В. Требования к характеристикам дождя при создании дождевальной техники / К. В. Губер, Г. П. Лямперт, М. Ю. Храбров // Современные проблемы ме-лиораций и пути их решения. — М., 1999. — Т. 1(98). — С. 187-199.

22 Снипич, Ю. Ф. Применение основных законов дождевания при обосновании конструкции ДМ «ДКФ-1ПК-1» / Ю. Ф. Снипич, А. Е. Шепелев // Мелиорация и водное хозяйство. — 2006. — № 4. — С. 57-58.

23 Слабунов, В. В. Повышение эффективности полива путем совершенствования конструктивных параметров дождевателя консольного дальнеструйного фронтального: автореф. дис. … канд. техн. наук: 06.01.02 / Слабунов Владимир Викторович. — Саратов, 2005. — 22 с.

24 Абрамов, А. М. Определение параметров впитывания воды в почву с учетом энергетических характеристик дождя / А. М. Абрамов // Почвоведение. — 1985. — № 6. -С. 137-143.

25 Egbert Giles Leigh Jr. Tropical Forest Ecology: A View from Barro Colorado Island / Egbert Giles Leigh Jr.; Smithsonian Tropical Research Institute. — Oxford University Press, 1999. — 245 p.

26 Mills, A. Falling Faster — Researchers Confirm Super-Terminal Raindrops [Electronic resource] / A. Mills // Michigan Tech News. — 2015, February. — Mode of access: http:www.mtu.edu/news/stories/2015/february/falling-faster-researchers-confirm-super-termi-nal-raindrops.html, 2015.

27 Do all raindrops fall at terminal speed? / G. Montero-Martinez, A. B. Kostinski, R. A. Shaw, F. Garcia-Garcia // Geophysical Research Letters. — 2009. — Vol. 36, Iss. 11. -P. 8-18. — DOI: 10.1029/2008GL037111.

28 Kruger, A. Two-dimensional video disdrometer: A description / A. Kruger, W. F. Krajewski // J. Atmos Oceanic Technol. — 2002. — 19. — P. 602-617.

29 A new optical instrument for simultaneous measurement of raindrop diameter and fallspeed distribution / D. Hauser, P. Amayenc, B. Nutten, P. Waldteufel // J. Atmos. Oceanic Technol. — 1984. — № 1. — P. 256-269.

30 Кобзев, А. А. Оптико-электронный двухканальный измеритель атмосферных осадков: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.11.07 / Кобзев Алексей Анатольевич. -Томск, 2013. — 22 с.

31 Маккавеев, Н. И. Русло реки и эрозия в ее бассейне / Н. И. Маккавеев. — М.: Изд-во АН СССР, 1955. — 346 с.

32 Щедрин, В. Н. Теория и практика альтернативных видов орошения черноземов юга Европейской территории России / В. Н. Щедрин, С. М. Васильев. — Новочеркасск: Лик, 2011. — 435 с.

33 Обоснование и пути реализации внутрипочвенной импульсной континуально-дискретной парадигмы ирригации [Электронный ресурс] / В. П. Калиниченко, Т. М. Минкина, А. Н. Сковпень, А. П. Ендовицкий, Л. П. Ильина, А. А. Болдырев, А. Э. Рыхлик, С. А. Ященко, С. А. Ермаков // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. периодич. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. — Электрон. журн. — Новочеркасск: РосНИИПМ, 2012. — № 3(07). — 13 с. — Режим доступа: http:rosniipm-sm.ru/dl_files/udb_files/udb13-rec128-field6.pdf.

34 Неблагоприятное влияние орошения на почву и возможности и перспективы применения внутрипочвенной импульсной континуально-дискретной парадигмы ирригации [Электронный ресурс] / В. П. Калиниченко, О. С. Безуглова, Н. Г. Солнцева, А. Н. Сковпень, В. В. Черненко, Л. П. Ильина, А. А. Болдырев, Д. В. Шевченко, Д. А. Скворцов // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. периодич. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. — Электрон. журн. — Но-

вочеркасск: РосНИИПМ, 2012. — № 2(06). — 12 с. — Режим доступа: http:rosniipm-sm.ru/dl_files/udb_files/udb13-rec104-field6.pdf.

References

1 Valkov V.F., Denisova T.V., Kazeyev K.Sh., Kolesnikov S.I., Kuznetsov R.V., 2008. Plodorodiye pochv i selskokhozyaystvennyye rasteniya: ekologicheskiye aspekty [Soil Fertility and Crop Plants: Environmental Aspects]. Rostov n/D, South Federal University Publ., 416 p. (In Russian).

2 Zakharov S.A., 1931. Kurs pochvovedeniya [Soil Science Course]. Moscow, Selkolkhozgiz Publ., 550 p. (In Russian).

3 Teorii i metody fiziki pochv [Theories and Methods Soil Physics: Collective Monograph], 2007, edited by Karpachevskiy L. O., Shein Ye.V., Moscow, «Grif i K» Publ., available: http:pochva.com, [accessed 2014]. (In Russian).

4 Vershinin P.V., 1958. Pochvennaya struktura i usloviya yeye formirovaniya [Soil Structure and the Conditions of its Formation]. Moscow, Leningrad, Academy of Sciences of USSR Publ., 188 p. (In Russian).

5 Rode A.A., Fedorovskiy D.V., 1956. Neskolko dannykh o moshchnykh chernozemakh Kurskoy zonalnoy opytno-meliorativnoy stantsii i izmenenii ikh svoystv pri oroshenii [Some data on rich chernozems of Kursk zonal experimental-ameliorative station and change their properties under irrigation]. Orosheniye selskokhozyaystvennykh kultur v Tsentralno-Chernozemnoy polose RSFSR: sbornik [Irrigation of Crops in the Central Black Earth Belt of the RSFSR: a collection of articles]. Moscow, pp 85-98. (In Russian).

6 Vadyunina A.F., Korchagina Z. A., 1986. Metody issledovaniya fizicheskikh svoystv pochv [Methods of Study of the Physical Properties of Soils]. Moscow, Agropromizdat Publ., 416 p. (In Russian).

7 Murray R.S., Grant C.D., 2007. The Impact of Irrigation on Soil Structure. University of Adelaide, 31 p., available: http:lwa.gov.au/products/pn20619 [accessed 2015].

8 Zakharov S.A., 1927. Kurs pochvovedeniya [Soil Science Course]. Moscow, Gosizdat Publ., 455 p. (In Russian).

9 Marshall T.J., Holmes J.W., 1988. Soil Physics. Cambridge University Press, 2nd ed., 374 p.

10 Marshall T.J., Holmes J.W., Rose C.W., 1996. Soil Physics Cambridge University Press, 3rd ed., 247 p.

11 Zolotarev A.L., Sherstnev A.K., 2008.Vliyaniye smytosti na strukturnoye sostoyaniye chernozema obyknovennogo karbonatnogo [The impact of erosion on the structural state of carbonate chernozem ordinary] Materialy V Vserossiyskogo syezda pochvovedov im. V. V. Dokuchayeva, g. Rostov-na-Donu 18-23 avgusta 2008 g [Proc. of the 5th All-Russian Congress of Soil Scientists named by Dokuchayev, Rostov n/Don, 18-23 August 2008]. Rostov n/D, Rostizdat Publ., p. 7. (In Russian).

12 Soil Quality Test Kit Guide. United States Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Natural Resources Conservation Service, Soil Quality Institute. 1999. 82 p.

13 Currie D.R., 2006. Soil Physical Degradation due to Drip Irrigation in Vineyards. Evidence and Implications: Ph.D. thesis. The University of Adelaide, 108 p.

14 Milanovskiy Ye.Yu., 2009. Gumusovyye veshchestva pochv kak prirodnyye gidrofobno-gidrofilnyye soyedineniya [Humus Matters of Soils as Natural Hydrophobic-Hydrophilic Compounds]. Moscow, GEOS Publ., 186 p. (In Russian).

15 Shaw R. J., Coughlan K.J., Bell L.C., 1998. Root zone sodicity. Sodic soils: Distribution, properties, management, and environmental consequences. N. Y.: Oxford University Press, pp. 95-106.

16 Eldridge S.M., 2003. Sugar soils: A guide to characterising Australian sugarcane

soils A CRC Sugar Technical Publication September, Townsville: CRC for Sustainable Sugar Production, 169 p.

17 Lebedev B.M., 1977. Dozhdevalnyye mashiny [Sprinkling Machines]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 244 p. (In Russian).

18 Melioratsiya i vodnoye khozyaystvo. T. 6. Orosheniye: spravochnik [Amelioration and Water Management. Vol. 6. Irrigation: Guide], edited by B.B. Shumakov, 1990. Moscow, Agropromizdat Publ., 415 p. (In Russian).

19 Pospelov A. M., 1962. Dozhdevaniye [Sprinkling]. Moscow, Selkhozizdat Publ., 168 p. (In Russian).

20 Gemfris V., 1936. Fizika vozdukha [Air Phisics]. Moscow, ONTI NKGP USSR Publ., 515 p. (In Russian).

21 Guber K.V., Lyampert G.P., Khrabrov M.Yu., 1999. Trebovaniya k kharakteristikam dozhdya pri sozdanii dozhdevalnoy tekhniki [The performance requirements for the rain to create sprinkling machinery]. Sovremennyye problemy melioratsiy i puti ikh resheniya [Modern Reclamation Issues and their Solutions Vol. 1(98)]. Moscow, pp. 187199. (In Russian).

22 Snipich Yu.F., Shepelev A.Ye., 2006. Primeneniye osnovnykh zakonov dozhdevaniya pri obosnovanii konstruktsii DM «DKF-1PK-1» [Application of the fundamental laws of sprinkling in justifying the construction of sprinkling machine «DKF-1PK-1»]. Melioratsiya i vodnoye khozyaystvo, no 4, pp. 57-58. (In Russian).

23 Slabunov V.V., 2005. Povysheniye effektivnosti poliva putem sovershenstvovaniya konstruktivnykh parametrov dozhdevatelya konsolnogo dalnestruynogo frontalnogo. Avtoref. dis. kand. tekhn. nauk [Improving the efficiency of irrigation by development the structural parameters of console long-jet frontal sprinkler. Abstract of cand. teh. sci. diss.]. Saratov, 22 p. (In Russian).

24 Abramov A.M., 1985. Opredeleniye parametrov vpityvaniya vody v pochvu s uchetom energeticheskikh kharakteristik dozhdya [Defining the parameters of water infiltration into the soil taking into account the energy characteristics of rain]. Pochvovedeniye, no 6, p. 137-143. (In Russian).

25 Egbert Giles Leigh Jr., 1999. Tropical Forest Ecology: A View from Barro Colorado Island. Smithsonian Tropical Research Institute, Oxford University Press, 245 p.

26 Mills A. , 2015. Falling Faster — Researchers Confirm Super-Terminal Raindrops. Michigan Tech News, February, available: http:www.mtu.edu/news/stories/2015/february/ falling-faster-researchers-confirm-super-termi-nal-raindrops.html [accessed 2015].

27 G. Montero-Martinez, A. B. Kostinski, R. A. Shaw, F. Garcia-Garcia, 2009. Do all raindrops fall at terminal speed? Geophysical Research Letters, vol. 36, no. 11, pp. 8-18, http://dx.doi.org/10.1029/2008GL037111.

28 Kruger A., Krajewski W.F., 2002. Two-dimensional video disdrometer: A description J. Atmos. Oceanic Technol, no. 19, pp. 602-617.

29 Hauser D., Amayenc P., Nutten B., Waldteufel P., 1984. A new optical instrument for simultaneous measurement of raindrop diameter and fallspeed distribution. J. Atmos. Oceanic Technol, no. 1, pp. 256-269.

30 Kobzev A. A., 2013. Optiko-elektronnyy dvukhkanalnyy izmeritel atmosfernykh osadkov. Avtoref. dis. kand. tekhn. nauk [Optoelectronic dual-gauge of precipitation: Abstract of cand. teh. sci. diss.]. Tomsk, 22 p. (In Russian).

31 Makkaveyev N.I., 1955. Ruslo reki i eroziya v yeye basseyne [The Riverbed and Erosion in its Basin]. Moscow, Academy of Sciences of USSR Publ., 346 p. (In Russian).

32 Shchedrin V.N., Vasilyev S.M., 2011. [Theory and Practice for Alternative Chernozems Irrigation in the South of European Territory of Russia]. Novocherkassk, Lik Publ., 435 p. (In Russian).

33 Kalinichenko V.P., Minkina T.M., Skovpen A.N., Yendovitskiy A.P., Ilina L.P.,

Boldyrev A.A., Rykhlik A.E., Yashchenko S.A., Yermakov S. A., 2012. [Justification and implementation of intrasoil pulse continual-discrete irrigation paradigm]. Nauchnyy Zhurnal Rossiyskogo NIIProblem Melioratsii, no. 3(07), pp. 186-198. (In Russian).

34 Kalinichenko V.P., Bezuglova O.S., Solntseva N.G., Skovpen A.N., Chernenko V.V., Ilina LP., Boldyrev A.A., Shevchenko D.V., Skvortsov D.A., 2012. [Unfavorable effect on soil of existing ways of watering and opportunities for use of intrasoil pulse continually-discrete irrigation paradigm]. Nauchnyy Zhurnal Rossiyskogo NII Problem Melioratsii, no. 2(06), pp. 38-49. (In Russian)._

Воеводина Лидия Анатольевна

Ученая степень: кандидат сельскохозяйственных наук Должность: старший научный сотрудник

Место работы: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»

Адрес организации: Баклановский пр-т, 190, г. Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация, 346421 E-mail: [email protected]

Voyevodina Lidiya Anatolyevna

Degree: Candidate of Agricultural Sciences Position: Senior Researcher

Affiliation: Russian Research Institute of Land Improvement Problems Affiliation address: Baklanovskiy ave., 190, Novocherkassk, Rostov region, Russian Federation, 346421

E-mail: [email protected]

Почвенная структура и структура порового пространства почв: характеристики, функции, взаимосвязь — НИР

1	1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г.	Влияние состава и активности почвенной биоты на структуру порового пространства
Результаты этапа: 1. Исследованы некоторые физические (плотность, коэффициент фильтрации, гранулометрический состав и др.) и химические (содержание карбонатов, органического углерода, азота и др.) свойства аллювиальной карбонатной почвы. При тяжелом гранулометрическом составе (средняя глина), низком содержании органического углерода (менее 1%), низкой агрегированности, эти почвы обладают благоприятной устойчивой структурой порового пространства. Предполагается, что благоприятная структура порового пространства обусловлена активной деятельностью многочисленной и разнообразной почвенной биоты. Результаты оценки общей микробиологической характеристики исследованных почв показали, что доминируют 4 филума, среди которых явно преобладают Actinobacteria. В составе этого филума отмечены в повышенном количестве как высшие актинобактерии (Streptomyces), так и низшие (три вида Rhodococcus). Большое биоразнообразие при достаточно высоком общем количестве бактерий и сформировавшиеся трофические взаимосвязи в структуре микробного сообщества способствуют сбалансированному продуцированию специфических метаболитов, в том числе, газообразных (СО2, Н2), что позволяет почве функционировать достаточно активно, предохраняя поровое пространство от уплотнения и поддерживая оптимальную плотность, порозность и гидрологические свойства этих глинистых почв. По-видимому, устойчивая структура порового пространства может образовываться и без формирования устойчивых агрегатов, а поддерживаться активной работой разнообразной почвенной биотой. Дальнейшие исследования будут сосредоточены именно в направлении взаимосвязи активности почвенной биоты и формирования устойчивого порового пространства почв. 2. Впервые установлено образование необычных по форме пентагональных глинисто-солевых ультрамикроагрегатов в глинистой почве, которые формируются при взаимодействии хлорида натрия в присутствии сульфатов. Методами электронной микроскопии (растровой и просвечивающей), энергодисперсионного анализа и EELS-спектроскопии было изучено взаимодействие растворимых сульфатов натрия и магния, а также хлорида натрия (в присутствии сульфатов натрия и магния) с глинистыми минералами – каолинитом и смектитом. Показано, что при взаимодействии глинистых минералов с растворами солей происходит переорганизация кристаллитов минералов и образуются глинисто-солевые микроагрегаты. Выраженность процесса образования глинисто-солевых микроагрегатов, их состав, размеры, форма и упаковка частиц зависят от природы минерала и свойств соли, участвующих во взаимодействии. Их микродифрактограммы характеризуются наличием рефлексов, отвечающим пятикратной вращательной симметрии, что может свидетельствовать о квазикристаллическом характере их структуры. 3. В бурых полупустынных почвах бугров Бэра обнаружены устойчивые глинисто-солевые агрегаты, обеспечивающие устойчивость бурых полупустынных почв бугров Бэра, в том числе и водоустойчивость при существенных водных нагрузках (паводковых нагрузках). 4. На основании созданной авторской базы данных гидрофизических свойств было проведено сравнение различных методов определения дифференциальной влагоемкости (или распределения пор по размерам) и основной гидрофизической характеристики по ряду фундаментальных свойств почв (педотрансферные функции). Использование различных педотрансферных функции (ПТФ) и экспериментально определенных гидрофизических характеристик для описания водного режима почв с помощью математической модели HYDRUS показало, что наилучшее воспроизведение экспериментального водного режима почв достигается с помощью педотрансферных функций, полученных на основе региональной базы данных. Этот вывод требует подтверждения. Но, вероятно, судя по физической основе гидрофизических явлений, использование больших общих баз данных не может воспроизвести особенности свойств твердой фазы почв изучаемого объекта, а является некоторым «шумом» для восстановления гидрофизических функций. Только региональные базы могут дать наименьшие ошибки расчета и отсутствие систематических ошибок даже при самых простых (регрессионных) статистических способах получения педотрансферных функций.
2	1 января 2014 г.-15 декабря 2014 г.	Взаимосвязь глинисто-солевых микроагрегатов в аридных почвах и структуры порового пространства
Результаты этапа: В связи с целью годичного этапа работы, – изучение структуры почв и характеристик порового пространства на различных специально подобранных почвенных объектах с помощью новейших современных инструментальных методов, – исследовательские работы были сосредоточены на 3-х направлениях: (1) изучение структуры и микроструктуры аридных почв, где предположительно важную роль играют растворимые соли; (2) исследование особенностей устойчивой структуры порового пространства аллювиальных глинистых почв в связи с их высокой биологической активностью и (3) томографическое изучение порового пространства в связи с их гидрофизическими свойствами. Установлено, что тип микроагрегатов в аридных почвах бугров Бэра зависит от содержания в почве ила, а упаковка частиц, размеры и форма микроагрегатов – от содержания и свойств солей. Гипсовые глинисто-солевые микроагрегаты диагностируются в солевых горизонтах почв, в частности для солончака было зафиксировано образование микроагрегатов при совместном участии солей – хлоридов и сульфатов Na, Mg и Ca. С образованием глинисто-солевых агрегатов связана повышенная микрооструктуренность почв и устойчивость бэровских бугров в условиях аридного климата. Это новый аспект в оценке структуры почвы, особенно, в малоустойчивой и плоховыраженной структуре аридных почв. В связи со 2-ым направлением исследований, показано, что высокие устойчивые фильтрационные свойства глинистых аллювиальных почв обусловлены процессами иллитизации, характерными для илистой фракции почв аридных территорий, и микроагрегации твердой фазы почв педогенным кальцитом с образованием кальцитовых глинисто-солевых ультрамикроагрегатов. Высокое биоразнообразие и разнообразная структура микробного сообщества в глинистой аллювиальной почве, способствующие сбалансированному продуцированию специфических метаболитов, в том числе, газообразных (СО2, Н2), позволяют этой почве функционировать достаточно активно, предохраняя поровое пространство от уплотнения и поддерживая оптимальную плотность, порозность, гидрологические свойства этих глинистых почв. Благодаря микробному разнообразию и доминированию актинобактерий поровое пространство этих глинистых почв сохраняет устойчивость при длительной инфильтрации. В 3-ем направлении исследований 2014 года показано, что распределение пор по размерам, рассчитанных, из ОГХ и по томограммам, выявил общие закономерности, показывающие что в области от 30 до 5000 мкм, наибольшую объем пор занимают тонкие макропоры и частично мезопоры. Но порозность, рассчитанная из ОГХ существенно выше порозности, определенной по томограммам, что, вероятно, связано с особенностями определения порового пространства данными методами и их ошибками. Эти исследования являются оригинальными, имеющими практическую значимость и перспективность.
3	1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г.	Особенности структуры порового пространства и гидрофизических свойств почвы
Результаты этапа: В соответствии с задачами проекта в 2013-15 гг были выбраны почвенные объекты, характеризующиеся особенностями агрегатной структуры и структурой порового пространства почв. Один из объектов, — глинистые аллювиальные карбонатные почвы, был выбран потому, что при низких коэффициенте структурности, содержании органического вещества (до 1%) , соотношении в органическом веществе С/N (в среднем 5-8), он обладает отличными устойчивыми водопроводящими свойствами. Это указывает на особенности формирования поверхности твердой фазы порового пространства почв, связанного, с активной деятельностью многочисленной и разнообразной почвенной биоты, что еще раз доказывает важность почвенной биоты для формирования функциональных особенностей порового пространства. Результаты оценки общей микробиологической характеристики исследованных почв показали, что доминируют 4 филума, среди которых явно преобладают Actinobacteria. В составе этого филума отмечены в повышенном количестве как высшие актинобактерии (Streptomyces), так и низшие (три вида Rhodococcus). Большое биоразнообразие при достаточно высоком общем количестве бактерий и сформировавшиеся трофические взаимосвязи в структуре микробного сообщества способствуют сбалансированному продуцированию специфических метаболитов, в том числе, газообразных (СО2, Н2), что позволяет почве функционировать достаточно активно, предохраняя поровое пространство от уплотнения и поддерживая оптимальные плотность, порозность, гидрологические свойства этих глинистых почв. Это фундаментальное научное направление, — взаимосвязь поровой структуры с составом и активностью почвенной биоты, представляется перспективным для анализа и оценки свойств порового пространства почв, оно являлось основным при исследованиях 2014-15 гг. Эти исследования проводились при помощи томографического метода, сравнения этого метода с капилляриметрическим по оценке распределения пор по размерам. Доказано, что кривые распределений пор по размерам, полученных указанными методами, выявили общие весьма схожие закономерности, показывающие, что в области от 30 до 5000 мкм, наибольший объем пор занимают тонкие макропоры и, частично, мезопоры. Общие черты распределений объемов пор по размерам, совпадения их экстремумов, полученные методами расчета из основной гидрофизической характеристики и прямыми томографическими наблюдениями, указывают на справедливость классических подходов, рассматривающих гидрологию порового пространства почвы в виде физической модели цилиндрических капилляров разного размера с капиллярно-сорбционной влагой. На ряде засоленных почв методами электронной микроскопии (растровой и просвечивающей), энергодисперсионного анализа и EELS-спектроскопии показано, что устойчивость порового пространства этих почв к водным и механическим связана с микроагрегированностью за счет формирования глинисто-солевых микроагрегатов. Благодаря освоенным в проекте методам (томография порового пространства, измерение контактного угла смачивания, прямых определений давления барботирования, теплофизических характеристик) количественно доказана фундаментальная роль поверхности твердой фазы почв, поверхностных органических соединений в формировании устойчивой структуры порового пространства почв и водоустойчивой агрегатной структуры.

Natte zeef methode

Совокупная устойчивость почвы является способностью почвы противодействовать механическим или физико-химическим воздействиям. Структура почвы является очень важным фактором, от которого зависит рост растений. От структуры почвы зависит проникновение корней растений, ее способность к теплообмену и проницаемости для воздуха, возможность пропускания и удерживания влаги, условия прорастания, — все те факторы, которые особенно важны для фермеров.

Под структурностью почвы подразумевают ее способность естественно распадаться на структурные отдельности и агрегаты, состоящие из склеенных перегноем и иловыми частицами механических элементов почвы. На стабильность почв влияет структура почвы, тип минеральных частиц, органические вещества (гумус) и почвенные организмы и вяжущие вещества.
Среди механических воздействий разрушающих структуру почвы следует выделить обработку почвы, влияние тяжелой техники, животных, дождя. Физико-химическое воздействие — это, например, распад почв, набухание, усадка, дисперсия и флокуляция.
Распад почв это процесс расщепления и раскрошится почв в последствии влияния влаги, за счет набухания глинистых материалов, растворения вяжущих веществ и вытеснения воздуха из почвы. Это может привести к образованию коры на поверхности почвы, которая уменьшает возможность проникновения воды и инфильтрацию почвы за счет перемещения воды в нижние слои почвы.

Преимущества Аппарат мокрого просеивания

Определяет устойчивость к (капельной) эрозии
Работа предполагает простое распределение образцов
Гранулы 1,00–2,00 мм соединяются с водой и встряхиваются
Выпавшие гранулы легко измеряются
Заранее заданные программы времени промывания гранул
8 химически инертных стаканов позволяют использовать химические препараты
Универсальный штекер шнура питания 100–240 В

08.

13 Аппарат мокрого просеивания для определения стабильности почвы

Стандартный набор включает в себя вибрационный аппарат (включая адаптер переменного тока 100-240 В), в котором можно разместить 8 сыт из нержавеющей стали Ø 64×45 мм, банки для просеивания 39Х39 мм с отверстиями диаметром 0,250 мм и поверхностью сыта 10,2 см.кв.. Также доступны сита с различными отверстиями — от 2,0 до 0,045 мм. Совокупная стабильность мокрого агрегата определяется по принципу основанном на том, что при попадании в воду неустойчивые агрегаты распадаются легче, чем стабильные. Для определения устойчивости 8 сыт заполняются определенным количеством почвенных агрегатов. Эти сыта помещаются в банки для просеивания и наполняются водой, которая перемещается вверх-вниз на протяжении определенного периода времени. Нестабильные агрегаты расщепляются и проходят сквозь сыто, собираясь в заполненной водой банке под сытом. Процедура тестирования позволяет подсчитать индекс совокупной стабильности.

Применение

Аппарат мокрого просеивания используется в сельском хозяйстве и в сфере охраны окружающей среды (исследования эрозии почвы, деградации земель, засоления почвы и т. п.). Определение совокупной устойчивости почвы даст информацию о чувствительности почв к водной в ветровой эрозии, что можно предотвратить используя, например, мульчирующее покрытие (перегной).

Что такое структура почвы и почему это важно?

В предыдущей записи блога Здоровые почвы для здоровых деревьев , обсуждалась важность сохранения структуры почвы от разрушения в результате уплотнения. Вместе текстура почвы и структура почвы оказывают наибольшее влияние на поровое пространство в почве и на то, насколько легко воздух, вода и корни могут перемещаться через почву. Многие люди знают, с какой структурой почвы — пропорциями песка, ила и глины — они имеют дело на участке.Мало кто принимает во внимание структуру почвы, хотя, хотя для большинства почв структура так же важна, как и текстура. Два грунта с одинаковой текстурой могут вести себя по-разному в зависимости от своей структуры. Глинистая почва, например, может легко проходить воздух, вода и корни с хорошей структурой или быть почти непроницаемой для корней, воздуха и воды, когда ее структура разрушена уплотнением.

Как развивается структура почвы

Структура почвы — это то, как частицы почвы группируются в агрегаты (также называемые педалями).Они скреплены или связаны друг с другом физическими, химическими и биологическими процессами.

Физико-химические процессы, которые создают структуру почвы, включают:

Поливалентные катионы, такие как Ca2 +, магний Mg2 + и алюминий Al3 +, связывают частицы глины
Частицы почвы сближаются друг с другом за счет замораживания и оттаивания, увлажнения и высыхания, а также за счет проталкивания корней сквозь почву по мере их увеличения в длину и ширину.

Биологические процессы, которые формируют структуру почвы, включают:

Частицы почвы скреплены гумусом, органическими клеями, создаваемыми грибами и бактериями, разлагающими органические вещества, а также полимерами и сахарами, выделяемыми из корней.
Гифы грибов и тонкие корни стабилизируют агрегаты (Университет Миннесоты, 2002 г. ).

Таким образом, органическое вещество и корни растений играют ключевую роль в структуре почвы.

Как ухудшается структура почвы

Факторы, которые могут ухудшить или разрушить структуру почвы, включают, например:

Уплотнение
Выращивание
Удаление растительности
Чрезмерное перемещение и обработка почвы
Просеивание
Избыточный натрий

Высокое соотношение натрия, кальция и магния заставляет частицы глины отталкиваться друг от друга во влажном состоянии, поэтому агрегаты рассредоточиваются, и процесс формирования структуры почвы меняется на противоположный.Почвы со слишком большим содержанием натрия становятся почти непроницаемыми для воды, потому что диспергированная глина и мелкие органические частицы забивают оставшиеся поры почвы (Донахью и др., 1983). Чрезмерно высокий уровень натрия может быть результатом орошения и засоления дорог.

Различные типы почвенного строения

Структура грунта классифицируется по типу (форме), классу (размеру) подошв и степени (прочности сцепления) заполнителей. Форма, размер и прочность агрегатов определяют структуру пор и то, насколько легко воздух, вода и корни перемещаются через почву (Донахью и др., 1983).

На рис. 1 показаны различные типы почвенных агрегатов и то, как легко вода обычно проходит через каждый из этих типов.

Рисунок 1: Типы агрегатов почвы (изображение с сайта Victorian Resources на сайте http://vro.dpi.vic.gov.au/dpi/vro/vrosite.nsf/pages/soilhealth_soil_structure)

Гранулированная структура чаще всего встречается в поверхностных слоях почвы, особенно в тех, которые содержат достаточное количество органических веществ. Гранулированные структуры предлагают наибольшее пористое пространство из всех структур (совместное исследование почвы, дата публикации не указана).

Изображение из викторианских ресурсов (http://vro.dpi.vic.gov.au/dpi/vro/vrosite.nsf/pages/soilhealth_soil_structure)

Столбчатая структура часто встречается в почвах с избыточным содержанием натрия из-за диспергирующего действия натрия, который разрушает структуру почвы, делая почву эффективно герметичной для движения воздуха и воды (Cooperative Soil Survey, дата публикации не указана).

Изображение из викторианских ресурсов (http://vro.dpi.vic.gov.au/dpi/vro/vrosite.nsf/pages/soilhealth_soil_structure

Пластинчатая структура имеет наименьшее количество порового пространства и обычна для уплотненных грунтов (Совместное исследование почвы, дата публикации не указана).

Изображение из викторианских ресурсов (http://vro.dpi.vic.gov.au/dpi/vro/vrosite.nsf/pages/soilhealth_soil_structure

Некоторые почвы не имеют истинной структуры, как, например, мелкозернистые почвы (например, рыхлый песок с небольшим притяжением или отсутствием притяжения между песчинками) и массивные почвы (большие связные массы глины).

Изображение из викторианских ресурсов (http://vro.dpi.vic.gov.au/dpi/vro/vrosite.nsf/pages/soilhealth_soil_structure

Для получения дополнительной информации о структурной классификации почвы см. Ресурсы, перечисленные в разделе ссылок ниже.

Способы сохранения желаемой структуры почвы

Как поясняет Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США (2008): «методы, которые обеспечивают почвенный покров, защищают или приводят к накоплению органических веществ, поддерживают здоровье растений и избегают уплотнения, улучшают структуру почвы и увеличивают макропоры».

Другие ключевые методы сохранения структуры почвы включают отказ от просеивания почвы и минимизацию обработки, а также отказ от использования солей натрия.

Последствия для биологической ретенции

Сохранение структуры почвы может увеличить диапазон структур почвы, приемлемых для биологического удержания. Биологически удерживаемые почвы часто имеют песчаную основу, в первую очередь для обеспечения адекватной скорости инфильтрации. Содержание глины и ила часто ограничивается максимум 3–5 процентами, что очень, очень мало, ограничивая почвы песками в соответствии с текстурным треугольником почвы. В то время как глинистая почва, которая была просеяна и не имеет структуры, будет иметь очень низкую скорость инфильтрации, при правильной структуре многие почвы с большим количеством глины также могут иметь адекватную скорость инфильтрации. Повышение содержания глины выше очень низкого максимума в 3–5 процентов может обеспечить важные преимущества, включая повышение способности почвы удерживать воду и повышенную емкость катионного обмена, что увеличивает возможное удаление загрязняющих веществ. Однако при увеличении содержания глины имейте в виду, что чем выше содержание глины, тем важнее становится защита почвы от уплотнения и от избытка соли, поскольку глинистые почвы более склонны к уплотнению и потере структуры, а также к недопустимому снижению инфильтрации. скорости из-за рассеивания ионов натрия.

Список литературы

Совместное обследование почвы. Дата публикации не указана. Структура почвы — физические свойства. Загружено 27.11.2013 с http://soils.missouri.edu/tutorial/page9.asp

Донахью, Рой Л., Рэймонд В. Миллер и Джон К. Шиклуна. 1983. Почвы: и введение в почвы и рост растений. Пятое издание. Prentice-Hall, Inc .: Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси

Гипс, Эдвард Дж. 1992. Почвоведение и управление. Второе издание. Издательство Delmar, Inc.: Олбани, штат Нью-Йорк.

Расширение Университета Миннесоты. 2002. Почвовед. Загружено 27.11.2013 с http://www.extension.umn.edu/distribution/cropsystems/components/7399_02.html

Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США. 2008. Показатели качества почвы. Загружено 27.11.2013 с http://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/nrcs142p2_053261.pdf

Натали Шанстром — ландшафтный архитектор из Kestrel Design Group.

Изображение вверху предоставлено Flickr: Soil Science @ NC State

Структура почвы | Почвы — Часть 2: Физические свойства почвы и грунтовых вод

Структура — одна из определяющих характеристик почвенного горизонта. Почва демонстрирует только одну структуру на каждый горизонт почвы, но разные горизонты внутри почвы могут иметь разные структуры.Все почвообразующие факторы, особенно климат, влияют на тип структуры, развивающейся на каждой глубине. Гранулированная и комковатая структура обычно находится на поверхности почвы в горизонте А. Подземный слой, преимущественно горизонт В, имеет субугловую глыбовую, глыбовую, столбчатую или призматическую структуру. Пластинчатая структура может быть обнаружена на поверхности или в подпочве, в то время как однозеренная и бесструктурная структура чаще всего ассоциируется с горизонтом C. Перейдите к Почвы — Часть 1 , чтобы определить структуру различных горизонтов почв Холдрег, Нора, Шарпсбург и Валентайн.

Заполнители важны в почве, потому что они влияют на объемную плотность, пористость и размер пор. Поры внутри агрегата довольно малы по сравнению с порами между агрегатами и между отдельными частицами почвы. Такой баланс крупных и мелких пор обеспечивает хорошую аэрацию, проницаемость и водоудерживающую способность почвы.

Обработка почвы, падающие капли дождя и уплотнение в первую очередь ответственны за разрушение агрегатов. Когда режущая кромка почвообрабатывающего орудия протягивается сквозь почву, срезание в точке контакта разрушает агрегаты.Если обработка почвы ведется на одной и той же глубине в течение нескольких лет, может развиться почвосборник. Это одна из форм уплотнения. Частицы, которые когда-то были частью агрегатов, могут переориентировать себя и образовывать пластинчатые структуры. Степень разрушения агрегатов в результате обработки почвы зависит от количества энергии, которую почвообрабатывающий агрегат помещает в почву. Полевой культиватор имеет небольшое давление прижима и разрушает мало агрегатов. Диск, однако, имеет как режущее действие из-за вращения диска, так и режущее действие.Вместе есть существенное давление вниз и разрушение.

Агрегаты на поверхности почвы могут разрушаться под действием капель дождя. Отдельные частицы, которые когда-то были частью агрегата, могут легко образовывать корку при высыхании почвы. Корка очень похожа на корку, образовавшуюся на луже после дождя. Вода очень тяжело проникает в корку, а проростки пробиваются сквозь корку. Таким образом, полевые работы, ведущие к разрушениям агрегатов на поверхности почвы, имеют вторичные пагубные последствия.Частицы также могут подвергнуться эрозии, если они отделяются от дождя.

Уплотнение может привести к разрушению агрегатов на поверхности почвы и в недрах, если приложенная сила от движения колес, животных или людей превышает силу, удерживающую агрегат вместе. Полевые наблюдения показали, что уплотнение может вызвать разрушение гранулированной структуры на поверхности почвы и преобразование ее в блочную структуру, а также блочную или субугловую блочную структуру в недрах, чтобы стать бесструктурной.

Агрегации способствует рост корней и добавление органического материала. Корни выделяют соединения, которые используются в пищу микроорганизмами. Кроме того, когда корни впитывают воду и сушат почву, вдоль слабых сторон образуются трещины. Наконец, когда корни загнивают, корневые каналы служат проводниками для воды, что способствует смачиванию / сушке и замораживанию / оттаиванию.

Органический материал может быть добавлен в виде пожнивных остатков, навоза, ила и сидератов. Эти добавки обычно вносятся в поверхностный слой почвы и имеют решающее значение для развития зернистой и крошечной структуры.Поскольку органический материал вводится при обработке почвы, почвенными животными и микроорганизмами, он способствует развитию структуры почвы.

Структура почвы — обзор

Тестовые системы, воспроизводящие сельскохозяйственные условия

Сельскохозяйственные методы привели к серьезным изменениям структуры почвы. В частности, верхняя часть почвенного профиля на пахотных землях регулярно перемешивается и гомогенизируется для улучшения условий культивирования. Использование методов неповрежденной почвы и керна для пахотных почв требует значительных модификаций.Руководство Агентства по охране окружающей среды США рекомендует отодвигать вспаханную почву, собирать ядро недр и засыпать верхнюю часть микрокосма вспаханной почвой в лаборатории. Однако некоторые результаты предполагают, что более низкая биомасса сельскохозяйственных почв создает трудности при интерпретации результатов этих исследований из-за более высокой изменчивости и небольшого числа особей некоторых видов или таксонов, наблюдаемых в некоторых повторностях. Напротив, условия, создаваемые сельскохозяйственной практикой, могут быть воспроизведены с использованием просеянных почвенных систем, что приобретает большую актуальность для изучения воздействия химических веществ на эти сильно модифицированные агробиосистемы.

Испанский национальный институт сельскохозяйственных и пищевых исследований и технологий (INIA) разработал и протестировал набор специальных просеянных микрокосмов почвы под названием MS · 3. Пашня MS · 3 была специально разработана для воспроизведения этих условий. Система сочетает в себе высокую однородность реплик с реалистичным воспроизведением сельскохозяйственных условий, ожидаемых для пахотных земель. Их можно рассматривать как инструмент среднего уровня для оценки воздействия на почвенные организмы в трехмерных условиях, предлагающий компромисс между реалистичностью, воспроизводимостью и стоимостью.

Колонны для пашни MS · 3 состоят из цилиндрических держателей (поливинилхлорид (ПВХ) или метакрилат), открытых на верхнем конце и покрытых тонкой нейлоновой сеткой на нижнем конце, чтобы избежать потери почвы. Желтая бутылка с воронкой, прикрепленной к нижнему концу каждой системы, позволяет собирать фильтрат. Почва, используемая в этих исследованиях, должна быть типичной сельскохозяйственной почвой с известной историей; химические удобрения, навоз и отстой сточных вод, в качестве поправок, не должны применяться по крайней мере в течение последних 10 лет.Большой образец почвы должен быть взят из верхнего 20-сантиметрового слоя почвы, просеян (≤4 мм) и гомогенизирован перед использованием. Почва должна быть охарактеризована по почвенным дескрипторам, включая процентное содержание песка, ила и глины, объемную плотность, общий углерод, общий азот, максимальную водоудерживающую способность и т. Д. Ожидается, что такие свойства почвы, как pH или содержание органических веществ, будут играть важную роль. в поведении (потенциальное вымывание и биодоступность) тестируемых загрязнителей.

Конструкция МС · 3 — колонны с просеянным грунтом; почва обеспечивает активное микробное сообщество, а почвенные макроорганизмы (наземные растения и беспозвоночные) добавляются в столбцы.Могут использоваться сертифицированные семена трех сосудистых растений ( T. aestivum , Brassica rapa и Vicia sativa ), а также других растений, рекомендованных Организацией экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) для тестирования химических веществ; дождевые черви считаются соответствующими почвенными макробеспозвоночными, которые должны быть включены в эту собранную многовидовую систему, поскольку дождевые черви играют ключевую роль в поддержании структуры почвы и в регулировании динамики почвенного органического вещества.Использование стандартного вида Eisenia fetida ОЭСР позволяет проводить сравнения с большой базой данных результатов тестов на экотоксичность, доступной для этого вида.

Условия эксперимента могут быть адаптированы к целям и задачам исследования. Основными элементами, которые необходимо учитывать, являются: размер колонки (высота и внутренний диаметр) и количество почвы на колонку (обычно 2–10 кг), метод внесения вещества или материала, подлежащего тестированию (например, нанесение распылением, нанесение с поливная вода или прямое смешивание с верхним слоем почвы или со всем столбом почвы), время воздействия (от недель до месяцев), цикл свет / темнота, условия полива или имитации дождя и, очевидно, конечные точки, которые должны быть измерены во время и во время конец эксперимента и количество повторов на обработку.

Доступно несколько стандартных тестов. Для тестирования агрохимикатов и смесей или пригодности для сельского хозяйства, например удобрений, навоза, отстоя сточных вод или компоста для твердых бытовых отходов, которые будут использоваться в качестве колонок для внесения поправок в почву высотой 30 см и внутренним диаметром 20 см, которые заполняются 8–10 кг (в зависимости от почвы). плотность) 4 мм просеянной почвы. Следует рассмотреть как минимум три ответа для каждой экспериментальной и контрольной группы. Применение тестируемого соединения должно имитировать ожидаемое сельскохозяйственное применение, обычно распыление большинства пестицидов и распределение / смешивание с верхним слоем почвы для удобрений и почвенных добавок.Следующие условия актуальны для температурной зоны и позволяют сравнивать с данными одновидовых испытаний: период воздействия 21 день, ежедневное моделирование полива / дождя 100–150 мл воды, контролируемая температура около 20 ° C, влажность около 55 –60%, и цикл свет / темнота 16/8 ч. Фильтрат собирают еженедельно в течение 21 дня воздействия.

По окончании периода экспозиции открываются системы MS · 3; Образцы почвы, сточных вод, растений и беспозвоночных берутся на химический и экотоксикологический анализ.Подсчитываются растения для определения индекса прорастания, продукции биомассы или влияния на длину. Ферментативная активность (дегидрогеназа, фосфатазы и уреаза) и частота дыхания являются конечными точками для оценки воздействия на функциональность почвы (микроорганизмы). Испытания на экотоксичность ( Daphnia magna , Chlorella vulgaris и in vitro токсичность на клетках гонад радужной форели (RTG) -2) проводятся на продуктах выщелачивания, чтобы оценить их токсичность как меру подвижность токсичных соединений и / или токсичных метаболитов; предупреждение о потенциальных последствиях, связанных с загрязнением подземных и дренажных вод.Применяемые химические вещества и / или их метаболиты также могут быть измерены в образцах почвы и фильтрата, а также в растениях и дождевых червях для измерения потенциала биоаккумуляции.

Структура почвы | Окружающая среда, земля и вода

Распечатать

Структура почвы — это то, как частицы почвы группируются вместе с образованием агрегатов (или слоев).Эти агрегаты различаются по размеру и форме от мелких крошек до крупных блоков.

Как могут располагаться частицы почвы

Некоторые почвы напоминают большую твердую безликую массу, называемую массивной, и имеют небольшую структуру или вообще не имеют ее. Например, очень песчаные почвы не имеют структуры, потому что песчинки не слипаются.

Хорошие почвы подходят между двумя крайностями. Хорошо структурированная почва легко распадается на глыбы определенной формы (например, гранулированная или глыба) и размером (1–60 мм).

Хорошая структура важна, так как она позволяет воде впитываться в почву, а излишки воды стекать. Это также позволяет воздуху проходить через почву. Почва, воздух и вода жизненно важны для здорового роста растений и обеспечения их питательными веществами.

Примеры различных типов структуры почвы: а) блочная, б) столбчатая, в) массивная, г) однозеренная, д) пластинчатая.

Пешеходные дорожки

Пески состоят из минеральных частиц (глины, ила, песка) и органических веществ. Пески удерживаются вместе электрическими зарядами на поверхностях минералов и органических веществ.

Хотя частицы глины маленькие, у них большая площадь поверхности. Например, поверхность глины в чайной ложке черной трескающейся глинистой почвы равна площади поверхности теннисного корта.

Такие глины и почвы с большим количеством органических веществ более склонны к образованию сильных зарослей. Песчаные почвы или почвы с небольшим содержанием органического вещества часто практически не развиваются.

Педы описываются по их форме, например: блочные, столбчатые, массивные, однозернистые или пластинчатые.

Основы почвы | Американское общество почвоведов

Что делает почву, почву?

Текстура — частицы, из которых состоит почва, делятся на три группы по размеру: песок, ил и глина .Частицы песка самые большие, а частицы глины самые маленькие. Хотя почва может состоять из песка, глины или ила, это редко. Вместо этого большинство почв представляют собой комбинацию трех.

Относительное процентное содержание песка, ила и глины определяет текстуру почвы. Например, суглинистая почва содержит примерно равные части песка, ила и глины.

Структура — Структура почвы — это расположение частиц почвы в небольшие комки, называемые «педами». Подобно тому, как ингредиенты в тесте для торта связываются вместе, образуя пирог, частицы почвы (песок, ил, глина и органические вещества) связываются вместе, образуя лепешки.Пешеходы имеют различную форму в зависимости от их «ингредиентов» и условий, в которых они образовались: намокание и высыхание, замерзание и оттаивание — даже люди, идущие по земле или обрабатывающие ее, влияют на форму пешеходов.

Форма педа примерно напоминает шары, блоки, колонны и тарелки. Между пешеходами есть промежутки или поры, в которых движутся воздух, вода и организмы. Размеры пор и их форма варьируются от структуры почвы к структуре почвы.

Текстура и структура почвы многое говорят нам о ее поведении.Например, зернистые почвы с суглинистой структурой являются лучшими сельскохозяйственными угодьями, поскольку они хорошо удерживают воду и питательные вещества. Однозернистые почвы с песчаной текстурой не могут быть хорошими сельскохозяйственными угодьями, потому что вода стекает слишком быстро. Плоские почвы, независимо от текстуры, заставляют воду прудиться на поверхности почвы.

Цвет — Цвет может рассказать нам о минеральном составе почвы. Почвы с высоким содержанием железа имеют цвет от темно-оранжевого до желтовато-коричневого. Те, у которых много органического материала, темно-коричневые или черные; фактически, органические вещества маскируют все другие красители.

Color также может сказать нам, как ведет себя почва. Хорошо дренируемая почва ярко окрашена. Тот, который часто бывает мокрым и мокрым, имеет неравномерный (пестрый) узор из серых, красных и желтых оттенков.

Управление почвами

Текстура почвы и структура почвы — это уникальные свойства почвы, которые будут иметь глубокое влияние на поведение почвы, такие как водоудерживающая способность, удержание и поставка питательных веществ, дренаж и выщелачивание питательных веществ.

Что касается плодородия почвы, более грубые почвы обычно имеют меньшую способность удерживать и удерживать питательные вещества, чем более мелкие почвы. Однако эта способность снижается, поскольку мелкозернистые почвы подвергаются интенсивному выщелачиванию во влажной среде.

Текстура почвы

Текстура почвы играет важную роль в управлении питательными веществами, поскольку влияет на удержание питательных веществ. Например, почвы с более мелкой текстурой, как правило, обладают большей способностью накапливать почвенные питательные вещества.

В нашем обсуждении минерального состава почвы мы упоминали, что минеральные частицы почвы присутствуют в широком диапазоне размеров. Напомним, что фракция мелкозема включает все частицы почвы размером менее 2 мм. Частицы почвы в этой фракции делятся на 3 отдельных класса размеров, которые включают песок, ил и глину. Размер песчинок колеблется от 2,0 до 0,05 мм; ил 0,05 мм и 0,002 мм; и глина менее 0,002 мм. Обратите внимание, что частицы глины могут быть более чем в тысячу раз меньше, чем частицы песка.Эта разница в размерах в значительной степени связана с типом основного материала и степенью выветривания. Частицы песка, как правило, являются первичными минералами, не претерпевшими значительного выветривания. С другой стороны, частицы глины являются вторичными минералами, которые являются продуктами выветривания первичных минералов. По мере продолжения выветривания частицы почвы разрушаются и становятся все меньше и меньше.

Текстурный треугольник

Текстура почвы — это относительные пропорции песка, ила или глины в почве.Текстурный класс почвы представляет собой группу почв, основанную на этих относительных пропорциях. Почвы с самой мелкой текстурой называются глинистыми почвами, а почвы с самой крупной текстурой — песками. Однако почва, которая имеет относительно однородную смесь песка, ила и глины и проявляет свойства каждого по отдельности, называется суглинком. Существуют разные типы суглинков, в основе которых наиболее часто присутствует отдельная почва. Если процентное содержание глины, ила и песка в почве известно (в основном посредством лабораторного анализа), вы можете использовать текстурный треугольник для определения класса текстуры вашей почвы.

Рисунок 15 . Текстурный треугольник. Текстурный треугольник описывает относительные пропорции песка, ила и глины в различных типах почв.
Источник: http://soils.usda.gov/technical/manual/print_version/complete.html

Основные текстурные классы почв Мауи представлены в Таблице 3 . Каждый из текстурных классов, перечисленных в таблице 3, представляет собой мелкозернистые почвы. Как видите, исследования почвы показывают, что более 90% почв Мауи имеют мелкозернистую структуру.Это во многом связано с типом материнского материала большинства почв Гавайев, которым является базальт. Поскольку базальт представляет собой камень с мелкой текстурой, он превращается в мелкозернистую почву. Относительное количество глины имеет большое значение в почве.

Таблица 3. Основные текстурные классы почв Мауи

Текстурный класс	Процент почв Мауи, относящихся к основным классам текстуры
Глина илистая	44%
Суглинок илистый	23%
Илистый суглинок	11%
Суглинок	10%
Глина	5%

Чтобы узнать больше о текстурном треугольнике и текстурных классификациях почвы, нажмите на анимацию из Университета штата Северная Каролина ниже:
http: // course.почва.ncsu.edu/resources/physics/texture/soiltexture.swf

Важность глины и других частиц аналогичного размера

Частицы глины, как и другие частицы аналогичного размера, являются важными компонентами почвы. Существует фундаментальная разница между почвами, которые содержат большое количество частиц песка, и почвами, которые содержат большое количество очень мелких частиц, таких как глина. Эта разница — площадь поверхности. Общая площадь поверхности данной массы глины более чем в тысячу раз превышает общую площадь поверхности частиц песка той же массы.Чтобы представить эту идею в перспективе, представьте себе один куб с 6 сторонами. Этот куб представляет собой частицу песка. Теперь представьте, что вы разбиваете этот единственный куб на 100 кубиков меньшего размера, которые представляют собой 100 частиц глины. У этих 100 кубиков по 6 сторон. По сути, разбив большой куб, вы открыли гораздо больше поверхностей. Таким образом, общая площадь поверхности меньших кубиков будет намного больше, чем площадь поверхности одного куба.

Для дальнейшего изучения этой концепции просмотрите короткую анимацию, щелкнув следующую ссылку на Университет штата Северная Каролина:
http: // курсы.почва.ncsu.edu/resources/physics/texture/soilgeo.swf

Это увеличение площади поверхности имеет важное значение для управления питательными веществами, поскольку оно обеспечивает много мест для частиц почвы, чтобы удерживать и поставлять питательные вещества (такие как кальций, калий, магний, фосфат) и воду для поглощения растениями

Типы очень мелких частиц в почве

Наиболее распространенные глинистые минералы в почве Мауи — это слоистых силикатных глин, или филлосиликатов .Существуют различные типы слоистых силикатов, такие как каолинит, галлуазит, монтмориллонит и вермикулит. Как мы обсудим позже, различные типы слоистых силикатов сильно различаются.

Чтобы получить более подробную информацию о различных минералах из слоистой силикатной глины, нажмите на ссылку ниже и прокрутите вниз до «Филосиликатной комнаты»:
http://www.soils.wisc.edu/virtual_museum/silicates.html

Аморфные минералы, такие как аллофан, имоголит и ферригидрид , могут быть найдены в вулканических почвах Гавайев, образовавшихся из вулканического пепла.Как и силикатные глины, эти минералы имеют очень большую площадь поверхности. В результате почвы с аморфными минералами содержат большое количество воды и запасенных питательных веществ, в зависимости от степени выветривания.

Оксиды алюминия и железа обычно встречаются в сильно выветренных почвах тропиков. По мере интенсивного выветривания глинистых минералов структура силикатных глин изменяется. В частности, силикатные глины теряют кремнезем. В почве остаются оксиды алюминия и железа.Гиббсит является примером оксида алюминия, который имеет серовато-беловатый оттенок. Гетит является примером оксида железа, придающего почве красноватый цвет.

Свойства оксидов

Оксиды достаточно стабильны и устойчивы к дальнейшим атмосферным воздействиям.
Оксиды могут действовать как клей и удерживать вместе другие частицы почвы.
Оксиды могут связывать питательные вещества, например фосфор.
Оксиды обладают высокой анионообменной способностью (AEC).

Гумус — это часть органического вещества, которая наиболее устойчива к разложению и остается в почве. Гумус состоит из мелких частиц с огромной площадью поверхности. Эти частицы обладают очень большой способностью удерживать и поставлять питательные вещества, а также удерживать воду.

Структура почвы

Структура почвы — это расположение частиц почвы в группы.Эти группы называются педами или агрегатами, которые часто образуют отличительные формы, обычно встречающиеся в определенных горизонтах почвы. Например, для поверхностного горизонта характерны зернистые частицы почвы.

Агрегация почвы — важный показатель удобоукладываемости почвы. Считается, что хорошо агрегированные почвы имеют «хорошую вспашку». Различные типы грунтовых конструкций представлены в , Таблица 4 .

Таблица 4 .Типы почвенных структур в почвах

Источник: http://www.cst.cmich.edu/users/Franc1M/esc334/lectures/physical.htm

Почвенные агрегаты

Обычно только очень мелкие частицы образуют агрегаты, которые включают силикатные глины, минералы вулканического пепла, органические вещества и оксиды. Существуют различные механизмы агрегации почвы.

Механизмы агрегации почв

Почвенные микроорганизмы выделяют вещества, которые действуют как вяжущие вещества и связывают частицы почвы вместе.
У грибов есть волокна, называемые гифами, которые проникают в почву и связывают частицы почвы вместе.
Корни также выделяют в почву сахар, который помогает связывать минералы.
Оксиды также действуют как клей и соединяют частицы вместе. Этот процесс агрегации очень характерен для многих сильно выветрившихся тропических почв и особенно распространен на Гавайях.
Наконец, частицы почвы могут естественным образом притягиваться друг к другу за счет электростатических сил, подобно притяжению между волосами и воздушным шаром.

Общая стабильность

Стабильная агрегация почвы — очень ценное свойство продуктивных почв. Тем не менее, устойчивость почвенной агрегации во многом зависит от типа минералов, присутствующих в почве. Некоторые глинистые минералы образуют очень устойчивые агрегаты, тогда как другие глинистые минералы образуют слабые агрегаты, которые очень легко распадаются.

Сильно выветрившиеся силикатные глины, оксиды и аморфные вулканические материалы, как правило, образуют наиболее устойчивые агрегаты.Присутствие органических веществ в этих материалах улучшает образование стабильных агрегатов. В управлении питательными веществами важна агрегированная стабильность, потому что хорошо агрегированные минералы хорошо дренируются и вполне пригодны для обработки.

Напротив, менее выветрившиеся силикатные глины, такие как монтмориллонит, образуют слабые агрегаты. Некоторые силикатные глины обладают способностью к набуханию при усадке. Это означает, что минеральные вещества почвы расширяются или набухают при намокании, в результате чего почва становится липкой и плохо дренируется.При высыхании эти почвы усыхают и образуют трещины. Состав кристаллической решетки силикатных глин определяет потенциал набухания при усадке. Хотя на Мауи нет почв, способных к набуханию при усадке, эти почвы можно найти на Молокаи.

Для простого обсуждения химического состава почвенных глин щелкните следующую ссылку:
http://www.aehsmag.com/issues/2002/june/soilclays.htm

Чтобы узнать больше о структуре силикатных глин, щелкните следующую ссылку из Университета Флориды:
http: // grunwald.ifas.ufl.edu/Nat_resources/silicates/silicates.htm

Науки о почвенных системах | Какая структура почвы?

Почвенные агрегаты из темной глинистой почвы. Фото любезно предоставлено Пепе Альваресом (Технический университет Картахены, Испания).

Структура почвы является результатом пространственного расположения твердых частиц почвы и связанных с ними порового пространства. Агрегация в основном зависит от состава и текстуры почвы, но также сильно зависит от других факторов, таких как биологическая активность, климат, геоморфические процессы или действие огня.Структура — это типичное морфологическое свойство почвы, позволяющее дифференцировать почву от геологического материала. Из-за своей важности структура — это свойство, обычно описываемое в исследованиях почв

Органические и минеральные частицы почвы не изолированы друг от друга, а образуют структурные агрегаты (также называемые «педами»). В 1961 году Блэкмор и Миллер наблюдали, как Ca-монтмориллонит может быть организован в группы из четырех или пяти частиц, в зависимости от различных характеристик почвы.

Тонкий участок поверхности песчаной почвы в свете перекрестной поляризации, на котором видны песчинки и ячеистый растительный материал.Фото Лауры Гарджуло. Щелкните, чтобы увидеть исходное изображение на Imaggeo.

Тот факт, что частицы почвы не образуют сплошную и компактную массу, а связаны между собой, включают взаимосвязанное поровое пространство, делает возможным развитие жизни в почве. Объем, образованный порами, каналами, камерами и трещинами, позволяет перемещаться жидкостям (воздуху и воде) в почве, обеспечивая благоприятную среду для микробной активности и облегчая рост корней растений.

Некоторые авторы считают, что более чем одно свойство, структура — это состояние почвы, потому что, когда она высыхает, она становится прозрачной, но если она влажная, почва становится массивной, трещины не различимы, а структура исчезает.

Текстура, биологическая активность и ряд физико-химических условий позволяют агрегировать частицы почвы. Преобладание того или иного процесса создает различные типы структур. Агрегация в значительной степени обусловлена коллоидами (глина и органическое вещество) и веществами, вяжущими почву (карбонаты, полуторные оксиды и т. Д.), Которые покрывают твердые частицы, включая их в группы (агрегаты). Если доля коллоидов или вяжущих веществ слишком мала, твердые частицы остаются диспергированными.Флокуляция коллоидов приводит к соосаждению коллоидных частиц (глины и органического вещества) с образованием микроагрегатов (<250 мкм), которые затем развиваются, что приводит к макроагрегатам (> 250 мкм). При образовании мелких тканевых единиц (кластеров и доменов) неорганические связи являются наиболее важными, в то время как в агрегированной стабилизации более важную роль играют органические (гуминовые цементы).

Флокуляция, вызванная катионами в почвенном растворе, играет важную роль в развитии агрегатов.Кальций и магний (в известковых почвах) или железо и алюминий (в кислых почвах) способствуют образованию устойчивых агрегатов. Напротив, одновалентные катионы, такие как натрий, вносят вклад в диспергирование агрегатов. Кроме того, такие вяжущие вещества, как карбонат кальция (в известковых почвах) или оксиды железа (кислые почвы), могут усиливать агрегацию почвы. В образовании макроагрегатов также участвуют биологические агенты, так как растения (корни), животные (дождевые черви, членистоногие и др.), Микроорганизмы (бактерии и особенно грибы) также важны.

Фрагмент карбоната кальция из вскрытого петрокальциевого горизонта. Фото А. Йордана. Щелкните, чтобы увидеть исходное изображение на Imaggeo.

Степень развития структуры и агрегативной устойчивости зависит от типа присутствующих частиц и возникающих сил притяжения / отталкивания. Это может привести к упаковке частиц или образованию агрегатов. Упаковка важна, когда силы притяжения / отталкивания незначительны в отсутствие электрического заряда (например, между частицами песка).В песчаных почвах поверхностное натяжение пленки воды, адсорбированной на поверхности зерен, может вызывать определенную связывающую способность.

Суммарная стабильность

Структура почвы не является стабильным параметром; он может варьироваться в зависимости от погодных условий, управления, почвенных процессов и т. д. В целом, наиболее важными причинами ухудшения структуры почвы являются:

Расширение набухающих глин (монтмориллонитового типа) во влажные периоды.
Дождь, особенно если он приводит к сильному растворению катионов, что способствует флокуляции коллоидов.
Потеря органического вещества (часто встречается на возделываемых или эродированных почвах).
Подкисление, приводящее к дестабилизации микроагрегатов.

Классификация конструкции

Структура почвы может быть классифицирована по наличию коллоидных частиц почвы и их взаимодействию с более крупными частицами. В соответствии с этим структуру почвы можно разделить на три основные категории:

Слабо освоенные почвы на песчаных равнинах под соснами обыкновенной в Национальном парке Дзукия (Литва).Фото А. Йордана. Щелкните, чтобы увидеть исходное изображение на Imaggeo.

Однозернистый. Коллоидов мало, в текстурном составе почвы преобладают крупные частицы, не способные к агрегации, зерновая структура особенно рыхлая.

Песчаный грунт из Могуэра (Уэльва, юго-запад Испании).

Совокупно. Коллоиды присутствуют в умеренном количестве, а крупные частицы расположены в виде небольших комков или агрегатов. Заполнители относительно пористые, что способствует аэрации и проницаемости почвы.
Массивный. Если присутствие коллоидных частиц является преобладающим, почва кажется цементированной в одну большую массу из-за уменьшения объема пор, тем самым уменьшая аэрацию и дренаж. В засушливый период глинистые почвы становятся массивными. При наличии набухающих глин появляются усадочные трещины.

В случае агрегированных почв агрегаты можно классифицировать по морфологии в различные группы. По данным ФАО, типы структуры почвы следующие:

Блочный.Блоки или многогранники, почти равноразмерные, с плоскими или слегка закругленными поверхностями, которые являются слепками граней окружающих агрегатов. Подразделение рекомендуется на угловые, при которых грани пересекаются под относительно острыми углами, и субугловые блочные грани, пересекающиеся под скругленными углами.

Студенты-почватели, описывающие блочный агрегат из лесной почвы, образовавшейся на выветрившихся сланцах недалеко от Альмаден-де-ла-Плата (Севилья, Юго-западная Испания). Автор фото: Йордан. Щелкните, чтобы увидеть исходное изображение на Imaggeo.

Угловой блочный заполнитель из красной глинистой почвы (Chromic Luvisol) с разрезом и острыми краями. Грани агрегата пересекаются в основном под относительно острыми углами в результате набухания и усадки глины. Фото А. Йордана. Щелкните, чтобы увидеть исходное изображение на Imaggeo.

Гранулированный. Сфероиды или многогранники с изогнутыми или неправильными поверхностями, которые не являются слепками граней окружающих агрегатов.

Гранулированная структура на поверхности почвы.Фотография любезно предоставлена Хуаном Хилем (Университет Кордовы, Испания).

Platy. Квартира с ограниченными вертикальными размерами; обычно ориентированы в горизонтальной плоскости и обычно перекрывают друг друга.

Почвенные агрегаты с пластинчатой структурой у подножия мергельного холма недалеко от Роты (Кадис, юго-запад Испании). Фото А. Йордана. Нажмите, чтобы увидеть исходное изображение на Imaggeo.

Призматический. Размеры ограничены по горизонтали и вытянуты по вертикальной плоскости; вертикальные грани четко очерчены; имеющие плоские или слегка закругленные поверхности, являющиеся слепками граней окружающих агрегатов.Грани обычно пересекаются под относительно острыми углами.

Призматические агрегаты почвы из Посадаса (Кордова, Юго-Западная Испания). Фото любезно предоставлено Хосе М. Ресио (Университет Кордовы, Испания)

Колонна. Призматические конструкции с закругленными шляпками выделяются как столбчатые.
Структура горных пород Структура горных пород включает тонкую стратификацию в рыхлых отложениях и псевдоморфозы выветрелых минералов, сохраняющих свое положение относительно друг друга, и невыветрелых минералов в сапролите из консолидированных пород.
Клиновидная. Эллиптические, сцепляющиеся линзы, оканчивающиеся острыми углами, ограниченные сторонами скольжения; не ограничивается вертикальными материалами.
Крошки, комки и комки В основном создаются искусственным воздействием, например обработка почвы.

Устный перевод

Агрономически хорошо структурированные почвы легко крошатся при высыхании. Таким образом, в относительно сухом состоянии его можно легко обрабатывать, а во влажном состоянии он не прилипает к инструментам.

Поверхность агрегированных почв способствует прорастанию всходов и проникновению воды.Хорошая агрегация предотвращает уплотнение почвы и дальнейшее образование поверхностных корок.

Загрязненная поверхность почвы из-за дождевых брызг на посевных площадях недалеко от Севильи (юго-запад Испании). Фото А. Ордана. Щелкните, чтобы увидеть исходное изображение на Imaggeo.

В агрегированных почвах улучшенная инфильтрация воды снижает сток и водную эрозию, увеличивая доступность воды для растений. Кроме того, агрегированные почвы обеспечивают беспрепятственный поток воды, воздуха и питательных веществ, способствуют развитию и активности аэробных микроорганизмов, почвенной фауны и проникновению корней.Хорошо структурированная почва более устойчива к эрозии, чем рыхлые частицы песка, ила, глины и органических веществ.

Узнать больше

Barthès B, Roose E. 2002. Стабильность агрегатов как индикатор восприимчивости почвы к стокам и эрозии; проверка на нескольких уровнях. Catena 47, 133–149.

Barto EK, Alt F, Oelmann Y, Wilcke W, Rillig MC. 2010. Вклад биотических и абиотических факторов в агрегацию почвы через градиент землепользования. Биология и биохимия почвы 42, 2316-2324.

Блэкмор А.В., Миллер Р.Д. 1961, Размер тактоидов и осмотическое набухание в монтмориллоните кальция. Журнал Американского общества почвоведов, 25, 169–173.

Boix-Fayos C, Calvo-Cases A, Imeson AC, Сориано-Сото, Мэриленд. 2001. Влияние почвенных свойств некоторых средиземноморских почв и использование совокупного размера и стабильности в качестве индикаторов деградации земель. Катена 44, 47-67.

Cerdà A. 1998. Агрегативная устойчивость почвы при различных типах средиземноморской растительности. Катена 32, 73-86.

Коломбо К., Торрент Дж. 1991. Взаимосвязь между агрегацией и оксидами железа в почвах Terra Rossa из южной Италии. Catena 18, 51-59.

FAO. 2006. Методические указания по описанию почв. Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. Рим.

Харрис РФ, Честерс Дж., Аллен О.Н., Атто О.Дж. 1964. Механизмы стабилизации почвенных агрегатов грибами и бактериями. Слушания Американского общества почвоведов, 28, 529-532.

Hoogmoed WB, Строоснийдер Л.1984. Образование корки на песчаных почвах Сахеля. Исследование почвы и обработки почвы 4, 5-24.

Kleijn WB, Oster JD. 1982. Модель набухания глин и образования тактоидов. Глины и минералы глины 30, 383-390.

Le Bissonnais Y. 1996. Стабильность агрегатов и оценка корки и эродируемости почвы: I. Теория и методология. Европейский журнал почвоведения 47, 425-437.

Oades JM. 1984. Органическое вещество почвы и структурная стабильность: механизмы и последствия для управления.Растения и почва 76, 319-337.

Oades JM. 1993. Роль биологии в формировании, стабилизации и деградации структуры почвы. Геодерма 56, 377-400.

Mataix-Solera J, Cerdà A, Arcenegui V, Jordán A, Zavala LM. 2011. Воздействие огня на агрегацию почвы: обзор. Обзоры наук о Земле 109, 44-60.

Rengasamy P, Грин RSB, Ford GW. 1984. Роль глинистой фракции в расположении частиц и устойчивости почвенных агрегатов — обзор. Clay Research 32, 53-67.

Персонал отдела исследования почв. 1993. Пособие по обследованию почв. Служба охраны почв. Справочник Министерства сельского хозяйства США 18.

СТРУКТУРА ПОЧВЫ • Большая российская энциклопедия

Структурный состав почвы

Структура почвы

Структура почвы

Гранулометрический состав почвы

Структура почвы и факторы, изменяющие ее при орошении Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Почвенная структура и структура порового пространства почв: характеристики, функции, взаимосвязь — НИР

Natte zeef methode

08.

Применение

Что такое структура почвы и почему это важно?

Как развивается структура почвы

Как ухудшается структура почвы

Различные типы почвенного строения

Способы сохранения желаемой структуры почвы

Последствия для биологической ретенции

Список литературы

Структура почвы | Почвы — Часть 2: Физические свойства почвы и грунтовых вод

Структура почвы — обзор

Тестовые системы, воспроизводящие сельскохозяйственные условия

Структура почвы | Окружающая среда, земля и вода

Пешеходные дорожки

Основы почвы | Американское общество почвоведов

Что делает почву, почву?

Управление почвами

Текстура почвы

Текстурный треугольник

Важность глины и других частиц аналогичного размера

Структура почвы

Почвенные агрегаты

Механизмы агрегации почв

Общая стабильность

Науки о почвенных системах | Какая структура почвы?

Суммарная стабильность

Классификация конструкции

Устный перевод

Узнать больше

Добавить комментарий Отменить ответ