Морфология почвы — это раздел почвоведения , посвященный техническому описанию почвы , [1] в частности ее физических свойств , включая текстуру, цвет, структуру и консистенцию. Морфологическую оценку почвы обычно выполняют в полевых условиях на почвенном профиле, содержащем несколько горизонтов . [2]
Наряду с почвообразованием и классификацией почв морфология почв считается частью почвоведения — одной из центральных дисциплин почвоведения. [3]
С момента зарождения сельского хозяйства люди поняли, что почвы обладают различными свойствами, влияющими на способность выращивать сельскохозяйственные культуры. [4] Однако почвоведение не стало отдельной научной дисциплиной до 19-го века, и даже тогда первые почвоведы были широко сгруппированы либо как «агрохимики», либо как «агрогеологи» из-за прочных связей почвы с почвой. сельское хозяйство. Эти агрогеологи исследовали почвы в естественных условиях и первыми научно изучили морфологию почвы. [5]
Группа первых русских почвоведов под руководством В. В. Докучаева наблюдала профили почв со схожими горизонтами в районах со схожим климатом и растительностью, несмотря на то, что они находились на расстоянии сотен километров друг от друга. [6] Работа Докучаева, наряду с более поздними вкладами К. Д. Глинки , К. Ф. Марбута и Ганса Йенни , установила почвы как независимые природные тела с уникальными свойствами, обусловленными их столь же уникальными сочетаниями климата, биологической активности, рельефа, исходного материала и времени. . Раньше свойства почвы определялись только на основе геологических или экологических условий, но с этим новым пониманием морфологические свойства почвы теперь используются для оценки комплексного влияния этих факторов. [7]
Морфология почвы стала основой для понимания наблюдений, экспериментов, поведения и практического использования различных почв. [7] Чтобы стандартизировать морфологические описания, официальные руководства и справочники по описанию почвы были впервые опубликованы в 1930-х годах Чарльзом Келлогом и Службой охраны почв Министерства сельского хозяйства США и Г. Р. Кларком для Соединенного Королевства. С тех пор многие другие страны и национальные организации по обследованию почв разработали свои собственные руководящие принципы. [5]
Наблюдения за морфологией почвы обычно проводятся в полевых условиях на почвенных профилях, обнаженных путем выкапывания ямы или извлечения керна с помощью толкающей трубки (ручной или гидравлической) или шнека. [8] Профиль почвы — это одна грань педона или воображаемой трехмерной единицы почвы, которая отображает весь спектр свойств, характерных для конкретной почвы. Педоны обычно занимают от 1 до 10 м 2 площади суши и являются основной единицей полевых исследований почвы. [9]
Многие почвоведы в США документируют морфологические описания почвы, используя стандартный полевой лист описания Педона, опубликованный Министерством сельского хозяйства США-NRCS. Помимо местоположения, ландшафта, растительности, топографии и другой информации о месте, описания морфологии почвы обычно включают следующие свойства:
Профили почвы содержат несколько слоев, известных как горизонты, которые обычно параллельны поверхности почвы. Эти горизонты отличаются от соседних слоев изменением морфологических свойств по мере естественного формирования почвы. Одни и те же горизонты почвы могут называться и обозначаться по-разному в различных системах классификации почв по всему миру, хотя большинство систем содержат следующее:
Помимо названия горизонта, описываются четкость и топография нижней границы каждого горизонта. Четкость границы определяется тем, насколько точно можно определить границу между горизонтами, и может быть очень резкой, резкой, четкой, постепенной или размытой. Топография границы – это горизонтальное изменение границы, которая часто не параллельна поверхности почвы и может даже быть прерывистой. Категории топографии включают гладкую, волнистую, неправильную и ломаную. [2]
Цвет почвы количественно описывается с помощью цветовой системы Манселла , разработанной в начале 20 века Альбертом Манселлом . Манселл был художником, и система охватывает весь диапазон цветов, хотя специально адаптированные книги цветов почвы Манселла, обычно используемые при описании полей, включают только наиболее подходящие цвета для почвы. [10]
Цветовая система Манселла включает в себя следующие три компонента:
Цвета почвы могут быть весьма разнообразными и зависят от содержания органических веществ, минералогии, а также присутствия и степени окисления оксидов железа и марганца. Почвы, богатые органическими веществами, имеют тенденцию быть темно-коричневыми или даже черными из-за накопления органических веществ на минеральных частицах. Хорошо дренированные и сильно выветренные почвы могут быть ярко-красными или коричневыми из-за окисленного железа, тогда как восстановленное железо может придавать серый или синий цвет и указывать на плохой дренаж. Когда почва насыщена водой в течение длительного времени, доступность кислорода ограничивается, и железо может стать биологическим акцептором электронов. Восстановленное железо более растворимо, чем окисленное, и легко выщелачивается из оболочек частиц, что обнажает голые, светлые силикатные минералы и приводит к истощению запасов железа. Когда из-за сокращения и/или истощения железа преобладающим цветом матрицы становится серый цвет, почву называют оглеенной. [9]
Цвет почвы также зависит от влажности, особенно от значения цвета. Важно отметить статус влажности как «влажный», когда добавление воды не меняет цвет почвы, или как «сухой», когда почва сухая на воздухе. [11] Стандартный уровень влажности для описания почвы в полевых условиях варьируется в зависимости от региона; влажные районы обычно используют влажное состояние, а засушливые – сухое. В подробных описаниях следует указывать как влажные, так и сухие цвета. [7]
Текстура почвы — это анализ и классификация распределения частиц по размерам в почве. Относительное количество песка, ила и частиц глины определяет текстуру почвы, которая влияет на внешний вид, ощущение и химические свойства почвы. [12]
(NRCS_Photo_Gallery).jpg/1280px-NRCSAZ02090(14214)(NRCS_Photo_Gallery).jpg)
Чтобы произвести оценку вручную в полевых условиях, почвоведы берут горсть просеянной почвы и смачивают ее водой до тех пор, пока она не схватится. Затем почву скатывают в шар диаметром около 1–2 дюймов и сжимают между большим и указательным пальцами. Ленты следует делать максимально длинными, пока они естественным образом не сломаются под собственным весом. Более длинные ленты указывают на более высокий процент глины. Относительная гладкость или зернистость указывают на процентное содержание песка, и с практикой этот метод может обеспечить точное определение класса текстуры. [9]
Опытный почвовед может с достаточной точностью определить текстуру почвы в поле, как описано выше. Однако не все почвы пригодны для точного определения текстуры почвы в полевых условиях из-за присутствия других частиц, которые мешают измерению концентрации песка, ила и глины. Минеральная текстура может быть затенена высоким содержанием органических веществ в почве , оксидами железа , аморфными алюмосиликатами или алюмосиликатами ближнего порядка и карбонатами .
Чтобы точно определить количество глины, песка и ила в почве, ее необходимо отнести в лабораторию на анализ. Применяется стратегия, известная как анализ размера частиц (PSA), начиная с предварительной обработки почвы с целью удаления всех других частиц, таких как органические вещества, которые могут мешать классификации. Предварительная обработка должна оставить в почве исключительно песок, ил и частицы глины. Предварительная обработка может состоять из таких процессов, как просеивание почвы для удаления более крупных частиц, что позволяет правильно диспергировать почву. Затем можно использовать ареометрические тесты для расчета количества присутствующего песка, ила и глины. Это заключается в смешивании предварительно обработанной почвы с водой и последующем оставлении смеси, принимая во внимание показания ареометра. Частицы песка являются самыми крупными и поэтому оседают быстрее всего, за ними следуют частицы ила и, наконец, частицы глины. Затем срезы высушивают и взвешивают. Сумма трех разделов должна составлять 100 %, чтобы тест можно было считать успешным. Лазерный дифракционный анализ также может использоваться в качестве альтернативы методам просеивания и ареометра. [13]
Отсюда почву можно классифицировать с помощью треугольника текстуры почвы , который обозначает тип почвы на основе процентного содержания каждой частицы в образце.
Частицы почвы естественным образом объединяются в более крупные единицы или формы, называемые «педами». Между педалями есть слабые плоскости, которые обычно выявляются путем прощупывания обнаженных профилей почвы ножом, чтобы вырвать и осторожно разбить объемы почвы. [11]
Морфологические описания структуры почвы содержат оценки формы, размера и качества. К формам строения относятся зернистые, пластинчатые, глыбовые, призматические, столбчатые и другие, в том числе «бесструктурные» формы — массивные и однозернистые. Размер классифицируется как одна из шести категорий: от «очень мелкого» до «чрезвычайно крупного», с разными пределами размера для различных форм и размеров, взятых для наименьшего размера стопы. Оценка указывает на отличимость педов или на то, насколько легко их отличить друг от друга, и описывается классами «слабый», «умеренный» и «сильный». [7]
Структуру часто лучше всего оценить, когда почва относительно сухая, поскольку опоры могут набухать от влаги, сжиматься и уменьшать четкость между каждой опорой. [9]
Пористость верхнего слоя почвы — это мера порового пространства в почве , которое обычно уменьшается по мере увеличения размера зерна . Это происходит из-за образования почвенных агрегатов в почвах с более мелкой текстурой поверхности под воздействием почвенных биологических процессов. Агрегация предполагает прилипание частиц и более высокую устойчивость к уплотнению. Пористость почвы является функцией объемной плотности почвы , которая зависит от ее состава. Песчаные почвы обычно имеют более высокую объемную плотность и меньшую пористость, чем илистые или глинистые почвы. Это связано с тем, что более мелкозернистые частицы имеют больший объем порового пространства, чем более крупнозернистые частицы. В таблице ниже показаны объемные плотности слоев, которые позволяют и ограничивают рост корней для трех основных категорий текстур. Пористость почвы является важным фактором, который определяет количество воды, которое почва может удерживать, сколько воздуха она может удерживать и, следовательно, насколько хорошо корни растений могут расти в почве. [14]
Пористость почвы сложная. Традиционные модели рассматривают пористость как непрерывную. Это не учитывает аномальные особенности и дает лишь приблизительные результаты. Более того, он не может помочь смоделировать влияние факторов окружающей среды, влияющих на геометрию пор. Был предложен ряд более сложных моделей, включая фракталы , теорию пузырей , теорию растрескивания , булев процесс зерна, упакованную сферу и множество других моделей. [15]
Микроморфология почвы относится к описанию, измерению и интерпретации особенностей почвы, которые слишком малы, чтобы их можно было наблюдать невооруженным глазом. [11] Хотя микроморфологические описания можно начать в полевых условиях с использованием ручной линзы с 10-кратным увеличением, гораздо больше можно описать, используя тонкие срезы почвы, сделанные с помощью петрографического поляризационного светового микроскопа . Почву можно пропитать эпоксидной смолой, но чаще всего полиэфирной смолой (crystic 17449), нарезать ломтиками и измельчить до толщины 0,03 миллиметра и исследовать, пропуская свет через тонкую плазму почвы. [ нужна цитата ]
Микроморфология почвы уже около 50 лет является признанным методом почвоведения, а опыт исследований почв и палеопочв впервые позволил использовать ее при исследовании археологически погребенных почв. Совсем недавно наука расширилась и стала охватывать характеристики всех археологических почв и отложений и добилась успеха в предоставлении уникальной культурной и палеоэкологической информации из целого ряда археологических памятников. [16]
Почвы образуются из соответствующего исходного материала, который может соответствовать или не соответствовать составу скальной породы, на вершине которой они лежат. Исходный материал может разрушаться в результате биологических и химических процессов, а также природных процессов, таких как ветровая и водная эрозия. Химические и физические свойства этого исходного материала отражаются на качествах получаемой почвы. Климат, топография и биологические организмы оказывают влияние на формирование почв в различных географических точках. [17]
На крутом рельефе будет наблюдаться увеличение объема стока по сравнению с плоским рельефом. Увеличение стока может препятствовать образованию почвы, поскольку верхние слои продолжают стираться, поскольку они недостаточно развиты, чтобы поддерживать рост корней. Рост корней может помочь предотвратить эрозию, поскольку корни удерживают почву на месте. Это явление приводит к тому, что почвы на склонах тоньше и менее развиты, чем почвы на равнинах или плато. [18]
На формирование почв влияют различные уровни осадков и ветра. Увеличение количества осадков может привести к увеличению уровня стока, как описано ранее, но регулярное количество осадков может стимулировать рост корней растений, что останавливает сток. Рост растительности на определенной территории также может способствовать увеличению глубины и качества питательных веществ верхнего слоя почвы, поскольку разложение органического вещества способствует укреплению органических горизонтов почвы.
Различные уровни микробной активности могут оказывать различное воздействие на почвообразование. Чаще всего биологические процессы разрушают существующее почвообразование, что приводит к химическому перемещению. движение этих химикатов может сделать доступными питательные вещества, что может ускорить рост корней растений.
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )