Что такое почва?

Почва — это гораздо больше, чем просто грязь. Это динамичная, живая система, состоящая из минеральных частиц, органического вещества, воды, воздуха и обширного сообщества организмов. Эта сложная смесь образует самый внешний слой земной коры и служит основной средой для роста растений. Почва также играет критически важную роль в фильтрации воды, круговороте питательных веществ и хранении углерода. Научное исследование почвы, известное как педология, изучает ее формирование (педогенез), классификацию и распределение по ландшафтам. Понимание почвы начинается с признания ее пяти основных компонентов: минералов (45%), органического вещества (5%), воды (25%), воздуха (25%) и живых организмов. Относительные пропорции этих компонентов определяют текстуру, структуру, плодородие и поведение почвы.

Основные типы почв: характеристики и идентификация

Почвы классифицируются по их текстуре, которая относится к относительным процентам частиц песка, ила и глины. Помимо текстуры, другие свойства, такие как органическое содержание, рН, дренаж и цвет, дополнительно различают типы почвы. Наиболее распространенная классификация для сельскохозяйственных и инженерных целей группирует почвы на шесть основных категорий. Каждая имеет уникальные сильные стороны и ограничения.

Глинистая почва

Глиняная почва состоит из тончайших минеральных частиц, диаметром менее 0,002 мм. Эти частицы имеют форму пластин и плотно упаковываются вместе, придавая глиняной почве характерную липкость при влажности и твердость при сухости. Глина обладает чрезвычайно высокой водоудерживающей способностью, но это также означает, что она дренируется очень медленно. Небольшие поровые пространства ограничивают движение воздуха, делая глиняные почвы склонными к заболачиванию. Однако глиняные частицы несут отрицательный заряд, который притягивает и удерживает положительно заряженные питательные вещества (катили), такие как калий, кальций и магний, делая глину естественно плодородной. В геологии глиняные почвы обычно образуются от химического выветривания силикатных минералов, таких как полевые шпаты в породах, таких как гранит и базальт. Они распространены в районах с умеренным до высоким количеством осадков и в древних озёрных пластах или морских отложениях. Практическое примечание: глиняные почвы могут быть

Сэнди-Суол

Песчаная почва содержит частицы от 0,05 до 2,0 мм в диаметре. Эти частицы видны невооруженным глазом и ощущаются в песчаных зернах. Большие поровые пространства между песчаными зернами позволяют воде быстро стекать, что приводит к низкому удержанию воды. Песчаные почвы быстро прогреваются весной, что делает их благоприятными для ранней посадки, но они также быстро теряют влагу и питательные вещества. Они часто кислые и требуют частого орошения и оплодотворения для поддержки сельскохозяйственных культур. Геологически песчаные почвы происходят от физического выветривания богатых кварцем пород, таких как песчаник и гранит. Они распространены в засушливых и полузасушливых регионах, прибрежных зонах и районах с ледниковым промыванием. Песчаные частицы в основном инертны - они не содержат питательных веществ хорошо - поэтому органические поправки необходимы для улучшения плодородия.

Грязная почва

Частицы ила являются промежуточными по размеру, варьируясь от 0,002 до 0,05 мм. Ил кажется гладким и мукоподобным, когда сухой и имеет умеренную способность удерживать воду и питательные вещества. Грязные почвы предлагают лучший дренаж, чем глина, но лучше плодородие, чем песок. Они, как правило, плодородны и легко работают, хотя они могут легко уплотняться. Илло почва часто встречается в речных долинах, поймах и отложениях лосса (ветряной ил). Их геологическое происхождение обычно является измельчением ледников (ледяная мука) или выветриванием горных пород, таких как сланец и илстоун. Лессовые почвы, такие как на американском Среднем Западе и в некоторых частях Китая, являются одними из самых продуктивных сельскохозяйственных почв в мире из-за их богатого илом состава и хорошего дренажа.

Почва Лоам

Суглинистый грунт — это не единая текстура, а сбалансированная смесь песка, ила и глины, как правило, с примерно 40% песка, 40% ила и 20% глины. Эта идеальная комбинация придает сугробу лучшие свойства каждого компонента: хороший дренаж и аэрация из песка, удержание влаги и питательных веществ из ила и глины и работоспособность. Суглинок темный, рассыпчатый и богатый органическим веществом. Суглинка считается золотым стандартом для садоводства и сельского хозяйства. Суглинка образуется естественным образом в средах, где смешиваются родительские материалы, такие как аллювиальные поймы, ледниковые равнины и выветрившиеся горные зоны. Геологические процессы, которые создают сугроб, часто включают осаждение смешанных осадков водой, ветром или льдом, за которым следуют умеренное выветривание и накопление гумуса.

торфяная почва

Торфяная почва, или торф, представляет собой органическую почву, состоящую в основном из частично разложившегося растительного материала. Она образуется в заболоченных условиях, где низкий уровень кислорода медленно разлагается. Торф темно-коричневый или черный, губчатый и высококислый (pH 3,5-5,5). Он обладает исключительной водосодержащей способностью, но плохим дренажем. Торфяные болота и фены накапливаются в течение тысяч лет в прохладном, влажном климате, таком как в северной Европе, Канаде и частях Юго-Восточной Азии. Геологически, торф является ранней стадией образования угля. В то время как природные торфяники являются важными поглотителями углерода и уникальными экосистемами, садоводы собирают урожай для изменений почвы. Однако из-за экологических проблем многие садоводы теперь используют альтернативы, такие как кокосовая кора. Торфяные почвы имеют низкий уровень доступных питательных веществ растений в их естественном состоянии, но могут быть очень продуктивными после лиминга и оплодотворения.

соленая почва

Соленые почвы содержат высокие концентрации растворимых солей, таких как хлорид натрия, сульфат кальция и хлорид магния. Эти соли снижают способность растений поглощать воду, эффективно вызывая физиологическую засуху. Соленые почвы часто образуются в засушливых и полузасушливых регионах, где испарение превышает осадки, оставляя соли позади. Они также могут быть результатом орошения соленой водой или плохого дренажа, который позволяет грунтовым водам подниматься и испаряться. Электрическая проводимость насыщенных почвенных экстрактов в соленых почвах превышает 4 дС/м. Геологически, соленые исходные материалы включают морские отложения, богатые сланцы и испарительные отложения. Управление солеными почвами требует выщелачивания высококачественной водой, установки дренажа и использования солеустойчивых растений (галофитов). Содовые почвы, которые имеют высокие уровни натрия по сравнению с другими катионами, являются связанной, но отличной проблемой, которая вызывает дисперсию частиц глины и

Геологические истоки почвы: как родительский материал становится почвой

Путешествие от твердых пород к живой почве является медленным, многогранным процессом, обусловленным выветриванием, биологической активностью и накоплением органического вещества. Материал — основной геологический материал — оказывает сильное влияние на свойства почвы. Материалы-родители могут быть остаточными (разработанными непосредственно из основной породы) или транспортироваться (перевозимыми водой, ветром, льдом или гравитацией). Понимание этих истоков помогает прогнозировать поведение почвы и эффективно управлять землепользованием.

Увлажнение: основа формирования почвы

Выветривание - это разрушение горных пород и минералов на поверхности Земли или вблизи нее. Это происходит в трех основных формах: физической, химической и биологической.

  • Физическое выветривание разбивает породы на более мелкие фрагменты без изменения их минерального состава. Ключевые процессы включают циклы замораживания-оттаивания (заморозка), тепловое расширение и сокращение, истирание ветром и водой и рост корней растений. Это производит частицы песка и ила.
  • Химическое выветривание изменяет структуру минералов посредством реакций с водой, кислородом, углекислым газом и органическими кислотами. Наиболее важными процессами являются растворение (например, кальцита), гидролиз (разрушение силикатов), окисление (например, ржавчина минералов железа) и карбонизация. Химическое выветривание наиболее активно в теплом, влажном климате и производит глинистые минералы и растворимые соли.
  • Биологическое выветривание включает в себя живые организмы — лишайники, секретирующие кислоты, корни, вклинивающиеся в трещины, зарывание животных, смешивающие материалы — которые усиливают как физическое, так и химическое разрушение.

Интенсивность погодного воздействия и и сопротивление исходной породы определяют скорость образования почвы. Например, кварцит выпадает очень медленно, образуя тонкие песчаные почвы, в то время как известняк быстро выпадает при растворении, часто оставляя богатые глиной остатки (terra rossa).

Типы родительского материала и их производные почвы

Материалы родителей классифицируются по их происхождению и способу транспортировки. Вот основные типы:

  • Остаточный исходный материал: Образуется на месте из лежащей в основе породы. Профиль почвы постепенно сливается в выветрившуюся породу, а затем твердую породу. Эти почвы отражают состав породы — например, гранит дает грубые, песчаные, кислые почвы, в то время как базальт производит темные, богатые глиной, плодородные почвы.
  • Аллювиальные отложения: Перевозятся реками и ручьями. Аллювиальные почвы часто слоистые, хорошо сортированные и плодородные, встречаются в поймах и дельтах. Они варьируются от грубых гравий вблизи верховьев до мелких илов и глин ниже по течению.
  • Глациальные отложения: Материал, перемещаемый и откладываемый ледниками.Глациальная долина представляет собой несортированную смесь глины с валунами (до равнин и морен).Глациальная промывка представляет собой песок и гравий с водной сортировкой (вымывные равнины). Ледниковые почвы распространены в северных широтах и часто очень продуктивны после надлежащего управления.
  • Эолийские отложения : Перевозятся ветром. Убыток представляет собой ветровой ил (обычно из ледникового промыва или пустынных полей), который образует глубокие, однородные, плодородные почвы. Песчаные дюны производят чрезмерно осушенные песчаные почвы с низкой плодородностью.
  • Морские и лакустриновые отложения: Осадки, заложенные в древних морях или озерах. Они часто имеют высокое содержание глины и могут содержать соли или раковины, что приводит к уникальным проблемам химии почвы и дренажа.
  • Коллювиальные отложения: Материалы, перемещаемые под гору под действием силы тяжести.Эти почвы часто неглубокие, каменистые и смешанные, встречаются у основания склонов (коллювиальные фартуки).

Профиль почвы: развитие горизонта

Как формы почвы, различные слои, называемые горизонты развиваются из-за вертикального движения воды, органического вещества и минералов. Типичный профиль минеральной почвы состоит из пяти основных горизонтов (O, A, E, B, C, R), хотя не все могут присутствовать в данной почве.

  • O горизонт: Поверхностный слой органического мусора (листьев, веток) на различных стадиях разложения. Толстый в лесах и водно-болотных угодьях.
  • Горизонт: Почва — темная, богатая органическим веществом (гумусом) и биологической активностью.Это самый плодородный слой и зона интенсивного роста корней.
  • E horizon: Элювиационный слой — светлая зона, где минералы (глина, железо) выщелачиваются вниз.Обычны в песчаных или кислых почвах под лесами.
  • B горизонт: Недра — зона накопления (обесцвечивания), где откладываются глина, оксиды железа, карбонат кальция или другие материалы сверху. Часто более богатая глиной и ярко окрашенная (красноватая или коричневая).
  • C Horizon: Выветрившийся исходный материал — частично измененная порода или осадок ниже живой почвы.
  • R горизонт : Твердая основа, лежащая в основе всех горизонтов.

Толщина и характер каждого горизонта варьируют в зависимости от климата, растительности, времени и исходного материала. Например, в засушливых регионах горизонт В может накапливать карбонат кальция (калич), а не глину.

Факторы формирования почв (CLORPT)

Ученые используют концептуальную структуру, известную как CLORPT (акроним, придуманный Хансом Дженни), чтобы описать пять ключевых факторов, которые контролируют образование почвы:

  • Климат (C): Температура и осадки влияют на скорость выветривания, разложения органических веществ и выщелачивания. Мокрый, теплый климат производит глубокие, сильно выветрившиеся почвы (например, оксизолы в тропиках). Сухой, холодный климат дает тонкие, плохо развитые почвы (например, Аридисолы).
  • Организмы (O): Растения, животные, микроорганизмы и люди влияют на почву через производство мусора, корневую деятельность, норы и управление земельными ресурсами. Плотные леса производят толстые горизонты О; луга производят глубокие, темные горизонты А.
  • Рельеф (R): Топография регулирует дренаж, эрозию и солнечное воздействие. У крутых склонов тонкие почвы из-за эрозии; плоские низменности накапливают толстые почвы с высоким органическим веществом. Аспект (северный и южный склон) создает микроклиматы, которые влияют на влажность почвы и температуру.
  • Материал для родителей (P) : Химический и физический состав исходного материала влияет на текстуру, минералогию и фертильность (см. выше).
  • Время (T): Почвы развиваются на протяжении веков до тысячелетий. Молодые почвы (например, на недавних лавовых потоках) неглубокие со слабым горизонтированием. Старые почвы (на стабильных ландшафтах) глубокие, сильно выветрились и часто истощаются питательными веществами. В некоторых случаях почвы можно считать «ископаемыми почвами» (палеозольами), погребенными под более поздними отложениями.

Эти факторы взаимодействуют сложным образом, создавая невероятное разнообразие почв по всей планете.

Системы классификации почв

Две основные системы классификации используются во всем мире для организации почв на основе их свойств и генеза.

USDA Таксономия почвы

Система Министерства сельского хозяйства США (разработанная в 1960-х годах) классифицирует почвы на 12 порядков на самом высоком уровне, исходя из наличия или отсутствия конкретных диагностических горизонтов, режимов влажности и других характеристик.

  • Альфизолы: Умеренно выветривающиеся, с обогащённой глиной недрами (аргиллический горизонт).Обычны под лиственными лесами.Плодородны.
  • Андизолы: образованы из вулканического пепла. Высокое органическое вещество, способность фиксировать фосфор и хорошая структура.
  • Аридисолы: Почвы пустынь. Низкое количество органического вещества, часто имеют кальций или салиц.
  • Энтизолы: Молодые почвы с небольшим развитием горизонта, найденные на недавних поймах, дюнах или крутых склонах.
  • Гелизолы: Почвы холодного климата с вечной мерзлотой в пределах 2 метров от поверхности.
  • Гистозоль : Органические почвы (торф и грязь), образующиеся в водно-болотных угодьях.
  • Инцептизолы: Слаборазвитые почвы, более развитые, чем энтизолы, но всё ещё молодые.Обычны в горах и оледенелых регионах.
  • Моллизолы: Почвы с густыми, тёмными, богатыми питательными веществами горизонтами А (чернозем). Среди наиболее продуктивных сельскохозяйственных почв.
  • Оксизолы: Глубоко выветрившиеся, сильно выщелоченные почвы тропиков. Низкая плодовитость, но хорошие физические свойства. Богатые оксидами железа и алюминия.
  • Сподозоли: Кислые, песчаные почвы с характерным горизонтом E и горизонтом B, богатым органическим веществом и железом (обычны под хвойными лесами).
  • Ультизолы: Выветрившиеся, кислые почвы с глиняными недрами, найденные во влажных умеренных и тропических регионах.
  • Вертизолы: Богатые глиной почвы, которые резко сжимаются и набухают при изменении влажности, образуя глубокие трещины.Найдены в тропических и субтропических районах с сезонными осадками.

Каждый заказ подразделяется на подотряды, большие группы, подгруппы, семьи и ряды, предоставляя подробную классификацию для планирования землепользования.

Всемирная справочная база (WRB)

Международная система, используемая Продовольственной и сельскохозяйственной организацией (ФАО) и IUSS, имеет 32 эталонных почвенных группы, таких как Чернозем, Ферральсол и Подзоль. Она подчеркивает процессы формирования почв и широко используется в глобальном картировании почв.

Практическое влияние типов и происхождения почв

Понимание геологического происхождения почвы напрямую влияет на практику в реальном мире:

  • Сельское хозяйство: Фермеры выбирают культуры на основе текстуры почвы и плодородия. Например, песчаные почвы подходят для корнеплодов (морковь, картофель), которые нуждаются в рыхлой почве, в то время как глинистые почвы лучше подходят для рисовых полей, где требуется удержание воды. Знание исходного материала помогает прогнозировать потребности в извести и удобрениях.
  • Строительство и проектирование: Несущая способность почвы, потенциал усадочного набухания (Вертизолы) и коррозионная способность имеют решающее значение для фундаментов, дорог и трубопроводов. Расширенные глины могут повредить структуры; песчаные почвы могут потребовать уплотнения; торфяные почвы избегают из-за риска поселения.
  • Экологическое регулирование: Тип почвы влияет на подпитку грунтовых вод, выщелачивание питательных веществ и транспорт загрязняющих веществ. Почвы над проницаемым песком или гравием в карстовых (известняковых) районах уязвимы для загрязнения; глиняные почвы действуют как естественные вкладыши для свалок.
  • Секвестрация углерода: Органические почвы (гистозолы) и хорошо управляемые моллизолы хранят большое количество углерода. Сельскохозяйственные методы, такие как выращивание без дождевого покрытия и покрытие, могут улучшить хранение углерода в почве и смягчить изменение климата.
  • Консервация и контроль эрозии: Крутые склоны с тонкими суглинистыми почвами требуют террасирования или постоянной растительности.Эрозия ветра является основной проблемой на песчаных и засушливых почвах (например, равнинах Лесс) в засушливые периоды.

Заключение

Почва не однородное одеяло, а замечательное, разнообразное природное тело, сформированное его геологическим наследием. От грубых песков древнего гранита до богатой лёссы ледниковых равнин, каждый тип почвы несет в себе подпись своего исходного материала, климата, под которым он выветрился, и живых организмов, которые построили его структуру. Признание различий между глиной, песком, илом, суглинком, торфом и соленой почвой - и понимание процессов выветривания, транспорта и развития горизонта - дает фермерам, инженерам, ученым-экологам и землевладельцам возможность использовать почвенные ресурсы устойчиво. Как основа земной жизни, почва заслуживает нашего тщательного изучения и защиты.

Для дальнейшего чтения в базах данных классификации почв и глобальных почвенных карт рассмотрите ресурсы из Службы охраны природных ресурсов (NRCS) , Всемирной справочной базы ФАО по почвенным ресурсам и образовательного портала Общества почвоведения Америки .