Морфология почвы

Морфология почвы — раздел почвоведения, занимающийся техническим описанием почв . [1] особенно физические свойства, 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]
Фон
[ редактировать ]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 века, и даже тогда первые почвоведы были широко сгруппированы либо как «агрохимики», либо как «агрогеологи» из-за устойчивых прочных связей почвы с сельским хозяйством. 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, а также более поздние работы К. Д. Глинки , К. Ф. Марбута и Ганса Йенни установили почвы как самостоятельные природные тела с уникальными свойствами, обусловленными 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 в США и Г. Р. Кларком в Соединенном Королевстве. С тех пор многие другие страны и национальные организации по обследованию почв разработали свои собственные руководящие принципы. [5]
Свойства и процедура
[ редактировать ]
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 поверхности суши и являются фундаментальной единицей полевого изучения 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:
Горизонтирование
[ редактировать ]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:

- Цифровой префикс: указывает на литологическую неоднородность или изменение исходного материала.
- Заглавная буква: обозначает основной горизонт, например O, A, E, B, C, R и другие. Для описания переходных горизонтов, которые представляют собой слои со свойствами нескольких основных горизонтов (например, горизонтов AB или A/B), можно использовать несколько заглавных букв.
- Строчная буква: суффикс горизонта или подчиненное различие, уточняющее детали почвообразования. Можно использовать несколько суффиксов в комбинации, а некоторые основные горизонты (включая O, B и L) необходимо описывать суффиксом.
- Цифровой суффикс: указывает на подразделения в пределах более крупного горизонта. Если есть слои, достаточно разные, чтобы быть отдельными горизонтами, но достаточно похожие, чтобы получить одинаковые основные буквы и суффиксы, в конце обозначения добавляются последовательные номера, чтобы различать горизонты (например, A, Bt1, Bt2, Bt3, C). . [7]
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
[ редактировать ]
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:
- Оттенок: указывает на доминирующий спектральный (т. е. радужный) цвет, который в почве обычно желтый и/или красный. Каждая страница книги цветов почвы Манселла имеет свой оттенок. Примеры: 10-летний, 5-летний и 2,5-летний.
- Значение: указывает на яркость или темноту. Значение увеличивается снизу каждой страницы вверх, причем меньшие числа соответствуют более темному цвету. Цвет со значением 0 будет черным.
- Цветность: указывает интенсивность или яркость. Цветность увеличивается слева направо на каждой странице, причем более высокие значения соответствуют более яркому или насыщенному цвету. Цвет с насыщенностью 0 будет нейтральным серым.
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 поле 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
[ редактировать ]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]

Полевые методы
[ редактировать ]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]
Лабораторные методы
[ редактировать ]
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 ближнего порядка , аморфными алюмосиликатами или алюмосиликатами 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. Он 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.
Структура
[ редактировать ]
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 ноги. Оценка указывает на различимость педов или на то, насколько легко их отличить друг от друга, и описывается классами «слабый», «умеренный» и «сильный». [7]
Структуру часто лучше всего оценивать, пока почва относительно сухая, поскольку опоры могут набухать от влаги, сжиматься и уменьшать четкость между каждой опорой. [9]
Пористость
[ редактировать ]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. почвы Пористость почвы является функцией объемной плотности , 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, определяющим 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 , пузырей теорию , теорию растрескивания , булев процесс зерна, упакованную сферу и множество других моделей. [15]
Микроморфология
[ редактировать ]Микроморфология почвы относится к описанию, измерению и интерпретации особенностей почвы, которые слишком малы, чтобы их можно было наблюдать невооруженным глазом. [11] Хотя микроморфологическое описание 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 ссылка ]
Микроморфология в археологии
[ редактировать ]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]
Формирование почвы
[ редактировать ]Форма
[ редактировать ]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]
Топография
[ редактировать ]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]
Климат
[ редактировать ]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.
Биологические процессы
[ редактировать ]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.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Оуэнс, PR; Ратледж, Э.М. (01 января 2005 г.), «МОРФОЛОГИЯ» , в Гиллеле, Дэниеле (редактор), Энциклопедия почв в окружающей среде , Оксфорд: Elsevier, стр. 511–520, doi : 10.1016/b0-12-348530 -4/00002-3 , ISBN 978-0-12-348530-4 , получено 26 февраля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Буол, Стэнли В.; Саутард, Рэндалл Дж.; Грэм, Роберт А.; Макдэниел, Пол А. (2003). Генезис и классификация почв (5-е изд.). Эймс, Айова: Издательство штата Айова. ISBN 0-8138-2873-2 . OCLC 50034831 .
- ^ Арнольд, Ричард В. (01 января 2016 г.), Спаркс, Дональд Л. (ред.), Перспективы национального совместного исследования почв , Достижения в агрономии, том. 136, Academic Press, стр. 1–26, doi : 10.1016/bs.agron.2015.11.003 , ISBN. 9780128046814 , получено 26 февраля 2023 г.
- ^ Бревик, Эрик С.; Хартеминк, Альфред Э. (15 октября 2010 г.). «Раннее почвенное знание и зарождение и развитие почвоведения» . КАТЕНА . 83 (1): 23–33. Бибкод : 2010Caten..83...23B . дои : 10.1016/j.catena.2010.06.011 . ISSN 0341-8162 .
- ^ Jump up to: а б Хартеминк, Альфред Э. (15 ноября 2009 г.). «Изображение почвенных профилей с конца 1700-х годов» . КАТЕНА . 79 (2): 113–127. Бибкод : 2009Caten..79..113H . дои : 10.1016/j.catena.2009.06.002 . ISSN 0341-8162 .
- ^ Брэди, Найл К. (2014). Элементы природы и свойства почв . Рэй Р. Вейл (4-е изд.). Харлоу, Эссекс. п. 54. ИСБН 978-1-292-03929-9 . OCLC 880670180 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с д и Сотрудники отдела почвоведения. 2017. Почва и почвенное обследование. В К. Дицлере, К. Шеффе и Х. К. Монгере (ред.). Руководство по обследованию почвы, Справочник 18 Министерства сельского хозяйства США. Правительственная типография, Вашингтон, округ Колумбия.
- ^ Шоненбергер, П.Дж., Д.А. Высоцкий, EC Бенхэм и сотрудники Soil Survey. 2012. Полевой журнал для описания и отбора проб почв, Версия 3.0. Служба охраны природных ресурсов, Национальный центр исследования почв, Линкольн, Небраска, США. https://www.nrcs.usda.gov/sites/default/files/2022-09/field-book.pdf
- ^ Jump up to: а б с д Брэди, Найл С.; Вейл, Рэй Р. (2010). Элементы природы и свойств почв (3-е изд.). Река Аппер-Седл, Нью-Джерси: Прентис-Холл. ISBN 978-0-13-501433-2 . ОСЛК 276340542 .
- ^ Оуэнс, PR; Ратледж, Э.М. (2005). Энциклопедия почв в окружающей среде . Дэниел Гиллель, Джерри Л. Хэтфилд (1-е изд.). Оксфорд, Великобритания: Elsevier/Academic Press. п. 514. ИСБН 0-12-348530-4 . OCLC 52486575 .
- ^ Jump up to: а б с Буол, Юго-Запад (2011). Генезис и классификация почв . Р. Дж. Саутард, Р. К. Грэм, П. А. МакДэниел (6-е изд.). Чичестер, Западный Суссекс. ISBN 978-0-470-96062-2 . OCLC 747546196 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Браун, Кэтрин. «Текстура почвы – измерения в полевых условиях». Измерение текстуры почвы в полевых условиях | Информационные бюллетени, 2020 г., Soilquality.org.au/factsheets/soil-texture.
- ^ Рыжак, Магдалена; Бегановский, Анджей (август 2011 г.). «Методические аспекты определения гранулометрического состава почвы методом лазерной дифракции» . Журнал питания растений и почвоведения . 174 (4): 624–633. дои : 10.1002/jpln.201000255 . ISSN 1436-8730 .
- ^ Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США. Индикаторы качества почвы: объемная плотность [информационный бюллетень]. Министерство сельского хозяйства США. https://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/nrcs142p2_053256.pdf
- ^ Хорган, Грэм В. (1996). «Обзор моделей пор почвы» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 мая 2005 г. Проверено 3 ноября 2006 г.
- ^ Макфейл, Ричард I; Курти, Мари-Аньес; Гольдберг, Пол (январь 1990 г.). «Микроморфология почвы в археологии». Стараться . 14 (4): 163–171. дои : 10.1016/0160-9327(90)90039-т . ISSN 0160-9327 .
- ^ Квинсленд, c=AU; o=Состояние. «Как образуются почвы | Объяснение почв» . www.qld.gov.au. Проверено 25 ноября 2020 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Почвообразование — обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 25 ноября 2020 г.