Главная • Садоводство • Что это такое гранулометрический состав почвы, как определить самостоятельно

Что это такое гранулометрический состав почвы, как определить самостоятельно

Механическим (гранулометрическим) составом почвы называют относительное содержание в почве частиц различного диаметра. 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 (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.

Как определить гранулометрического состава почвы

Для определения гранулометрического состава почвы на вашем участке, возьмите две чайные ложки почвы и увлажните до тестообразного состояния. Из полученной массы скатайте "колбаску" наподобие шнура. Это так называемая проба на скатывание.

Затем приготовьте еще две чайные ложки почвы и насыпьте в пробирку (если ее нет, можете использовать тонкий прозрачный стакан) с дистиллированной водой. Взболтайте. По скорости осветления воды в пробирке и пробе на скатывание и определите гранулометрический состав почвы (таблица).

Таблица определение состава почвы

Почва - сложная полидисперсная система, состоящая из четырех фаз: твердой (минеральные и органические частицы), жидкой (почвенный раствор), газообразной (почвенный воздух) и живой (почвенные организмы).

Твердая фаза почв и почвообразующих пород состоит из частиц различного размера. Отдельные частицы (гранулы) называются механическими элементами. В почве преобладают минеральные частицы, образовавшиеся при выветривании горных пород. Кроме минеральной части в почве содержатся органические частицы, происхождение которых обусловлено биологическими процессами; наличие небольшого количества органо-минеральных фракций в почве связано с процессами взаимодействия минеральных и органических компонентов. Близкие по размеру и свойствам частицы объединяют в следующие фракции.

Частицы более 1 мм называют скелетом почвы, менее 1 мм - мелкоземом. В мелкозем входят: физический песок (частицы более 0,01 мм) и физическая глина (частицы менее 0,01 мм). В разных почвах содержание мелких и крупных фракций сильно варьирует.

Гранулометрическим составом почвы называют соотношение частиц различной крупности, выраженное в процентах.

Физические свойства почвенных фракций зависят от их размера (табл.).

Физические свойства почвенных фракций

	Максимальная молекулярная влагоемкость,	Высота капиллярного поднятия воды, см	Коэффициент фильтрации, см/с	Набухание (по отношению к первоначальному объему), %	Пластичность
					предел текучести, % от влажности	предел раскатывания в шнур, % от влажности
					Не пластична
Менее 0,001

Камни - это обломки горных пород. Наличие камней в почвах затрудняет работу сельскохозяйственной техники, препятствует появлению всходов, росту и развитию растений. На каменистых почвах ускоряется износ плугов и других почвообрабатывающих орудий. При значительном содержании камней в почве проводят мелиоративные работы по их удалению.

Гравий представляет собой обломки первичных минералов. При высоком содержании гравия ухудшаются свойства почвы, снижается ее способность удерживать влагу, что неблагоприятно влияет на развитие сельскохозяйственных культур.

Песок - состоит из обломков кварца и полевых шпатов, обладает высокой водопроницаемостью и низкой влагоемкостью, не набухает, не пластичен. Песчаные фракции имеют низкое содержание элементов питания.

Пыль крупная характеризуется некоторыми свойствами песка: не пластична, имеет низкую влагоемкость, не набухает.

Пыль средняя - более дисперсная система по сравнению с крупной пылью, лучше удерживает влагу, имеет повышенную пластичность и связность.

Пыль мелкая - обладает рядом свойств, не присущих более крупным фракциям: содержит повышенное количество гумусовых веществ, способна образовывать структурные агрегаты, обладает поглотительной способностью. Однако при высоком содержании мелкой пыли в неагригированном дисперсном состоянии почва имеет следующие отрицательные свойства: низкую водопроницаемость, высокую набухаемость, липкость, плотное сложение.

Ил оказывает положительное влияние на все свойства почвы. Илистая фракция имеет высокую физико-химическую поглотительную способность, содержит много гумуса и элементов питания. Эта фракция благодаря своей способности коагулировать склеивает механические элементы в агрегаты, создавая ценную структуру почвы. Структурная почва даже при высоком содержании ила имеет благоприятные физические свойства. Однако илистая фракция, находясь в дисперсном распыленном состоянии, характеризуется отрицательными физическими свойствами.

Химический и минералогический составы также зависят от размера фракций. Песчаные и пылеватые фракции в основном состоят из первичных минералов и отличаются высоким содержанием оксида кремния и низким содержанием оксидов алюминия, железа, кальция, магния, калия, фосфора и др. В илистой фракции, наоборот, содержание оксида кремния снижается и значительно повышается содержание всех элементов питания (табл.).

В песчаных и пылеватых фракциях преобладают такие первичные минералы, как кварц и полевые шпаты (ортоклаз, микроклин, альбит), а также инертные соединения кремниевой кислоты.

Химический состав отдельных фракций светло-серой лесной почвы (по Н. А. Качиненому)

Размер частиц почвенных фракций, мм
		Аl 2 O 3	Fe 2 O 3
Менее 0,001

Илистая фракция состоит в основном из вторичных минералов с высокой степенью дисперсности: монтмориллонита, нонтронита, галлуазита и др. Она характеризуется повышенным содержанием оксидов железа и алюминия, а также калия, фосфора, серы и других макро- и микроэлементов питания растений. Кроме того, в состав илистой фракции входят органические коллоиды (гумус), поэтому она является самой плодородной частью почвы с высокой поглотительной способностью.

Таким образом, от размера фракций зависят физические и химические свойства почвы.

Гранулометрический состав влияет на водный, воздушный, тепловой и питательный режимы почв. Специалисты сельского хозяйства учитывают гранулометрический состав почв при размещении культур на полях севооборота, применении удобрений и других агротехнических приемов.

По отношению к обработке почвы подразделяют на легкие и тяжелые.

К легким относят песчаные и супесчаные почвы. Их легко обрабатывать, на вспашку требуется меньше затрат горючего. Весной эти почвы быстрее прогреваются и достигают физической спелости, то есть оптимального срока начала полевых работ. Отрицательными свойствами этих почв являются низкая влагоемкость и низкое содержание элементов питания. Поэтому легкие почвы считают бедными и сухими. Однако в северных областях, где короткое лето и недостаток тепла, эти почвы ценятся за способность быстрее прогреваться. Здесь можно раньше проводить посев сельскохозяйственных культур и, таким образом, увеличивать продолжительность вегетационного периода.

Песчаные и супесчаные почвы имеют крупные воздушные поры, поэтому в них быстро минерализуются органические удобрения. Самой эффективной мерой по повышению плодородия легких почв является возделывание на них люпина или сераделлы для запахивания, в качестве зеленого удобрения. При этом в почвах повышается содержание гумуса, азота, улучшается структура, увеличивается влагоемкость и поглотительная способность почв. Для улучшения свойств песчаных почв применяют также глинование.

В южных районах легкие почвы (песчаные и супесчаные) подвергаются ветровой эрозии.

Глинистые и тяжелосуглинистые почвы относят к тяжелым. Они характеризуются рядом отрицательных водно-физических свойств. Во влажном состоянии эти почвы вязкие, липкие, при высыхании они становятся твердыми, их тяжело обрабатывать. Однако эти почвы наиболее богаты элементами питания и имеют высокую поглотительную способность. Для повышения плодородия почв тяжелого гранулометрического состава необходимо прежде всего улучшить их водно-физические свойства. Это достигается путем систематического внесения органических удобрений, которые создают структуру и рыхлость этих почв.

Среднесуглинистые и легкосуглинистые почвы обладают наиболее благоприятными свойствами для возделывания сельскохозяйственных культур.

Вместе с тем следует учитывать, что в различных климатических условиях почвы одного и того же гранулометрического состава могут быть как благоприятными, так и неблагоприятными для возделывания растений. Об этом говорилось выше в отношении легких и теплых почв. Что касается тяжелых почв, то при условии их оструктуривания в районах засушливого климата они более благоприятны.

Кроме того, различные сельскохозяйственные культуры неодинаково относятся к гранулометрическому составу почв. Так, люпин, сераделла, сорго, картофель, кукуруза, гречиха, просо предпочитают легкие почвы. Пшеница, ячмень, свекла, капуста дают устойчивые урожаи на среднесуглинистых почвах, а овес - даже на тяжелосуглинистых и глинистых.

Знание гранулометрического состава почв позволяет определять оптимальные сроки сельскохозяйственных работ, нормы и сроки внесения удобрений и весь комплекс работ по наиболее рациональному использованию и охране почв. Землеустроители, агрономы и другие специалисты учитывают пестроту почвенного покрова по гранулометрическому составу, который указывают на почвенных картах в полном названии почв.

Гранулометрический состав почв определяют с помощью полевых и лабораторных методов. Перед лабораторным анализом проводят подготовку образца, которая заключается в полном разделении почвы на элементарные частицы. Для этого почву растирают, обрабатывают кислотой (для удаления карбонатов) и щелочами, а затем кипятят. Подготовленную суспензию переносят в мерный цилиндр для отбора фракций. Лабораторные методы основаны на различной скорости осаждения фракций разного размера в стоячей воде. Скорость осаждения частиц пропорциональна их радиусу в квадрате.

Сущность пипеточного метода заключается в том, что с помощью специальной пипетки с определенной глубины взмученной суспензии через определенное время берут пробы по 20...25 см 3 . Пробы выпаривают в заранее взвешенных стаканчиках или чашках, высушивают и взвешивают. По массе фракций в каждой пробе рассчитывают гранулометрический состав почвы. При этом учитывают содержание таких цементирующих веществ, как карбонаты кальция. Почва, в которой содержится значительное количество карбонатов, обладает низкой водопроницаемостью, большой сопротивляемостью почвообрабатывающим орудиям и является тяжелой. Если же такую почву промыть кислотой (чтобы удалить карбонаты), то в результате анализа мы получим данные, указывающие на высокую водопроницаемость и легкую податливость обработке, то есть эта почва будет иметь совершенно иные свойства, чем природная.

Полевые методы определения гранулометрического состава основаны на способности почв во влажном состоянии раскатываться в шнур и возможности последнего свертываться в кольцо без трещин или с трещинами. Существуют органолептические способы, основанные на ощущении песка и глины при растирании почвы на ладони. Эти навыки приобретают на практических занятиях, для чего используют таблицы органолептических признаков гранулометрического состава почвы.

Твердая фаза почв и почвообразующих пород состоит из обломков (частиц) первичных и вторичных минералов, органического вещества (гумуса) и органо-минеральных соединений, которые называются механическими элементами.

Механические элементы находятся в твердой фазе почв в раздельно-частичном состоянии, а также в виде агрегатов разной формы и величины.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СВОЙСТВА

Свойства механических элементов твердой фазы почв и почвообразующих пород, химический и минералогический составы меняются от их размера довольно отчетливо, а иногда и резко, что послужило основанием для разделения их на группы, или фракции. Такая группировка называется классификацией механических элементов. Наибольшее признание получила классификация механических элементов Н. А. Качинского.

Названия фракций механических элементов	Размеры фракций, мм
коллоиды

Охарактеризуем главнейшие особенности фракций механических элементов.

Камни (>3 мм) - обломки горных пород и минералов, водопроницаемость провальная, элементы питания находятся в труднодоступной форме.

Гравий (3-1 мм) - обломки первичных минералов, водопроницаемость провальная, водоподъемная способность отсутствует, влагоемкость очень низкая (< 3 %), элементы питания растений в труднодоступной форме.

Песок (1-0,05 мм) - обломки первичных минералов, среди которых преобладают кварц и полевые шпаты; по мере уменьшения диаметра частиц песка возрастает содержание кварца как минерала, более устойчивого к выветриванию; водопроницаемость высокая, низкая водоподъемная способность (от нескольких до 50 см) и низкая влагоемкость (3-10 %).

Пыль крупная (0,05-0,01 мм) - близка по минералогическому составу к фракциям песка, но водные свойства несколько лучше, не участвует в структурообразовании; почвы, обогащенные крупной и средней пылью, после дождя и последующего высыхания заплывают с образованием поверхностной корки, отрицательно влияющей на водно-воздушные свойства пахотного горизонта, что может привести к гибели всходов растений; устраняется это боронованием.

Пыль средняя и мелкая (0,01-0,001 мм) - в этих фракциях по сравнению с крупной пылью уменьшается количество кварца и полевых шпатов, особенно в мелкой пыли; в мелкой пыли больше слюд, роговой обманки, характерно наличие вторичных минералов и гумусовых веществ; частицы средней пыли практически не участвуют в структурообразовании, а частицы мелкой пыли способны к коагуляции и структурообразованию; влагоемкость и водоподъемная способность высокие; водопроницаемость низкая.

Ил (< 0,001 мм) - в илистой фракции первичных минералов мало, среди них кварц, ортоклаз, мусковит; ил состоит в основном из высокодисперсных вторичных минералов, глинных минералов, гумусовых веществ, обладает высокой поглотительной способностью, способностью к коагуляции и склеиванию механических элементов в агрегаты; коллоидная фракция ила играет главную роль в физико-химических почвенных процессах; ил является средоточием элементов питания растений; богат оксидами железа и алюминия; влагоемкость очень высока; водопроницаемость и водоподъемная способность минимальные.

Частицы твердой фазы почвы крупнее 1 мм (камни и гравий) называют скелетной частью, а менее 1 мм - мелкоземом.

Учитывая, что каждая фракция (группа) механических элементов обладает определенными свойствами, от которых зависят показатели плодородия, принято определять их процентное содержание и процентное соотношение. Процентное содержание каменистой и гравелистой фракций определяют на основе просеивания образца почвы через почвенные сита, а в основу метода разделения по размеру фракций мелкозема положены скорости их падения в воде, рассчитанные по формуле Дж. Т. Стокса.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЧВ И ПОЧВООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ СОСТАВУ

Суммарное процентное содержание фракций мелкозема от 1 до 0,01 мм называют физическим песком, менее же 0,01 мм - физической глиной, а их процентное соотношение - гранулометрическим составом. Именно это процентное соотношение использовано для характеристики гранулометрического состава, потому что все главнейшие свойства почв особенно резко изменяются на переходе размера частиц мелкозема через 0,01 мм.

В таблице 8 приведена классификация гранулометрического состава Н.А. Качинского (краткая шкала), в которой каждому определенному процентному соотношению физической глины и физического песка дано свое название, заимствованное из народного лексикона. Эта классификация получила в почвоведении наибольшее признание.

В таблице 8 для краткости не приводится процентное содержание физического песка, а подразумевается, что на него приходится все остальное (до 100 %) процентное содержание мелкозема размером 0,01-1 мм.

8. Классификация почв по гранулометрическому составу Н. А. Качинского

I. Краткая шкала

Краткое название по гранулометрическому составу
	подзолистого типа почвообразования	степного типа почвообразования, красноземы и желтоземы	солонцов и солонцеватых
Суглинок:

Продолжение

II. Классификация почв по каменистости

Чем больше физической глины в твердой фазе почв, тем тяжелее их обрабатывать, поэтому в агрономической практике различают почвы тяжелые и легкие. К тяжелым относятся глинистые и тяжелосуглинистые почвы, почвы легко- и среднесуглинистые менее тяжелые по гранулометрическому составу, легкими называют супесчаные и песчаные почвы.

В почвах более тяжелых при равных условиях с легкими (плотность, гумусность и т. д.) в одном и том же объеме твердой фазы содержится в естественных условиях больше воздуха и влаги вследствие повышенной пористости и суммарной удельной поверхности частиц мелкозема. Так как воздух - плохой проводник тепла, а вода обладает высокой теплоемкостью, то тяжелые почвы нагреваются солнцем медленнее легких, поэтому в агрономической практике их называют холодными, а легкие почвы - теплыми.

Из таблицы 8 видно, что для почв разных типов почвообразования при одном и том же гранулометрическом составе (начиная с супеси) содержание физической глины разное. Это связано с тем, что частицы физической глины почв разных типов почвообразования обладают разной способностью к агрегатированию, имеют неодинаковый качественный состав и свойства. Например, в солонцах и сильносолонцеватых почвах содержится повышенное количество обменного катиона натрия. В результате усиливаются связность почв при высыхании и липкость при увлажнении. Из-за этого солонцы и сильносолонцеватые почвы на одну градацию тяжелее почв подзолистого типа почвообразования, которые содержат в почвенном поглощающем комплексе повышенное количество водородных ионов, усиливающих дисперсность твердой фазы.

Почвы степного типа почвообразования вследствие хорошей гумусированности (гуматного типа гумуса), высокой насыщенности почвенного поглощающего комплекса катионами кальция и магния обладают повышенной способностью к агрегатированию. Поэтому они при одном и том же содержании физической глины являются более легкими по сравнению с минеральными почвами других типов почвообразования.

Кроме кратких названий почв и почвообразующих пород по гранулометрическому составу (см. табл. 8) в почвоведении используют также полные названия, в которых к краткому названию добавляют названия двух преобладающих по содержанию групп фракций мелкозема: песчаной (1-0,05 мм), крупнопылеватой (0,05-0,01 мм), пылеватой (0,01-0,001) или иловатой (< 0,001 мм).

На втором месте после основного названия гранулометрического состава принято давать название группы, имеющей самое большое процентное содержание. Например, дерново-подзолистая почва содержит: песка - 20 %, крупной пыли - 42, пыли средней и мелкой - 15 и ила - 23 %. Краткое название по гранулометрическому составу следует определить по первой колонке таблицы 8, потому что это почва подзолистого типа почвообразования. В почве содержится 38 % физической глины, значит, почва средне-суглинистая. Полное же название по гранулометрическому составу-суглинок средний иловато-крупнопылеватый, так как группа ила по содержанию на втором месте после крупной пыли.

В зависимости от процентного содержания этих четырех групп фракций суглинки и глины могут быть пылевато-иловатые, иловато-пылеватые, крупнопылевато-иловатые, иловато-песчаные, песчано-иловатые, крупнопылеватые, пылеватые и т. д. В суглинках и глинах крупнопылеватых на втором месте по количеству стоит группа пыли (0,01-0,001 мм), поэтому ее название опускают. Суглинки и глины пылеватые имеют вторую по величине группу крупной пыли (0,05-0,01 мм); в этом случае ее название также опускают.

Для того чтобы дать полное название по гранулометрическому составу супеси, прибавляют название только одной преобладающей группы фракций, кроме песчаной (так как супесь всегда песчаная). Например, супесь пылеватая, супесь крупнопылеватая, супесь иловатая.

Для полного названия по гранулометрическому составу песка рыхлого и связного необходимо добавить к краткому названию только название преобладающей фракции песка (песок рыхлый крупнозернистый, песок связный среднезернистый и т. п.). Если в почве имеются камни (> 3 мм), то в зависимости от их процентного содержания к названию по гранулометрическому составу мелкозема добавляют название по степени каменистости (см. табл. 8). Например, суглинок легкий пылевато-песчаный среднекаменистый (при содержании камней 5-10 %).

ЗНАЧЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА

Гранулометрический состав определяет практически все свойства почв, поэтому его необходимо учитывать в работе агронома. Чем тяжелее гранулометрический состав, тем богаче минералогический состав почв, больше валовых и подвижных элементов питания растений, активнее совершаются гумусово-аккумулятивные процессы и процессы структурообразования, выше поглотительная способность, теплоемкость, влагоемкость, биогенность почв, ниже водо- и воздухопроницаемость и т. д. Таким образом, гранулометрический состав влияет на основные показатели плодородия.

От гранулометрического состава зависят течение в почвах микро-, мезо- и макропроцессов, формирование морфологических особенностей почвенных профилей. Гранулометрический состав влияет на интенсивность развития водной и ветровой эрозий, на проходимость транспорта по грунтовым дорогам.

От гранулометрического состава зависят технологические особенности агроприемов: сроки проведения полевых работ, дозы минеральных удобрений, наиболее целесообразное размещение на пахотных угодьях сельскохозяйственных культур с теми или иными видами обработки почв и т. д. От гранулометрического состава зависят затраты топлива на обработку почв, на земляные работы.

Какой же гранулометрический состав лучше для земледелия? Многие наиболее благоприятные свойства и режимы складываются в легко- и среднесуглинистых почвах. Однако при хорошей оструктуренности почв, например черноземов, лучшими будут тяжелосуглинистые и глинистые почвы. В агрономической практике используют приемы, позволяющие при необходимости регулировать гранулометрический состав. На песчаных почвах проводят глинование, на глинистых - пескование.

Контрольные вопросы и задания

1. Что называется механическими элементами? 2. Назовите фракции механических элементов и их размер. 3. В чем главные отличия фракций механических элементов по составу и свойствам? 4. Одинаковы ли минералогический состав и свойства фракций механических элементов почв разных природных зон? 5. Что такое гранулометрический состав почв и какие краткие его названия вы знаете? 6. Как дается почве полное название по гранулометрическому составу? 7. Какие почвы называют тяжелыми и легкими, теплыми и холодными и почему? 8. Почему почвы разных типов почвообразования при одинаковом содержании физической глины могут отличаться по гранулометрическому составу? 9. Какое влияние оказывает гранулометрический состав на плодородие почв, течение почвенных процессов и технологические особенности проведения агроприемов? 10. Какой гранулометрический состав почв считают лучшим для земледелия и можно ли его регулировать?