Реферат на тему:

Гумусний стан ґрунтів

Гумусний стан ґрунтів — сукупність морфологічних ознак, загальних
запасів, властивостей органічної речовини й процесів її утворення,
трансформації та міграції в ґрунтовому профілі.

У різних природних умовах характер і швидкість гумусоутворення
неоднакові і залежать від низки взаємопов’язаних умов ґрунтоутворення:
водно-повітряного і теплового режиму ґрунтів, складу та характеру
надходження рослинних решток, видового складу та інтенсивності
життєдіяльності мікроорганізмів, гранулометричного складу та
фізико-хімічних властивостей ґрунту.

Залежно від водно-повітряного режиму гумусоутворення протікає в аеробних
або анаеробних умовах.

В аеробних умовах, при вмісті вологи, що складає 60-80% від повної
вологоємності, а також за сприятливих температурних умов (25-30 °С)
процес розкладу органічних решток розвивається інтенсивно. В цих умовах
активно проходить мінералізація як гумусових речовин, так і проміжних
продуктів розкладу рослинних решток. У ґрунті накопичується відносно
мало гумусу, але багато елементів зольного й азотного живлення рослин.

За постійної і різкої нестачі вологи в ґрунт надходить мало рослинних
решток, сповільнюються процеси розкладу і гуміфікації та накопичується
мало гумусу (рис. 1).

В анаеробних умовах, тобто при постійному надлишку вологи, а також при
низьких температурах процес гумусоутворення сповільнюється.

Найбільш сприятливе для накопичення гумусу в ґрунті чергування періодів
з оптимальним водно-повітряним режимом і посушливим. У таких умовах
проходить постійний розклад органічних решток, їх гуміфікація та
закріплення утворених гумусових речовин мінеральною частиною ґрунту.
Такі умови характерні для чорноземів.

Показники, за якими оцінюється оптимальний гумусний стан ґрунтів, такі:
кількість та запаси гумусу, збагачення його азотом (C:N), збагачення
кальцієм, тип гумусу (Сгк:С ) (табл. 1-2).

Гумусний стан підзолистих лісових ґрунтів характеризується наявністю
потужної підстилки, яка складається з трьох підгоризонтів, середнього
ступеня гуміфікації органічної речовини, середньої збагаченості азотом,
фульватним і гуматнофульватним типом гумусу, великим вмістом вільних
гумусових кислот та низьким — фракцій, зв’язаних із кальцієм.

Гумусний стан чорнозему типового орного характеризується високим вмістом
органічної речовини та її великими запасами, дуже високим ступенем
гуміфікації, фульватно-гуматним і гуматним типом гумусу, низьким вмістом
вільних гумінових кислот, високим вмістом кислот, які зв’язані з
кальцієм. Потужність гумусових горизонтів у чорноземах — 1 -1,5 м, а на
Кубані досягає 2 м і більше. Одним з основних показників гумусного стану
ґрунтів є вміст органічної речовини в їх поверхневому горизонті. Цей
параметр часто використовують для оцінки гумусного стану.

Рис. 1. Запаси гумусу в ґрунтах (за І.В.Тюріним):

А — запаси гумусу в ґрунтах до глибини

100-120 см (кг/м2 площі);

Б — річна температура та опади

(в середньому).

Ґрунти: 1 — підзолисті; 2 — світло-сірі лісові; 3 — темно-сірі лісові; 4
— вилуговані чорноземи; 5 – потужні чорноземи; 6 — звичайні чорноземи; 7
— каштанові; 8 — світло-каштанові

Гумус — головний акумулятор енергії в ґрунті, що підвищує стійкість
біосфери. Гумусний шар Землі, за В.А.Ковдою, називається гумусосферою.
Ця енергія використовується живими організмами: бактеріями, грибами,
хребетними й безхребетними тваринами.

Кількість гумусу в ґрунті визначає його родючість. Усі фактори родючості
ґрунту тісно зв’язані й взаємозалежні. Від вмісту гумусу залежать:
фізичні властивості, структурність, теплові та водні властивості,
пористість, біологічна активність, поживний режим і поглинальна
здатність ґрунтів. Заходи щодо підвищення родючості ґрунтів та
врожайності сільськогосподарських культур тісно пов’язуються зі
створенням стабільного бездефіцитного балансу гумусу в ґрунті.

Таблиця 1

Класифікація ґрунтів за вмістом гумусу

За вмістом гумусу (%) усі ґрунти умовно поділяють на:

безгумусні

дуже малогумусні

малогумусні

середньогумусні

високогумусні

дуже високогумусні (тучні)

перегнійні

торф’яні < 1 1-2 2-4 4-6 6-10 10-15 15-30 >30

2. Склад і властивості ґрунтових колоїдів

Накопичення в ґрунті елементів зольного й азотного живлення рослин,
реакція ґрунтового розчину тісно пов’язані з поглинальною здатністю
ґрунтів. Класик вітчизняного ґрунтознавства К.К. Гедройц запропонував
під поглинальною здатністю ґрунту розуміти його здатність поглинати
рідини, гази, сольові розчини, а також утримувати тверді частинки й
мікроорганізми. Процеси поглинання в ґрунті зумовлені переважно
тонкодисперсною частиною ґрунту, особливо колоїдами.

До колоїдів відносять подрібнені речовини діаметром від 0,2 до 0,001
мкм. Речовинний склад ґрунтових колоїдів може бути органічним,
мінеральним і органомінеральним.

Органічні колоїди — це гумус, до складу якого входять фульвокислоти,
гумінові кислоти та їх солі типу хелатів.

Мінеральні — смектіти (монтморилоніт, нонтроніт) слюди і гідрослюди
(мусковіт, біотит, іліт); вермикуліт; хлорит; каолініт; галуазит.
Загальна їх хімічна формула H2Al2Si208 або Al203-Si02-nH20. До
мінеральних колоїдів належать також гідроксиди алюмінію, заліза та
кремнієвої кислоти. Органо-мінеральні колоїди утворилися внаслідок
з’єднання органічних та мінеральних, наприклад гумусових кислот із
глинистими мінералами через кальцій.

У ґрунтах переважають колоїди, які мають від’ємний заряд (гумус і
глинисті мінерали), що дає їм можливість обмінно поглинати катіони.
Обмінні реакції проходять в еквівалентних кількостях, енергія поглинання
залежить від валентності та атомної маси катіона.

Ґрунтові колоїдні системи — дисперсні і гетерогенні. Це означає, що в
ґрунтовому розчині, який називають дисперсійним середовищем, рівномірно
розподілені тверді частинки дисперсної фази (глини, гумусу та інших
колоїдів). «Дисперсний» походить від лат. dispersus — «розсіяний».
Відомо, що розчини є однофазними, або гомогенними, і багатофазними, або
гетерогенними.

Система, яка містить частинки у вигляді молекул або іонів, — однофазна,
тому всі молекулярно-іонні розчини відносять до гомогенних однофазних
систем, або до істинних розчинів.

Дисперсна система, у якій частинки дисперсної фази складаються з великої
кількості молекул, є гетерогенною системою. Як приклад гетерогенних
дисперсних систем можна навести завись глини у воді, емульсію масла у
воді. Ґрунт — складна дисперсна гетерогенна система.

Між частинками гумусових речовин, глини і водою є поверхня поділу, яка
володіє визначеним запасом вільної поверхневої енергії. Це дуже суттєва
ознака ґрунтових колоїдів, якою гетерогенні системи відрізняються від
гомогенних (істинних), де поверхня поділу відсутня.

Колоїдні частинки мають велику загальну й питому поверхню. Про це
свідчать дані такого досліду. При зменшенні довжини ребра куба (см)
послідовно у 10, 100, 1000 і більше разів збільшується кількість кубів і
загальна їх поверхня. Наприклад, довжина вихідного ребра 1 см, кількість
кубів — 1, загальна поверхня складає 6 см2 (рис. 2). При послідовному
зменшенні ребра аж у 100 млн. разів — кількість кубів буде 1024, а
загальна поверхня дорівнюватиме 600 000 000 см2 (тобто 6 га).

Питома поверхня колоїдних частинок, яка виражається площею загальної
поверхні всіх колоїдних частинок масою 1 г або об’ємом 1 см3, складає на
початку експерименту 6 см2/г, а при зменшенні ребра у 100 млн. разів — 6
га.

При збільшенні дисперсності частинок у ґрунті підвищується їх хімічна
активність, що пов’язано зі збільшенням поверхневої енергії.

Рис. 2. Збільшення загальної та питомої поверхні куба при послідовному
зменшенні ребра.

3. Загальні фізичні та фізико-механічні властивості ґрунтів

Агрофізичні властивості та структура ґрунту — важливі умови його
родючості. Незважаючи на те, що вони не забезпечують рослини жодним із
факторів життя, вони можуть змінити розвиток рослин. Встановлені
оптимальні їх значення для росту рослин на ґрунтах різного генезису.
Тому знання агрофізичних властивостей ґрунту та вміння їх регулювати
необхідні для розширеного відтворення родючості ґрунтів і росту врожаїв
сільськогосподарських культур.

До загальних фізичних властивостей ґрунту належать щільність твердої
фази ґрунту, щільність (об’ємна маса) ґрунту і пористість.

Щільність твердої фази ґрунту — це відношення маси його твердої фази до
маси води в тому ж об’ємі при 4 °С.

Величина її залежить від природи і співвідношення мінералів, з яких
складається ґрунт, вмісту в ньому органічної речовини і характеризує
середню щільність ґрунтових частинок. Наприклад, щільність твердої фази
кварцу 2,65-2,66, ортоклазу — 2,50-2,62, каолініту 2,60-2,63, гіпсу 2,31
-2,33, кальциту 2,60-2,80, лимоніту-3,5-4,0, торфу, рослинних решток
1,25-1,8. Щільність твердої фази ґрунту зумовлюється видом мінералів,
органічних компонентів та їх кількістю, що її складають. У малогумусних
ґрунтах, у нижній частині профілю щільність твердої фази ґрунту складає
2,60-2,80. Зі збільшенням вмісту гумусу щільність знижується
до2,40-2,50, а в торфових ґрунтах-до 1,4-1,8.

Щільністю ґрунту (об’ємною масою) називається маса одиниці об’єму
абсолютно сухого ґрунту в непорушеному (природному) стані.

Щільність ґрунту виражається в г/см3. Вона характеризує взаємне
розміщення частинок і агрегатів. Оскільки до об’єму ґрунту входять усі
пори та пустоти, то значення щільності ґрунту завжди менші, ніж
щільності його твердої фази. Величина її також залежить від
мінералогічного і гранулометричного складу ґрунту, вмісту в ньому
органічної речовини, структурного стану. У добре оструктурених,
розпушених ґрунтах щільність їх гумусових горизонтів складає 0,8-1,0
г/см3, підзолистих горизонтів — 1,40-1,45, ілювіальних — 1,50-1,60,
материнської породи 1,40-1,60, у торф’яно-болотних ґрунтів — 0,15-0,40
г/см3 в межах профілю.

I c b

0суттєво впливає обробіток. Найменша вона відразу ж після обробітку. З
часом щільність ґрунту збільшується. Через деякий час ґрунт набуває
постійної щільності, яка майже не змінюється в природному стані. Така
щільність називається рівноважною. Кожному типу ґрунту притаманні певні
значення рівноважної щільності. Для більшості сільськогосподарських
культур оптимальна щільність ґрунту складає 1,0-1,3 г/см3. Щільність
ґрунту — важлива умова високої продуктивності сільськогосподарських
культур. При зниженні або підвищенні щільності ґрунту на 0,1 г/см3
порівняно з оптимумом урожай рослин знижується на 15-20%, а на 0,2 г/см3
— на 50%. Від щільності залежать водний, повітряний і тепловий режими,
біологічні властивості ґрунтів.

Оцінка щільності ґрунту проводиться за шкалою, розробленою Н.А.
Качинським (табл. 2).

Таблиця 2

Оцінка щільності ґрунту

Щільність,

г/см3 Оцінка

менше 1 грунт розпушений або багатий на органічну речовину;

1,0-1,2 типові величини для орних горизонтів;

1,2-1,3 орні горизонти ущільнені;

1,4-1,6 типові величини для підорних горизонтів (крім чорноземів);

1,6-1,8 сильно ущільнені ілювіальні горизонти (переважно підзолистих
ґрунтів і солодей).

Визначення щільності ґрунту необхідне для розрахунків пористості, маси
ґрунту на даній території, запасів вологи, поживних речовин, гумусу,
норм поливу, внесення хімічних меліорантів тощо.

Пористість — це сумарний об’єм усіх пор між частинками ґрунту. Вона
виражається в процентах від загального об’єму ґрунту.

Загальну пористість можна розрахувати, знаючи щільність твердої фази та
щільність ґрунту.

Пористість мінеральних ґрунтів змінюється в межах 25-80%, а торфових —
80-90%. Пори, зайняті повітрям, повинні складати не менше 20-25%
загальної пористості.

Залежно від величини пор виділяють капілярну і некапілярну пористість.
Капілярна пористість дорівнює об’єму капілярних проміжків ґрунту,
некапілярна — об’єму крупних пор (об’єму проміжків між ґрунтовими
агрегатами). Сума капілярної та некапілярної пористості складає загальну
пористість ґрунту. Некапілярні пори зайняті переважно повітрям. Вода в
них знаходиться під дією гравітаційних сил і не затримується. В
капілярних порах знаходиться вода, що утримується менісковими силами.
Пори, в яких знаходиться капілярна вода, ґрунтове повітря,
мікроорганізми та корені рослин, називаються активними. До неактивних
відносять пори, зайняті водою. В агрономічному відношенні дуже важливо,
щоб у ґрунті більший об’єм займали капілярні пори і щоб при цьому
капілярна пористість складала не менше 20-25% загальної пористості.

Рзаг. — загальна пористість, %;

dv — щільність ґрунту, г/см2;

d — щільність твердої фази ґрунту, г/см3.

Оцінку пористості проводять за шкалою Н.А. Качинського (табл. 3).

Таблиця 3

Оцінка пористості

Загальна пористість, % Оцінка

>70 грунт розпушений;

55-65 культурний орний шар;

50-55 задовільна для орного шару;

50 незадовільна для орного шару;

<40 характерна для ущільнених ілювіальних горизонтів; 45-50 культурний піщаний ґрунт. Пористість - одна з важливіших властивостей ґрунту. Від величини пор залежить переміщення води в ґрунті, водопроникність і водопіднімальна здатність ґрунту водо- і повітромісткість. З пористістю пов'язані також інтенсивність і глибина фільтрації, капілярне підняття води та процеси випаровування її на зрошуваних ґрунтах. Від пористості значно залежить родючість ґрунту. При ущільненні ґрунту зменшується як загальний об'єм, так і розміри пор. До фізико-механічних властивостей ґрунту належать пластичність, липкість, набухання, осідання, зв'язність, питомий опір та ін. Пластичність - це властивість ґрунту змінювати свою форму під впливом будь-якої зовнішньої сили без порушення складення та зберігати надану форму після припинення дії цієї сили. Вона залежить від гранулометричного, мінералогічного, хімічного складу ґрунту, складу обмінних катіонів і проявляється в певному діапазоні вологості, що характеризує верхню і нижню межі пластичності. В сухому та перезволоженому стані ґрунт не володіє пластичністю. Пластичність вимірюється числом, яке є різницею між вологістю ґрунту при верхній і нижній межі пластичності. Кожен ґрунт характеризується своїми межами та певним числом пластичності. Аттерберг за числом пластичності виділяє високопластичні ґрунти, з числом пластичності > 17, пластичні — 17-7; слабкопластичні < 7 і непластичні - 0. Залежно від вологості виділяють такі межі пластичності ґрунту: - нижня межа пластичності, або межа скочування, — це такий стан вологості, коли ґрунт можна скочувати в шнур діаметром 3 мм без утворення у ньому розривів; - межа клейкості - вологість, при якій ґрунт ще не прилипає до знарядь; - верхня межа пластичності (нижня межа текучості) - такий стан вологості, коли ґрунт прилипає до знарядь; - межа текучості - вологість ґрунту, коли він розтікається. Прилипання - це властивість вологого грунту прилипати до інших тіл. Від прилипання зростає опір і погіршується якість обробітку. Змінюється прилипання залежно від гранулометричного складу, структури і вологості ґрунту. Більше воно на глинистих і безструктурних ґрунтах, менше - на легких і структурних. Не прилипає до знарядь сухий ґрунт. Зростає прилипання при вологості, яка наближається до польової вологоємності, а при вищій вологості воно зменшується. Вологість, при якій припиняється прилипання, відома під назвою межі клейкості. На структурних ґрунтах прилипання починається при вологості 60-70% від повної вологоємності, а на розпилених ґрунтах - при 40-54%. Високогумусовані ґрунти (чорноземи, дернові) не проявляють липкості при високій зволоженості (30-35% від маси сухого ґрунту). На величину липкості впливає склад обмінних катіонів: при збільшенні частки кальцію в ГПК вона зменшується, а натрію - збільшується. З липкістю пов'язана фізична стиглість ґрунту. Вона відповідає вологості, при якій ґрунт не прилипає до ґрунтообробних знарядь і кришиться на грудочки. Вологість, при якій ґрунт знаходиться в стані стиглості, залежить від гранулометричного складу, складу обмінних катіонів та гумусованості ґрунтів. Легкі піщані, супіщані, а також більш гумусовані ґрунти весною швидше набувають фізичної стиглості і стають придатними до обробітку. В практиці землеробства використовують візуальний метод визначення фізичної стиглості. Для цього визначену кількість ґрунту стискають у кулаці. Якщо при цьому ґрунт розкришився або розсипався на долоні, то він уже втратив вологу і для обробітку перестиг. Якщо ж після розкриття долоні ґрунт утворив грудку, яка після відпускання на землю з висоти пояса (1,2 м) розсипалася на відокремлення, то можна починати обробіток даного поля, тобто ґрунт набув фізичної стиглості. Якщо ж грудка, досягнувши поверхні землі, не розпалася, то ґрунт не набув фізичної стиглості, містить зайву вологу і починати обробіток не можна. Набухання - збільшення об'єму ґрунту при зволоженні. Набухання зумовлюється зв'язуванням тонкими частинками ґрунту молекул води. Величина набухання залежить від гранулометричного, мінералогічного та хімічного складу ґрунту. Набухання притаманне дрібнозернистим ґрунтам, які містять велику кількість колоїдів. Воно визначається в об'ємних процентах за формулою. Найсильніше набухають глинисті ґрунти, які містять обмінно-поглинутий катіон натрію. Набухання цих ґрунтів може досягати 150%. Vнаб. - набухання, %; V1 - об'єм вологого ґрунту, см3; V2 - об'єм сухого ґрунту, см3 Осідання - зменшення об'єму ґрунту при висиханні. Воно залежить від тих же факторів, що і набухання. Чим більше набухання, тим більше осідання. Осідання вимірюється в об'ємних процентах по відношенню до вихідного об'єму. У результаті сильного осідання в грунті утворюються тріщини, розриваються корені рослин, посилюється випаровування вологи з ґрунту. V ос. - осідання від вихідного об’єму, %; V, - об'єм вологого ґрунту, см3 ; V, - об см сухого ґрунту, см3 . Зв'язність ґрунту - здатність протидіяти зовнішній силі, що намагається роз'єднати частинки ґрунту. Ступінь зчеплення між частинками залежить від гранулометричного, мінералогічного складу, структури та вологості ґрунту і характеру його сільськогосподарського використання. Твердість - це здатність ґрунту протидіяти стискуванню і розклинюванню. Вона великою мірою визначається зв'язністю ґрунту. Величина твердості визначається спеціальними приладами - твердомірами і виражається в кг/см2. Чим вища твердість, тим гірші агрофізичні властивості ґрунту, тим більше затрат необхідно на його обробіток і тим гірші умови створюються для росту рослин. Твердість залежить від структури, вологості ґрунту, вмісту органічної речовини. Розпилений ґрунт при висиханні чинить значно більший механічний опір, ніж структурний, грудкувато-зернистий. Зі зменшенням вологості твердість ґрунту зростає. Менш тверді добре гумусовані, насичені основами ґрунти. Твердість чорноземів, насичених кальцієм, у 10-15 разів менша, ніж солонців. При високій твердості знижується кількість пророслого насіння, гірше корені проникають у ґрунт, створюються менш сприятливі для рослин водно-повітряний і тепловий режими. Величина твердості ґрунту визначає затрати на його обробіток. Питомий опір ґрунту - це зусилля, що затрачається на здійснення технологічних процесів обробітку ґрунту (підрізання скиби, перевертання) та подолання тертя ґрунту по робочій поверхні ґрунтообробних знарядь. Література: Підвальна Галина Станіславівна, Позняк Степан Павлович Гумусовий стан автоморфних грунтів Пасмового побужжя.- Львів: Вид. центр ЛНУ, 2004.- 192с. Липовий, Юрій Анатолійович Визначення міцнісних характеристик грунтів за даними випробування палею - зондом: Автореф. дис. канд. техн. наук: Спец. 05.23.02.- К., 2003.- 20с. Кафедра грунтознавства і географії грунтів (1993-2003): До 10-річчя заснування кафедри/ За заг. ред. С.П.Позняка.- Львів: Вид. центр ЛНУ ім. І.Франка, 2003.- 70с.- 6.00 Чорний І.Б. (Чорний, Іван Борисович) Географія грунтів з основами грунтознавства: Навч. посіб. для студ. географ. фак. пед. ВУЗів.- К.: Вища школа, 1995.- 240с.- 10.00 Смітюк, Наталія Михайлівна Інтенсифікація пробопідготовки при аналізі грунтів та геологічних зразків: Автореф. дис. на здоб. наук. ступ. канд. хіміч. наук:Спец.: 02.00.02.- Дніпропетровськ, 2004.- 20с.

Похожие записи