» » Порозность и внутренняя поверхность почвы

Порозность и внутренняя поверхность почвы

Порозность почвы

Любая почва всегда является пористым телом, но общая порозность, характер, размеры и конфигурация пор в разных почвах различны и связаны с общей морфологией почв и генезисом почв и почвообразующих пород. Почвенная порозность является результатом нескольких явлений, связанных с физикой почвенного тела: упаковки и переупаковки частиц, микро- и макроагрегатов; растрескивания почвенной массы в результате противоположно действующих процессов (увлажнение — высыхание, охлаждение — нагревание и отсюда набухание — сжатие); заполнения свободного пространства подвижным почвенным материалом; жизнедеятельности живой фазы почвы (корневые системы растений, почвенная фауна, микроорганизмы); выщелачивания растворимых веществ; газовыделения. Все эти причины действуют обычно в комплексе и одновременно, но одни проявляются более интенсивно, другие менее в зависимости от типа и стадии почвообразования и характера почвообразующей породы. Характер почвенной порозности в сильной степени зависит от ее структурного состояния. В оструктуренных почвах порозность всегда выше, чем в бесструктурных, особенно в массивных, слитых. Естественно, зависит она и от типа структуры: одно дело — рыхло упакованные зернистые или комковатые агрегаты, а другое — плотно прилегающие друг к другу призмо-видные. Зависит почвенная порозность в сильней степени от гранулометрического состава почвы, ее гумусированности, биогенности, водного режима. В связи с тем, что почва всегда имеет какую-то степень агрегированности и определенную структуру, порозность может быть интраагрегатной (внутриагрегатной), интерагрегатной (межагрегатной) и трансагрегатной (внеагрегатной, чрезагрегатной). Часть пор, особенно наиболее мелкие, капиллярные поры, микропоры, ультрамикропоры сосредоточены внутри агрегатов. Другие, как правило наиболее крупные поры, стыковые поры, поры-трещины, поры-полости, располагаются между агрегатами. Наконец, поры-каналы, связанные с ходами корней или роющих животных, имеют внеагрегатный характер, располагаясь либо между агрегатами, либо частично пересекая их. Как общая порозность, так и характер пор, сильно меняются по профилю почвы от горизонта к горизонту. Как правило, в гумусовых горизонтах почв порозность максимальная и существенно уменьшается по мере приближения к горизонту С. Морфологически порозность почв может быть исследована как в полевых, так и в лабораторных условиях при изучении их в ненарушенном состоянии. При этом главное внимание уделяется характеру, конфигурации и размеру пор. При макроморфологическом изучении пор в полевых условиях на стыке почвенного разреза невооруженным глазом либо с помощью лупы можно исследовать многие качественные особенности почвенной порозности, часто имеющие диагностический характер. Такое исследование должно быть систематическим, чтобы быть полным и результативным. Обычные рекомендации, даваемые инструкциями по полевому исследованию почв, в этом отношении нельзя признать удовлетворительными, так как при поверхностном подходе упускаются многие важнейшие особенности. Прежде всего необходимо различать собственно поры и трещины в почве, поскольку это два генетически различных типа почвенных пустот, связанных с разными комплексами процессов н явлений в почвах. Трещины — это вытянутые в двух направлениях (по глубине или по горизонтали) при относительно малой ширине полости в почве, являющиеся результатом сжатия, расширения или усадки почвенной массы в процессах увлажнения — высыхания, охлаждения — нагревания, замерзания — оттаивания и просадки. Чем более глинистая почва, чем больше она содержит монтмориллонитовых минералов, чем меньше она оструктурена, тем в большей степени она подвергается растрескиванию. Способствует растрескиванию почвы наличие пептизированных коллоидов. Наибольшей трещиноватостью в естественном состоянии характеризуются глинистые почвы, находящиеся в условиях контрастных водно-тепловых режимов: языковатые, щельные почвы в районах с длительной сезонной мерзлотой, вертисоли и близкие к ним почвы в условиях периодического чередования интенсивного увлажнения и интенсивного просыхания, такыры и такыровидные почвы в пустынях и полупустынях, полигональные почвы в арктике и субарктике, свежие наилки в поймах. В плане это, как правило, гексагональная сеть трещин с узлами третьего порядка, глубина которых определяется особенностями анизотропности почвенной массы по вертикали, и прежде всего строением почвенного профиля. Глубина поверхностных трещин может варьировать в очень широких пределах от нескольких миллиметров до 1 — 2 м. Ширина трещин также довольно разнообразная: от долей миллиметра до 10 — 20 см. Растрескивание почвенной массы может иметь место не только с поверхности, но и внутри почвенного профиля, причем поверхностная и внутрипочвенная трещиноватость могут быть н обычно бывают не связанными между собой, так как являются результатом действия различно направленных и разновременных сил, действующих на почвенную массу. Внутрипочвенные трещины — это обычно поверхности раздела между структурными агрегатами разных порядков в подповерхностных почвенных горизонтах. В ненарушенном сложении в почве они имеют незначительную ширину, обычно измеряемую долями миллиметра, и располагаются между точно соответствующими друг другу четко оформленными (часто покрытыми корочкой или пленкой) гранями прилегающих структур-£ЦС ных отдельностей. Они редко имеют значительную протяженность и формируют относительно густую неправильную сеть в вертикальном и горизонтальном направлениях. Микротрещины могут образовывать более или менее густую сеть и внутри структурных отдельностей, разделяя агрегаты разных порядков. Соответственно в сильнотрещиноватых почвах имеется весьма сложная сеть трещин разных порядков, включая микротрещины внутри структурных отдельностей. Трещины составляют лишь часть почвенной порозности, преимущественно межагрегатной порозности. В сильнотрещиноватых почвах они могут занимать более половины объема всех пор почвы. В обычных же условиях преобладают иные поры самой разнообразной конфигурации и различного генезиса. Форма пор определяется их генетической природой, хотя и не всегда однозначно, что видно из следующего сопоставления:
поры растрескивания;
плоскопараллельные трещины;
нерегулярные поры; поры упаковки
нерегулярные поры;
плоскопараллельные трещины;
камерные поры; поры-ходы
трубчатые поры; поры выщелачивания
камерные поры;
пузырьковые поры; поры газовыделения
пузырьковые поры;
камерные поры.
Значительное разнообразие форм почвенных пор может быть описано некоторыми обобщенными терминами, если их сгруппировать по геометрическим признакам.
Трещины — поры с относительно параллельными стенками, вытянутые в одном направлении; они могут быть ориентированы вертикально, горизонтально или образовывать сетку. Нерегулярные поры — вытянутые или компактные бесформенные пустоты с неровными округлыми или угловатыми краями; могут быть открытыми или закрытыми. Камерные поры — округлые относительно крупные поры с неровными округлыми или угловатыми краями.
Пузырьковые поры — круглые или овальные в поперечном сечении поры с ровными краями, имеющие форму сфер или эллипсоидов.
Трубчатые поры — более или менее цилиндрические вытянутые в одном направлении поры, круглые или овальные в поперечном сечении; могут быть простыми (одна неветвящаяся трубка), дендритовыми (ветвящиеся трубки), закрытыми или открытыми. Трубки могут быть ориентированы в почве вертикально, горизонтально, косо либо случайно (во всех возможных направлениях).
Что касается характеристики размера и обилия пор при морфологическом анализе почвы, то имеются два подхода, различающихся в деталях, хотя и сходных по существу.
Упаковочные поры (packing voids) — поры рыхлой упаковки агрегатов или частиц, нерегулярной формы, случайно расположенные, часто вытянутые, обычно соединенные очень тонкими каналами.
Простые упаковочные поры (simple packing voids) — поры рыхлой упаковки элементарных частиц (минеральных зерен); видны обычно лишь в электронном микроскопе. Сложные упаковочные поры (compound packing voids) — поры рыхлой упаковки агрегатов.
Дырки (vughs) — относительно крупные поры, исключая поры упаковки, обычно не соединенные с другими порами сходного размера, случайно расположенные, нерегулярной формы.
Пузырьки (vesicles) — круглые или овальные поры с ровными краями.
Каналы (channels)— поры цилиндрической вытянутой формы (простые, дендритовые, сетчатые регулярные, сетчатые нерегулярные).
Камеры (chambers) — круглые поры с ровными краями, взаимосвязанные тонкими каналами.
Трещины (planes) — сильно вытянутые в одном направлении поры.
Связанные трещины (joint planes) — система параллельных упорядоченных трещин. Извитые трещины (skew planes) — система нерегулярных трещин в разных направлениях.
Прихотливые трещины (craze planes) — исключительно сложная система частых трещин в разных направлениях.
Иную схему описания пустот при микроморфологическом исследовании почв в шлифах предложили Е. И. Парфенова и Е. А. Ярилова, классифицируя их по геометрической форме.
Поры:
— округлые и овальные;
— неправильные, ограниченные плавными кривыми, извилистыми или угловатыми линиями, замкнутые и сообщающиеся;
— каналовидные: неветвящиеся, ветвящиеся, с расширениями (камерные).
Трещины:
— прямые: параллельные беспорядочные; пересекающиеся; непересекающиеся;
— изогнутые: параллельные беспорядочные; пересекающиеся; непересекающиеся.
Какой бы из приведенных систем характеристики порового пространства почв ни пользовался исследователь, вероятно, целесообразно всегда иметь в виду и более общую характеристику почвенных пор, данную в свое время Н. А. Качинским: микропоры диаметром до 0,01 мм; тонкие капиллярные поры внутри комков диаметром более 0,01 мм, занятые водой и воздухом; средние поры в комках — ячейки, канальцы, которые при увлажнении наполняются водой, а после высыхания — воздухом; капиллярные поры на стыке комков, большей частью заполненные водой в естественных условиях; крупные поры между комками, почти всегда заполненные воздухом. В будущем геометрия порового пространства почв будет изучена и более точными количественными методами. Заканчивая на этом рассмотрение почвенной по-розности как одной из характеристик сложения почвы, необходимо отметить важность генетической интерпретации тех или иных ее морфологических или количественных проявлений. В каждом конкретном случае тот или иной тип порозности, та или иная ее величина связаны определенным образом с генезисом почвы и могут играть диагностическое значение, с одной стороны, и оказать помощь в раскрытии генезиса почвы в целом — с другой.

Внутренняя поверхность

Как и в случае порозности, при рассмотрении внутренней поверхности почвы возможны два существенно различных аспекта: количественный и чисто морфологический, причем последний в сильной степени зависит от масштаба рассмотрения. В целом внутреннюю поверхность почвы можно рассматривать как поверхность ее порового пространства, включая все самые крупные и самые мелкие поры, в том числе и поры упаковки первичных частиц в микроагрегатах, включая коллоидные частицы. Это, так сказать, естественная внутренняя поверхность почвы в ненарушенном ее состоянии. В то же время внутренняя поверхность почвы — это сумма поверхностей слагающих почвенное тело твердых частиц и их агрегатов разного порядка, от коллоидных первичных частиц до крупных структурных отдельностей. При этих двух способах рассмотрения и определения величина внутренней поверхности почвы будет различной, поскольку во втором случае принимается во внимание вся внутренняя поверхность слагающих почву элементов, а в первом — лишь ее свободная часть, не занятая стыками упаковки частиц или агрегатов, плотно прилегающих друг к другу в местах стыковки, или различными пленками, окутывающими частицы. Таким образом, представления о внутренней поверхности почв, ее измеряемой величине и форме будут различными в зависимости от способа исследования: визуально-морфологического, по анализу гранулометрического состава, по сорбционнои способности и т. д. Кроме того, необходимо четко представить себе, что внутренняя поверхность ненарушенной и разрушенной (да еще специально диспергированной) почвы — совершенно разные явления. Н. А. Качинский в соответствии с различной крупностью пор в почве делит поверхность почвы на общую, внутреннюю и внешнюю. Под внешней поверхностью он понимает совокупность поверхностей частиц, открывающихся в крупные поры — капиллярные и поры аэрации, а под внутренней — совокупную поверхность интрамицеллярных пор. При этом используется второй из указанных выше подходов, т. е. рассматривается суммарная поверхность слагающих массу почвы твердых частиц разного размера; соответственно описываются и методы определения внутренней поверхности почв: визуальный микроскопический метод определения поверхности механических элементов, геометрический метод расчета удельной поверхности почвы по ее гранулометрическому составу, сорбционные методы. Это—классический подход, принятый в физике почв и имеющий важное значение для исследования водных и тепловых физических свойств почв. Однако морфологов такой подход удовлетворить не может. В морфологии почв более приемлем первый из описанных подходов, т. е. рассмотрение естественной внутренней поверхности почвы, под которой понимается поверхность всего порового пространства почвы в ее ненарушенном состоянии. Таким образом, внутренняя поверхность почвы (в морфологическом понимании) может быть изучена лишь на стенке почвенного разреза (макроморфологически) либо в шлифе образца почвы ненарушенного строения (микроморфологически). Соответствующими должны быть и методы измерения внутренней поверхности почвы. В данной книге мы рассмотрим лишь морфологию внутренней поверхности почв, поскольку методы ее количественного изучения и измерения в макромасштабе пока не разработаны совершенно, а в микромасштабе еще только разрабатываются. При изучении естественной внутренней поверхности почв на стенке почвенного разреза она должна быть тщательно отпрепарирована с тем, чтобы удалить все искусственные срезы и оставить лишь именно естественные поверхности. Анализ такой естественной поверхности сначала на стенке по генетическим горизонтам, а затем при рассмотрении всех поверхностей структурных отдельностей показывает значительное разнообразие форм внутренней поверхности почв, связанное прежде всего с разнообразием почвенной структуры, элювиально-иллювиальных явлений и педотурбаций. В первом приближении могут быть выделены следующие формы внутренней поверхности почв (в макромасштабе). Ровная шероховатая — поверхность сплошная, без видимых выступов или впадин, с редко рассеянными микротрещинами, характерная для бесструктурной лессовидной массы горизонтов С или D разных почв на лессах и лессовидных суглинках, также для песчаных почв.

Комментарии к статье:

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем




Новое на сайте


Леса юга Сибири и современное изменение климата


По данным информационной системы «Биам» построена ординация зональных категорий растительного покрова юга Сибири на осях теплообеспеченности и континентальности. Оценено изменение климата, произошедшее с конца 1960-х по 2007 г. Показано, что оно может вести к трансформации состава потенциальной лесной растительности в ряде регионов. Обсуждаются прогнозируемые и наблюдаемые варианты долговременных сукцессии в разных секторно-зональных классах подтайги и лесостепи.


Каждая популяция существует в определенном месте, где сочетаются те или иные абиотические и биотические факторы. Если она известна, то существует вероятность найти в данном биотопе именно такую популяцию. Но каждая популяция может быть охарактеризована еще и ее экологической нишей. Экологическая ниша характеризует степень биологической специализации данного вида. Термин "экологическая ниша" был впервые употреблен американцем Д. Гриндель в 1917 г.


Экосистемы являются основными структурными единицами, составляющих биосферу. Поэтому понятие о экосистемы чрезвычайно важно для анализа всего многообразия экологических явлений. Изучение экосистем позволило ответить на вопрос о единстве и целостности живого на нашей планете. Выявления энергетических взаимосвязей, которые происходят в экосистеме, позволяющие оценить ее производительность в целом и отдельных компонентов, что особенно актуально при конструировании искусственных систем.


В 1884 г. французский химик А. Ле Шателье сформулировал принцип (впоследствии он получил имя ученого), согласно которому любые внешние воздействия, выводящие систему из состояния равновесия, вызывают в этой системе процессы, пытаются ослабить внешнее воздействие и вернуть систему в исходное равновесное состояние. Сначала считалось, что принцип Ле Шателье можно применять к простым физических и химических систем. Дальнейшие исследования показали возможность применения принципа Ле Шателье и в таких крупных систем, как популяции, экосистемы, а также к биосфере.


Тундры


Экосистемы тундр размещаются главным образом в Северном полушарии, на Евро-Азиатском и Северо-Американском континентах в районах, граничащих с Северным Ледовитым океаном. Общая площадь, занимаемая экосистемы тундр и лесотундры в мире, равно 7 млн ​​км2 (4,7% площади суши). Средняя суточная температура выше 0 ° С наблюдается в течение 55-118 суток в год. Вегетационный период начинается в июне и заканчивается в сентябре.


Тайгой называют булавочные леса, широкой полосой простираются на Евро-Азиатском и Северо-Американской континентах югу от лесотундры. Экосистемы тайги занимают 13400000 км2, что составляет 10% поверхности суши или 1 / 3 всей лесопокрытой территории Земного шара.
Для экосистем тайги характерна холодная зима, хотя лето достаточно теплое и продолжительное. Сумма активных температур в тайге составляет 1200-2200. Зимние морозы достигают до -30 ° -40 °С.


Экосистемы этого вида распространены на юге от зоны тайги. Они охватывают почти всю Европу, простираются более или менее широкой полосой в Евразии, хорошо выраженные в Китае. Есть леса такого типа и в Америке. Климатические условия в зоне лиственных лесов более мягкие, чем в зоне тайги. Зимний период длится не более 4-6 месяцев, лето теплое. В год выпадает 700-1500 мм осадков. Почвы подзолистые. Листовой опад достигает 2-10 тонн / га в год. Он активно вовлекается в гумификации и минерализации.


Тропические дождевые леса - джунгли - формируются в условиях достаточно влажного и жаркого климата. Сезонность здесь не выражена и времени года распознаются по дождливым и относительно сухим периодами. Среднемесячная температура круглогодично держится на уровне 24 ° - 26 ° С и не опускается ниже плюс восемнадцатого С. Осадков выпадает в пределах 1800-2000 мм в год. Относительная влажность воздуха обычно превышает 90%. Тропические дождевые леса занимают площадь, равную 10 млн. кв. км.