ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЧВ

Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей. Соотношение их неодинаково не только в разных почвах, но и в различных горизонтах одной и той же почвы.

Твердая часть почвы (80 - 98 % почвенной массы) представляет собой минеральные и органические частицы. Неорганическая их часть состоит из песка, глины, илистых частиц и обломков и частичек первичных минералов (кварца, полевых шпатов, роговых обманок, слюды и др.). Минералогический состав твердой части почвы состоит из макроэлементов (81, А1, Ре, К, М§, Са, С, N1, Р, 8) и микроэлементов (Си, Мо, I, В, Р, РЬ). Органическая составляющая твердой части почвы представлена продуктами жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов (белки, углеводы, органические кислоты, жиры, лигнин, смолы), а также комплексом гумусовых веществ, представляющих собой соединения из углерода, кислорода, водорода, азота и фосфора. Сумму всех элементов почвы твердой части с размером частиц меньше 0,01 мм называют физической глиной, а больше 0,01 мм — физическим песком. Кроме того, выделяют мелкозем, в который входят частицы меньше 1 мм, и почвенный скелет — частицы больше 1 мм.

Жидкая часть почвы (почвенный раствор) - содержит от 0,1 до 60% воды, в которой присутствуют растворенные в ней органические и минеральные соединения. Жидкая часть участвует в снабжении растений водой и растворенными элементами питания.

Газообразная часть (почвенный воздух) заполняет поры, не занятые водой. В состав почвенного воздуха входит углекислый газ, кислород, метан, летучие органические соединения и пары воды. Состав почвенного воздуха существенно отличается от атмосферного и зависит от протекающих в почве процессов. Между почвенным и атмосферным воздухом происходит постоянный обмен. Корневые системы высших растений и аэробные микроорганизмы энергично поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Избыток углекислого газа из почвы выделяется в атмосферу, а атмосферный воздух, обогащенный кислородом, проникает в почву [7].

Из всех слоев почвы для экологов представляет интерес в первую очередь поверхностный, пахотный горизонт. Это средний слой почвы толщиной 0,25 м, который обрабатывается при выращивании растений. Его значение обусловлено тем, что именно из него загрязнители почвы могут поступать в атмосферный воздух, сельскохозяйственные растения, смываться в поверхностные водоемы, фильтроваться в грунтовые воды. В этом же слое наиболее интенсивно происходят процессы самоочищения почвы от органических загрязнителей, патогенных микроорганизмов, химических веществ и т.д. Кроме поверхностного, пахотного слоя почвы, значительный интерес для экологии представляют ее слои, залегающие до грунтовых вод, поскольку в них может происходить обезвреживание органических отбросов и сточных вод, формирование качества грунтовых вод и почвенного воздуха. Обычно в этих слоях прокладываются канализационные и водопроводные сети и закладываются фундаменты жилых и промышленных зданий.

В почве вода сначала фильтруется через самый поверхностный ее слой — зону испарения. Толщина этого слоя в средней полосе Европы составляет не более 1 м. Этот слой очень богат органическими, гумусовыми веществами, в нем гнездятся корни растений, которые всасывают воду, сильно уменьшая испарение ее почвой. Однако имеются растения, испаряющие огромное количество воды, полученное ими из почвы. Такие растения (подсолнечник, индийский рис и др.) осушают почву, поэтому их специально разводят для осушения болотистых мест.

Вода, пройдя зону испарения, фильтруется далее через расположенный ниже слой почвы — зону прохождения или зону фильтрации. Это обычно мощный пласт почвы толщиной 1 -2 м. Часть воды задерживается в нем: в каждом кубическом метре этого слоя почвы может быть задержано 150— 350 л воды. В этом слое почвы могут быть задержаны все атмосферные осадки, выпавшие на эту площадь в течение года. Только после того, как атмосферные осадки заполняют все поры, избыток воды будет фильтроваться в нижние слои до тех пор, пока не встретит водоупорный слой, практически не пускающий воду. Таким водонепроницаемым слоем может быть изверженная порода (например, гранит), известняки и плотные песчаники, не имеющие трещин, а также жирная глина. Фильтрующаяся вода на этом слое задерживается, скапливается и образует зону почвенных и грунтовых вод или так называемый водоносный горизонт. Из него часть воды будет подниматься вверх вследствие капиллярности до высоты, определяемой величиной пор этого почвенного слоя. Образуется зона капиллярности поднятия почвенных вод. Наибольшее значение для почвы в этих зонах имеют пористость, размер пор и воздухопроницаемость.

Пористостью почвы характеризуется суммарным объемом пор в единице объема почвы и выражается в процентах. Чем выше пористость, тем ниже фильтрационная способность почвы. Так, пористость песчаной почвы составляет 40%, а торфяной — 82%. Последняя - более сырая и менее здоровая. Большое значение имеют размеры пор, зависящие от механического состава почвы и ее структуры. Самые крупные поры имеются в каменистой почве, очень мелкие — в глинистой, самые мелкие - в торфяной. На величину пор влияет так же форма зерен, особенно неоднородность почвы, при которой поры между крупными зернами заполнены более мелкими зернами. В изверженных и других монолитных породах (например, в граните и сиените) вместо пор нередко встречается целая сеть сообщающихся между собой горизонтальных и перпендикулярных трещин, различного размера. Кроме естественной пористости почвы, в ней могут встречаться каналы и трещины, искусственно образуемые живущими в ней животными (ежи, кроты и др.), а также человеком, занимающимся различными земляными работами (прокладка труб, рытье колодцев, забивка в землю свай и т.д.).

Величина естественных пор почвы или наличие в ней естественных или искусственных трещин, воронок и каналов оказывают существенное влияние на ее свойства по отношению к воздуху и воде. Так, в почвах с низкой пористостью и с большим размером пор, а также с естественными и искусственными каналами или трещинами химические и биологические загрязнители могут легко проникать вглубь и достигать грунтовых вод, загрязняя их, что представляет опасность для здоровья населения. При пористости почвы 60—65% в ней создаются оптимальные условия для процессов самоочищения от биологических и химических загрязнителей. При более высокой пористости процессы самоочищения почвы ухудшаются, и ее оценивают как неудовлетворительную.

Воздухопроницаемость определяет способность почвы пропускать воздух через свою толщу. Проходимость почвы для воздуха зависит только от величины ее пор, но не от их общего объема (пористости). Если объем воздуха, который проходит в 1 мин через мелкий песок, принять за единицу, то при тех же условиях через средний песок пройдет 84 объема воздуха, через крупный — 961 объем, через мелкий гравий — 5195 объемов, а через средний хрящ—11 684 объема воздуха, хотя общий объем пор мелкого песка составляет 55%, а среднего хряща- 37,9% от общего объема почвы. Воздухопроницаемость почвы увеличивается с ростом барометрического давления и уменьшается с увеличением толщины слоя почвы и ее влажности. Вода, заполняющая поры, вытесняет из них воздух и мешает ему проникнуть в почву. Если все поры заполнены водой, и в особенности льдом, то проходимость для воздуха уменьшается до нуля.

Движение почвенного воздуха и обмен его с атмосферным происходят постоянно под влиянием градиента температуры, колебании атмосферного давления и уровня почвенных вод. При повышении атмосферного давления, а также при понижении уровня почвенных вод атмосферный воздух входит в поры почвы. При понижении атмосферного давления или повышении уровня почвенных вод, а также при ветре, особенно дующем по касательной к поверхности почвы, воздух поднимается и выходит из нее. Проходимость почвы для воздуха и связанное с этим обогащение ее кислородом очень важно, так как кислород инициирует в почве биохимические процессы окисления, освобождающие ее от органических загрязнений, вносимых человеком и животными. Поэтому здоровая почва должна быть крупнозернистой и сухой. Сырые и мелкозернистые почвы очень плохо вентилируются и, следовательно, в них вяло текут процессы самоочищения.

Под водопроницаемостью понимают способность почвы впитывать и пропускать воду, поступающую с поверхности. При избытке влаги впитывание ее продолжается до полного насыщения почвы, когда свободные поры последовательно заполняются водой. Движение воды в порах почвы под действием сил тяжести при полном насыщении почвы водой характеризует фильтрационную способность почвы.

Влагоемкость почвы измеряет количество влаги, которое способна удержать почва за счет сорбционных и капиллярных сил. Влагоемкость обусловливается силой поверхностного сцепления, возникающего между поверхностью почвенных зерен и омывающей их фильтрующейся водой. Она тем больше, чем меньше величина пор почвы и чем больше их объем. Поэтому чем выше зернистость почвы, тем больше ее влагоемкость. Установлено, что средний гравий задерживает по массе 7% воды, крупный песок — 23%, средний — 47%, а мелкий — 65% воды. Большая влагоемкость вызывает отсырение почвы и стоящих ней зданий, уменьшает проницаемость почвы для воздуха и воды и мешает очищению сточных вод.

Капиллярность почвы определяет ее способность поднимать воду за счет сил поверхностного натяжения из нижних горизонтов в верхние. Чем почва менее зерниста (т.е. более мелкопористая), тем больше ее капиллярность, и тем выше вода может подняться в ней [2].

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >