Морфология почвы — это раздел почвоведения , посвященный техническому описанию почвы , [1] в частности, физическим свойствам, включая текстуру, цвет, структуру и консистенцию. Морфологические оценки почвы обычно проводятся 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 понимали, что почвы обладают различными свойствами, которые влияют на их способность выращивать урожай. [4] Однако почвоведение не стало самостоятельной научной дисциплиной до 19 века, и даже тогда первые почвоведы были в целом сгруппированы как «агрохимики» или «агрогеологи» из-за устойчивых прочных связей почвы с сельским хозяйством. Эти агрогеологи исследовали почвы в естественных условиях и были первыми, кто научно изучал морфологию почвы. [5]
Группа ранних русских почвоведов под руководством В. В. Докучаева наблюдала почвенные профили с похожими 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, естественные тела с уникальными свойствами, вызванными их столь же уникальными сочетаниями климата, биологической активности, рельефа, материнской породы и времени. Свойства почвы ранее выводились только из геологических или экологических условий, но с этим новым пониманием морфологические свойства почвы теперь использовались для оценки комплексного влияния этих факторов. [7]
Морфология почвы стала основой для понимания наблюдений, экспериментов, поведения и практического использования различных почв. [7] Для стандартизации морфологических описаний официальные руководства и справочники по описанию почвы были впервые опубликованы в 1930-х годах Чарльзом Келлогом и Министерством сельского хозяйства США - Службой охраны почв для Соединенных Штатов и GR Clarke для Соединенного Королевства. Многие другие страны и национальные организации по обследованию почв с тех пор разработали свои собственные руководства. [5]
Наблюдения за морфологией почвы обычно проводятся в полевых условиях на почвенных профилях, полученных путем выкапывания ямы или извлечения керна с помощью толкающей трубки (ручной или гидравлической) или бура. [8] Почвенный профиль — 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 м2 поверхности земли и являются основной единицей полевого изучения почвы. [9]
Многие почвоведы в Соединенных Штатах документируют морфологические описания почв, используя стандартный полевой лист Pedon Description, опубликованный USDA-NRCS. В дополнение к местоположению, ландшафту, растительности, топографической и другой информации о месте, описания морфологии почв обычно включают следующие свойства:
Почвенные профили содержат несколько слоев, известных как горизонты, которые обычно параллельны поверхности почвы. Эти горизонты отличаются от соседних слоев изменениями морфологических свойств, поскольку почва формируется естественным образом. Одни и те же почвенные горизонты могут называться и маркироваться по-разному в различных системах классификации почв по всему миру, хотя большинство систем содержат следующее:
В дополнение к названию горизонта описываются четкость и топография нижней границы каждого горизонта. Четкость границы определяется тем, насколько точно может быть идентифицирована граница между горизонтами, и может быть очень резкой, резкой, четкой, постепенной или размытой. Топография границы относится к горизонтальному изменению границы, которая часто не параллельна поверхности почвы и может даже быть прерывистой. Категории топографии включают гладкую, волнистую, нерегулярную и прерывистую. [2]
Цвет почвы количественно описывается с помощью цветовой системы Манселла , разработанной в начале 20 века Альбертом Манселлом . Манселл был художником, и эта система охватывает весь спектр цветов, хотя специально адаптированные книги цветов почвы Манселла, обычно используемые при полевом описании, включают только наиболее релевантные цвета для почвы. [10]
Цветовая система Манселла включает в себя следующие три компонента:
Цвета в почве могут быть весьма разнообразными и являются результатом содержания органического вещества, минералогии, а также наличия и степени окисления оксидов железа и марганца. Богатые органикой почвы, как правило, темно-коричневые или даже черные из-за органического вещества, накапливающегося на минеральных частицах. Хорошо дренированные и сильно выветренные почвы могут быть ярко-красными или коричневыми из-за окисленного железа, в то время как восстановленное железо может придавать серые или синие цвета и указывать на плохой дренаж. Когда почва насыщена в течение длительных периодов, доступность кислорода ограничена, и железо может стать биологическим акцептором электронов. Восстановленное железо более растворимо, чем окисленное железо, и легко выщелачивается из покрытий частиц, что обнажает голые, светлые силикатные минералы и приводит к истощению железа. Когда восстановление и/или истощение железа делает серый цвет доминирующим цветом матрицы, почва считается оглеенной. [9]
Цвет почвы также зависит от влажности, в частности, от ее цвета. Важно отметить состояние влажности как «влажное», когда добавление воды не меняет цвет почвы, или как «сухое», когда почва сухая на воздухе. [11] Стандартное состояние 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 размеров частиц в почве. Относительное количество частиц песка, ила и глины определяет текстуру почвы, которая влияет на ее внешний вид, ощущение и химические свойства. [12]
(NRCS_Photo_Gallery).jpg/1280px-NRCSAZ02090(14214)(NRCS_Photo_Gallery).jpg)
Чтобы оценить вручную в полевых условиях, почвоведы берут горсть просеянной почвы и смачивают ее водой, пока она не склеится. Затем почву скатывают в шарик диаметром около 1-2 дюймов и сжимают между большим пальцем и боковой стороной указательного пальца. Ленты следует делать как можно длиннее, пока они естественным образом не порвутся под собственным весом. Более длинные ленты указывают на более высокий процент глины. Относительная гладкость или зернистость указывает на процент песка, и с практикой этот метод может обеспечить точное определение текстурного класса. [9]
Опытный почвовед может определить текстуру почвы в полевых условиях с достаточной точностью, как описано выше. Однако не все почвы поддаются точному полевому определению текстуры почвы из-за присутствия других частиц, которые мешают измерению концентрации песка, ила и глины. Минеральная текстура может быть затуманена высоким содержанием органических веществ в почве , оксидами железа , аморфными или алюмосиликатами ближнего порядка и карбонатами .
Чтобы точно определить количество глины, песка и ила в почве, ее необходимо отвезти в лабораторию для анализа. Выполняется стратегия, известная как анализ размера частиц (PSA), начиная с предварительной обработки почвы с целью удаления всех других частиц, таких как органические вещества, которые могут помешать классификации. Предварительная обработка должна оставить почву строго в виде частиц песка, ила и глины. Предварительная обработка может состоять из таких процессов, как просеивание почвы для удаления более крупных частиц, что позволяет почве должным образом диспергироваться. Затем можно использовать тесты ареометра для расчета количества присутствующего песка, ила и глины. Это заключается в смешивании предварительно обработанной почвы с водой, а затем в том, чтобы смесь осела, с учетом показаний ареометра. Частицы песка являются самыми крупными, и поэтому осядут быстрее всего, за ними следуют частицы ила и, наконец, частицы глины. Затем секции высушивают и взвешивают. Три секции должны составить в сумме 100%, чтобы тест считался успешным. Лазерный дифракционный анализ также может быть использован в качестве альтернативы методам просеивания и ареометрии. [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». Педы имеют слабые плоскости между ними, которые обычно определяются путем зондирования обнаженных профилей почвы ножом, чтобы поддеть и аккуратно разбить объемы почвы. [11]
Морфологические описания структуры почвы содержат оценки формы, размера и сорта. Формы структуры включают зернистую, пластинчатую, блочную, призматическую, столбчатую и другие, включая «бесструктурные» формы массивной и однозернистой. Размер классифицируется как одна из шести категорий, варьирующихся от «очень мелкой» до «чрезвычайно грубой», с различными пределами размера для различных форм и измерений, взятых по наименьшему измерению педа. Сорт указывает на отчетливость педов или на то, насколько легко они различимы друг от друга, и описывается классами «слабая», «умеренная» и «сильная». [7]
Структуру часто лучше всего оценивать, когда почва относительно сухая, так как стебли могут разбухать от влаги, сжиматься и уменьшать четкость между ними. [9]
Пористость верхнего слоя почвы является мерой порового пространства в почве , которая обычно уменьшается с увеличением размера зерна . Это происходит из-за образования почвенных агрегатов в более мелкозернистых поверхностных почвах при воздействии почвенных биологических процессов. Агрегация включает в себя адгезию частиц и более высокую устойчивость к уплотнению. Пористость почвы является функцией объемной плотности почвы , которая основана на составе почвы. Песчаные почвы обычно имеют более высокую объемную плотность и более низкую пористость, чем илистые или глинистые почвы. Это происходит потому, что более мелкозернистые частицы имеют большее количество порового пространства, чем более крупнозернистые частицы. В таблице ниже показаны объемные плотности, которые как допускают, так и ограничивают рост корней для трех основных классификаций текстуры. Пористость почвы является важным фактором, который определяет количество воды, которое может удерживать почва, сколько воздуха она может удерживать, и, следовательно, насколько хорошо корни растений могут расти в почве. [14]
Пористость почвы сложна. Традиционные модели рассматривают пористость как непрерывную. Это не учитывает аномальные особенности и дает только приблизительные результаты. Кроме того, это не может помочь смоделировать влияние факторов окружающей среды, которые влияют на геометрию пор. Было предложено несколько более сложных моделей, включая фракталы , теорию пузырьков , теорию растрескивания , процесс булевых зерен, 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 могут начинаться в полевых условиях с использованием 10-кратной ручной линзы, 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 и измельчить до толщины 0,03 миллиметра и исследовать, пропуская свет через тонкую почвенную плазму. [ необходима ссылка ]
Микроморфология почвы была признанным методом в почвоведении в течение примерно 50 лет, и опыт педогенных и палеопочвенных исследований впервые позволил использовать ее при исследовании археологически погребенных почв. Совсем недавно эта наука расширилась, включив в себя характеристику всех археологических почв и отложений, и успешно предоставила уникальную культурную и палеоэкологическую информацию из целого ряда археологических памятников. [16]
Почвы формируются из соответствующего им исходного материала, который может соответствовать или не соответствовать составу коренной породы, на которой они лежат. С помощью биологических и химических процессов, а также естественных процессов, таких как ветровая и водная эрозия, исходный материал может быть разрушен. Химические и физические свойства этого исходного материала отражаются в качествах полученной почвы. Климат, топография и биологические организмы оказывают влияние на формирование почв в различных географических точках. [17]
Крутой рельеф будет иметь увеличенный объем стока по сравнению с плоским рельефом. Увеличенный сток может препятствовать образованию почвы, поскольку верхние слои продолжают сдираться, поскольку они недостаточно развиты для поддержки роста корней. Рост корней может помочь предотвратить эрозию, поскольку корни удерживают почву на месте. Это явление приводит к тому, что почвы на склонах становятся тоньше и менее развиты, чем почвы на равнинах или плато. [18]
Различные уровни осадков и ветра влияют на формирование почв. Увеличение осадков может привести к увеличению уровня стока, как описано ранее, но регулярное количество осадков может стимулировать рост корней растений, что работает на остановку стока. Рост растительности в определенной области также может работать на увеличение глубины и качества питательных веществ верхнего слоя почвы, поскольку разложение органического вещества работает на укрепление органических горизонтов почвы.
Различные уровни микробной активности могут иметь ряд последствий для формирования почвы. Чаще всего биологические процессы направлены на нарушение существующего формирования почвы, что приводит к химической транслокации. Перемещение этих химикатов может сделать питательные вещества доступными, что может усилить 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 )