Основными элементами рельефа являются водораздельные пространства, склоны и долины.
В практике полевых почвенных исследований установилась следующая систематика типов рельефа:
1)макрорельеф; 2) мезорельеф; 3) микрорельеф; 4) нанорельеф.
Каждый из перечисленных типов рельефа играет определенную роль в процессах почвообразования, т.е. в генезисе почв и географии почв, в формировании структуры почвенного покрова.
МАКРОРЕЛЬЕФ как рельеф, определяющий строение земной поверхности на больших территориях, определяет и отражает, в соответствии с биоклиматическими условиями, зональность почвенного покрова, его структуру и характер макрокомбинаций почв, типичных для данной зоны.
МЕЗОРЕЛЬЕФ определяет структуру почвенного покрова в пределах конкретного ландшафта и характер мезокомбинаций почв, их сочетания.
МИКРО- и НАНОРЕЛЬЕФ влияют на пятнистость и комплексность почвенного покрова и определяют характер микрокомбинаций, микрокомплексность.
Оценить роль рельефа в почвообразовании можно только учете совокупного взаимодействия всех факторов почвообразования в пределах конкретной местности. Так, например, в гумидных и субгумидных регионах при господстве увлажнения над испарением, в пониженных элементах рельефа (депрессии, долины) близкий уровень грунтовых вод всегда способствует образованию почв гидроморфного ряда – болотных, лугово-болотных, дерново-глеевых, болотно-подзолистых и др. По своему морфологическому строению, режимам и химическому составу эти почвы резко отличаются от автоморфных почв, сформированных на водораздельных пространствах. В аридных и семиаридных условиях залегание близкого уровня грунтовых вод в понижениях рельефа приводит к образованию почв засоленного ряда – солончаков и в различной степени засоленных почв зонального ряда, в то время как на водоразделе признаки засоленности почв отсутствуют.
3.(25) Строение коллоидной мицеллы. Заряд коллоидов. Объясните, чем отличаются гидрофобные коллоиды от гидрофильных. Закон Гиббса
В почвах всегда присутствуют минеральные, органические и органоминеральные коллоиды, состав и количественное соотношение которых зависит от характера почвообразующих пород и типа почвообразования.
Основу коллоидной частицы (коллоидная мицелла) составляет ее ядро. Ядро представляет собой сложное соединение аморфного или кристаллического строения различного химического состава.
На поверхности ядра расположен прочно удерживаемый слой ионов, несущий заряд, –– слой потенциалопределяющих ионов. Ядро мицеллы вместе со слоем потенциалопределяющих ионов называется гранулой. Между гранулой и раствором, окружающим коллоид, возникает термодинамический потенциал, под влиянием которого из раствора притягиваются ионы противоположного знака (компенсирующие ионы). Так, вокруг ядра коллоидной мицеллы образуется двойной электрический слой, состоящий из слоя потенциалопределяющих и слоя компенсирующих ионов.
Компенсирующие ионы, в свою очередь, располагаются вокруг гранулы двумя слоями. Один – неподвижный слой, прочно удерживаемый электростатическими силами потенциалопределяющих ионов (слой Гельмгольца).
Рис1. Схема строения мицеллы ацидоидного коллоида.
Гранула вместе с неподвижным слоем называется коллоидной частицей. Между коллоидной частицей и окружающим раствором возникает электрокинетический потенциал (дзета-потенциал), под влиянием которого находится второй (диффузный) слой компенсирующих ионов, обладающих способностью к эквивалентному обмену на ионы того же знака заряда из окружающего раствора.
Коллоидная мицелла электронейтральна. Основная масса ее принадлежит грануле, поэтому заряд последней рассматривается как заряд всего коллоида. Возникновение заряда у различных коллоидов связано с особенностями их химического состава и структуры. Отрицательный заряд приобретают коллоиды за счет разрыва связей и облома пакетов глинистых минералов, различных форм почвенных кальцитов, несиликатных соединений железа и алюминия (их оксидов и гидроксидов) и освобождения валентных краевых ионов кислорода, при изоморфном замещении кислородных тетраэдрах минералов группы монотмориллонита 4-х валентного кремния 3-х валентным алюминием, алюминия – двухвалентными катионами – железом, магнием.
Коллоиды, имеющие в потенциалопределяющем слое отрицательно заряженные ионы и диссоциирующие в раствор Н-ионы называются ацидоидами (кислотоподобными), а положительные ионы, посылающие в раствор ионы ОН – базоидами (основания).
Коллоиды в почве находятся главным образом в форме гелей, в которых частицы сцепляются между собой и образуют пространственную структурную сетку, в ячейках которых удерживается вода. Во влажной почве небольшое количество коллоидов может находиться в состоянии золя (частицы разделены водной фазой). Раздельное существование коллоидных частиц в состоянии золя связано с наличием электрокинетического потенциала и водной (гидратационной) оболочки на поверхности частиц. Одноименно заряженные частицы отталкиваются друг от друга, могут долго находиться в суспензии, не образуя, осадка.
При падении электрокинетического потенциала и уменьшении заряда частиц разноименно заряженные коллоиды, сталкиваясь, друг с другом при хаотическом движении, склеиваются, увеличиваются в размерах и выпадают в осадок. Процесс соединения коллоидных частиц и образования геля из золя называется коагуляцией.
Взаимодействию и соединению коллоидных частиц мешают водные пленки, которые удерживаются на их поверхности. По количеству воды, удерживаемой коллоидами, они разделяются на гидрофильные и гидрофобные. Гидрофильные коллоиды сильно гидротированы, труднее коагулируют. К ним относятся некоторые органические вещества, встречающиеся в почвах, минералы монтмориллонитовой группы. Гидрофобные коллоиды содержат небольшое количество воды. Это – гидрооксид железа, минералы каолинитовой группы. Деление коллоидов на гидрофильные и гидрофобные несколько условно, поскольку при измельчении твердых коллоидных частиц степень гидратации их возрастает.
4.(37) охарактеризуйте основные вводно-воздушные и физические свойства почв, их зависимость от механического состава и органического вещества
Вода в почве неоднородна, поэтому существуют пять категорий почвенной воды:
– твердая вода – лед;
– химически связанная вода;
– парообразная вода;
– физически связанная, или сорбированная вода;
– свободная вода.
Водными (вводно-физическими, гидрофизическими) свойствами называют совокупность свойств почвы, которые определяют поведение почвенной воды в ее толще. Наиболее важными водными свойствами являются:
1)водоудерживающая способность почвы;
2)ее влагоемкость;
3)водоподъемная способность;
4) потенциал почвенной влаги;
5)водопроницаемость.
1) Водоудерживаемая способность – способность почвы удерживать содержащуюся в ней воду от стекания под влиянием силы тяжести. Количественной характеристикой водоудерживающей способности почвы является ее влагоемкость;
2) Влагоемкость почвы – способность поглащать и удерживать определенное количество воды. В зависимости от сил, удерживающих воду в почве, и условий ее удержания выделяют следующие виды влагоемкости:
– Максимальную адсорбционную влагоемкость (МАВ) – наибольшее количество воды, которое может быть удержано сорбционными силами на поверхности почвенных частиц.
– Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) – характеризует верхний предел содержания в почвах рыхлосвязанной (пленочной) воды, т.е. воды, удерживаемой силами молекулярного притяжения на поверхности почвенных частиц.
– Капиллярная влагоемкость (КВ) – наибольшее количество капиллярно-подпертой воды, которое может удерживаться в слое почвы, находящемся в пределах капиллярной каймы.
– Наименьшая влагоемкость (НВ) – наибольшее количество капиллярно0подвешанной влаги, которое может удерживать почва после стекания избытка влаги при глубоком залегании грунтовых вод.
– Дефицит влаги в почве представляет собой величину, равную разности между наименьшей влагоемкостью и фактической влажностью почвы.
– Полная влагоемкость (ПВ) – наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве при условии заполнения ею всех пор, за исключением пор с защемленным воздухом, которые составляют, как правило, не более 5-8% от общей порозности. Следовательно, ПВ почвы численно соответствует порозности (скважности) почвы.
3) Водоподъемная способность почв – свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней воды за счет капиллярных сил. Высота подъема воды в почвах и скорость ее передвижения определяются в основном гранулометрическим и структурным составом почв, их порозностью. Чем почвы тяжелее и менее структурны, тем больше потенциальная высота подъема воды, а скорость подъема ее меньше.
4) Потенциал почвенной воды.
Поскольку вода в почве находится под одновременным сложным воздействием нескольких силовых полей – адсорбционных, капиллярных, осмотических, гравитационных, – для характеристики их суммарного действия и оценки энергетического состояния воды в почве введено понятие термодинамического, или полного, потенциала почвенной воды. Полный потенциал почвенной воды () (Па=)– это величина выражает способность воды в почве производить большую или меньшую работу по сравнению с чистой свободной водой.
∫z0dz+V-H2O[∫dP+∫dP], где
– адсорбционный потенциал; – капиллярный потенциал; – осмотический потенциал; – гравитационный потенциал; – потенциал тензометрического давления; z – вертикальное расстояние; g – сила гравитации на единицу массы воды; V-H2O – парциальный удельный объем воды в почвенном растворе; Р – давление воды; – осмотическое давление.
5) Водопроницаемость почв – способность почв и грунтов впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности. В процессе поступления воды в почву и дальнейшего передвижения ее можно выделить 2 этапа: - поглощение воды почвой и поглощение ее от слоя к слою в ненасыщенной водой почвы; - фильтрацию воды сквозь толщу насыщенной водой почвы.
Газы и летучие органические соединения находятся в почве в нескольких физических состояниях: 1)собственно почвенный воздух – свободный и защемленный; 2) адсорбированные и растворенные газы.
1) Свободный почвенный воздух – это смесь газов и летучих органических соединений, свободно перемещающихся по системам почвенных пор и сообщающихся пор и сообщающихся с воздухом атмосферы. Свободный почвенный воздух обеспечивает аэрацию почв и газообмен между почвой и атмосферой.
Защемленный почвенный воздух – воздух, находящийся в порах, со всех сторон изолированных водными пробками. Защемленный воздух неподвижен, практически не участвует в газообмене между почвой и атмосферой, существенно препятствует фильтрации воды в почве, может вызывать разрушение почвенной структуры при колебаниях температуры, атмосферного давления, влажности.
