Випітний тип водного режиму зустрічається в районах, де кількість вологи, яку втрачає ґрунт, значно перевищує кількість опадів. Такий водний режим характерний для пустель та Південного сухого степу України.
Іригаційний водний режим - це водний режим поливних земель.
Мерзлотний тип водного режиму характеризується накопиченням надлишкової води у верхньому шарі ґрунту за рахунок непроникності нижніх замерзлих горизонтів на фоні невеликої кількості опадів. Характерний для Тундрової зони Півночі.
До заходів регулювання водного режиму ґрунтів відносять заходи боротьби з посухою - затримання снігу, дощової води, збільшення водопроникності та вологоємності ґрунту, збереження ґрунтової вологи, штучне зрошення та з перезволоженням ґрунту - осушувальні заходи.
Газоподібна фаза ґрунту - це ґрунтове повітря, що знаходиться між частинками ґрунту у великих некапілярних порах. Його склад відрізняється від атмосферного підвищеним вмістом вуглекислого газу - 0,1 - 10% (в атмосферному 0,03%), азоту - до 80,2% (в атмосферному 78,08%), присутністю аміаку, сірководню, зниженим вмістом кисню - до 10% (в атмосферному повітрі 21%).
Склад ґрунтового повітря залежить від твердої фази ґрунту, вмісту води, життєдіяльності ґрунтових організмів тощо.
Повітряний режим ґрунту - це сукупність усіх явищ надходження повітря в ґрунт, його переміщення і витрачання, обмін газами між ґрунтом, атмосферою, твердою і рідкою фазами ґрунту та виділення газів живими ґрунтовими організмами.
Оптимальний повітряний режим ґрунту необхідний для вирощування високих врожаїв сільськогосподарських культур, так як повітря необхідне для дихання коріння рослин, мікроорганізмів, грибів, водоростей, червів та інших ґрунтових організмів.
Найсприятливіші умови для росту сільськогосподарських рослин складаються за 50-60% пористості ґрунту та за умови, що 60% пор заповнені водою, а 40% - повітрям.
Повітряний режим ґрунту регулюється за допомогою механічного обробітку, внесенням органічних добрив, відведенням надлишкової кількості води, вирощуванням багаторічних трав, тобто заходів, спрямованих на покращення структури ґрунту» [2; 245-263].
Тепловий режим ґрунту - це важливий фактор росту і розвитку рослин та життєдіяльності ґрунтових організмів, який визначається температурними умовами.
Для більшості культурних рослин оптимальною для росту є температура 20-30 °С. Низькі температури сповільнюють фізіологічні процеси в рослинному організмі, а надмірно високі - посилюють процеси розпаду життєво важливих органічних речовин і послаблюють синтетичні процеси.
Джерелом тепла у ґрунті є в основному променева енергія Сонця, а також енергія розкладання органічних речовин і внутрішнє тепло Землі. Температура ґрунту залежить від пори року, рельєфу, кольору поверхні, затінення рослинністю, структури, водозабезпечення і повітряного режиму ґрунту.
Вміст доступних для рослин поживних речовин визначає поживний режим ґрунту.
Залежно від кількості засвоюваних рослинами хімічних елементів з ґрунту їх поділяють на: макроелементи (С, О, Н, N, P, K, S, Ca, Si, Mg, Fe, Na, Cl) та мікроелементи (Zn, B, Mn, Cu, Mo, Br, F, Ti, W, Ni та інші).
Явище поглинання рослинами мінеральних елементів є процесом обмінного вбирання іонів активною частиною кореня. Рослини, вбираючи з ґрунту К+; чи А-, виділяють у ґрунтовий розчин еквівалентну кількість аналогічних іонів.
Основний запас поживних речовин ґрунту знаходиться у вигляді органічних і важкорозчинних мінеральних сполук. Так, у гумусових горизонтах більше 90% усього азоту, 80% сірки, 60% фосфору, а також значна частина калію, мікроелементів перебуває у формі органічних речовин. Доступними ж поживними елементами рослини забезпечуються в результаті мінералізації органічних сполук ґрунтовими мікроорганізмами і переходу мінеральних важкорозчинних речовин у розчині.
Поживний режим ґрунту регулюється: надходженням поживних речовин у ґрунт завдяки внесенню добрив та азотфіксації; запобіганням втратам поживних елементів ґрунту за рахунок їх змиву і вимивання, росту бур'янів; правильним чергуванням культур; оптимізацією водного, теплового і повітряного режимів ґрунту, що активує його мікробіологічну активність і, відповідно, покращує доступність мінеральних елементів тощо.
.2 Вбирна здатність ґрунту і його реакція
Властивість ґрунту вбирати і утримувати різні речовини називають вбирною здатністю.
К.К. Гедройц виділив п'ять видів вбирної здатності ґрунту: механічну, біологічну, хімічну, фізичну та фізико-хімічну.
Механічна вбирна здатність - це вбирання і затримування ґрунтом твердих частинок у своїх порах подібно фільтру.
Біологічне вбирання зумовлюється процесами життєдіяльності рослин і мікроорганізмів, які поглинають важливі для себе елементи.
Хімічна вбирна здатність ґрунту пов'язується з утворенням у ньому важкорозчинних сполук, які завдяки цьому утримуються. Визначається ця вбирна здатність хімічними реакціями, що закріплюють аніони чи катіони залежно від розчинності утворених солей. Наприклад, перехід розчинної солі дигідрофосфату кальцію у важкорозчинний фосфат.
Фізичне вбирання відбувається за рахунок поглинання ґрунтом молекул речовин завдяки силам притягання (адсорбції).
Фізико-хімічна або обмінна вбирна здатність зумовлена наявністю в ґрунті колоїдів, які утворюють у ґрунтовому розчині колоїдні міцели. Між ґрунтовим розчином і колоїдною міцелою проходить в еквівалентній кількості обмін іонами.
Колоїдна міцела, або частинка, складається із ядра (агрегат недисоційованих молекул), шару адсорбованих потенціалвизначаючих іонів, шару компенсуючих іонів, який поділяється на нерухомий, або міцно-зв'язаний, і рухливий, або дифузійний, шари.
Провідна роль в утворенні колоїдних міцел належить гумусовим кислотам та іонам Са2+ і Мg2+.
З фізико-хімічною вбирною здатністю пов'язані поняття ємності вбирання ґрунту і ґрунтового вбирного комплексу.
Ємність вбирання - це сума поглинутих або обміняних іонів.
Ґрунтовий вбирний комплекс (ҐВК) являє собою сукупність колоїдів, які здатні до реакцій обмінного вбирання
Кожен ґрунт має певну реакцію ґрунтового розчину, що залежить від наявності в ньому, в першу чергу, іонів водню, які зумовлюють кислу реакцію (наприклад, болотні і підзолисті ґрунти), та гідроксильних іонів, що зумовлюють лужну реакцію (наприклад, каштанові і солонцеві ґрунти).
«Реакцію ґрунтового розчину виражають у pH, що є від'ємним десятковим логарифмом концентрації іонів водню. За величиною pH ґрунти поділяють на такі групи: сильнокислі - pH < 4,5; середньокислі - 4,6-5,0; слабокислі - 5,1-5,5; близькі до нейтральних - 5,6-6,0; нейтральні - 6,1-7,0; лужні - 7,1-8,0; сильнолужні - pH > 8,1» [1; 422].
У районах Полісся і Півночі Лісостепу частіше зустрічається саме кисла реакція ґрунтового розчину, що негативно впливає на продуктивність сільськогосподарських рослин та життєдіяльність ґрунтових організмів.
Розрізняють актуальну і потенційну кислотність ґрунту.
Актуальна, або активна, кислотність зумовлюється наявністю в ґрунтовому розчині вільних іонів Н+. Визначається у водних ґрунтових витяжках.
В якості меліорантів лужних ґрунтів останнім часом широко почали використовувати фосфогіпс - відхід суперфосфатного виробництва. У деяких країнах використовують сірчану кислоту, яка особливо ефективна на ґрунтах карбонатного засолення, та сірчанокисле залізо; хлористий кальцій - за содового засолення.
У південних степових районах України, де в ґрунтах близько до поверхні залягають карбонати, застосовують так звану самомеліорацію - перемішування верхніх горизонтів з нижнім карбонатним під час глибокої оранки.
Розділ ІІІ. Вивітрювання як чинник ґрунтоутворення
.1 Структура та фізичні властивості ґрунту
Структура ґрунту - це різні за формою і розміром агрегати, на які розпадається ґрунт. Структура ґрунту є важливою його морфологічною ознакою. Найбільше агрономічне значення мають частинки орного шару розміром 0,25 - 10 мм. За таких умов ґрунт найпухкіший, втрачає найменше вологи, має високу водопроникність та водозатримуючу здатність, стійкий проти ерозії. У структурному ґрунті добре виражені капілярні та некапілярні пори.
Виділяють три види структури ґрунту (за С.А. Захаровим): кубоподібна, призмоподібна і плитоподібна.
За кубоподібної структури агрегати ґрунту рівномірно розвинуті за всіма трьома взаємоперпендикулярними векторами (агрегати грудочкові, пилуваті, горіхоподібні, зернисті).
Призмоподібна - структурні частинки розвинуті переважно у вертикальній осі (агрегати стовпчасті, призматичні).
Плитоподібна - характеризується частинками, які розвинуті переважно у горизонтальній площині та вкорочені у вертикальному напрямку (агрегати сланцеві, пластинчасті, листкоподібні, лускоподібні).
Ґрунти, в яких частинки містяться не в агрегатах (піски) або взагалі не мають грудочкової структури (сильно ущільнені), називаються безструктурними. Безструктурні ґрунти не мають сприятливого для рослин водного і повітряного режимів.
«Причиною погіршення структури ґрунту є: механічне руйнування агрегатів під час обробітку ґрунту; фізико-хімічне руйнування опадами, які містять іони водню та амонію, що витісняють з обмінного шару колоїдних частинок іони кальцію та магнію, руйнуючи їх; біологічне руйнування - мінералізація мікроорганізмами органічних сполук, які приймають участь в утворенні структурних агрегатів» [16; 122].
Покращення грудочкової структури ґрунту досягається: внесенням у ґрунт органічних та мінеральних кальцій- і магнійвмісних добрив, які коагулюють колоїди, тим самим сприяючи утворенню грудочок; посів злакових і бобових трав, які підвищують вміст гумусу в ґрунті, складові якого з іншими компонентами ґрунту утворюють агрегати; посів рослин з потужною кореневою системою, яка механічно сприяє утворенню грудочок; дотримання сівозміни; зменшення кількості обробітків ґрунту та ін.
Механічний і мінералогічний склад ґрунту, вміст у ньому органічних речовин, увібраних іонів, його структура та інші компоненти визначають фізичні властивості ґрунту.
До загальних фізичних властивостей ґрунту належить питома і об'ємна маса та пористість.
Питома маса твердої фази - це маса одиниці об'єму абсолютно сухої твердої фази ґрунту без пор. Наприклад, малогумусові чорноземи мають питому вагу 2,5-2,65 г/см3, високогумусові - 2,3-2,4 г/см3.
Об'ємна маса - це маса одиниці об'єму абсолютно сухого ґрунту з непорушеною будовою. Наприклад, об'ємна маса орного горизонту глинистих і суглинистих ґрунтів становить 1,6-1,8 г/см3. Оптимальною для більшості cільськогосподарських рослин є на суглинистих ґрунтах їх об'ємна маса 1-1,2, а піщаних і супіщаних - 1,2-1,4 г/см3.
Пористість ґрунту - це відношення сумарного об'єму всіх пор до загального об'єму ґрунту.
Пористість вираховують діленням показника об'ємної ваги ґрунту на його питому вагу, виражену у відсотках. Наприклад, пористість верхнього горизонту піщаного ґрунту близько 30%, суглинистого - 45%, глинистого - 53%, структурного чорнозему - 55-60%. Оптимальною для культурних рослин є пористість ґрунту 50-60%.
Сумарну пористість ґрунту поділяють на капілярну (діаметр пор менше 0,1 мм) і некапілярну (діаметр пор більше 0,1 мм). Від співвідношення капілярних і некапілярних пор також залежать фізичні властивості ґрунту, його водний, повітряний та інші режими. Оптимальним для рослин є рівне співвідношення капілярних і некапілярних пор.
.2 Вивітрювання гірських порід та фактори ґрунтоутворення
Перетворення гірської породи в ґрунт проходить у результаті одночасних і тісно пов'язаних процесів вивітрювання і ґрунтоутворення.
Вивітрювання - це процес руйнування та зміни поверхневих порід і мінералів земної кори. Залежно від чинників дії розрізняють фізичне, хімічне та біологічне вивітрювання.
Фізичне вивітрювання - це руйнування гірських порід під впливом води, вітру і температури.
Руйнування гірських порід проходить у результаті неоднакового розширення чи стискання різних мінералів, які в свою чергу, мають різні коефіцієнти розширення у різних напрямках. Останнє явище є причиною руйнування однорідних кристалів і порід.
Вода, що попадає в тріщини, зумовлює капілярний тиск на породу до 1500 атм., а замерзаюча вода - до 890 атм.
Значної дії завдають також солі, що викристалізовуються із розчинів тощо.
Фізичне вивітрювання різко збільшує поверхню стикання породи з оточуючим середовищем, що створює умови для хімічного та біологічного вивітрювання.
Хімічне вивітрювання - це зміна та руйнування гірських порід і мінералів під впливом хімічних процесів з участю води, вуглекислого газу, кисню і температури.
Вода вступає з мінералами в реакції гідролізу, гідратації. Кисень повітря окислює мінерали, які містять елементи, здатні до окислення. Вуглекислий газ з водою утворює вугільну кислоту, хоч слабку, але здатну до реакцій з різними сполуками. Температурний фактор впливає на швидкість хімічних реакцій (за зростання температури на кожні 10 °C пришвидшується перебіг хімічних реакцій в 2-2,5 рази).
Біологічне вивітрювання - це процес механічного руйнування та хімічної зміни гірських порід й мінералів під впливом рослинних і тваринних організмів та продуктів їх життєдіяльності. У процесі біологічного вивітрювання беруть участь бактерії, ціанобактерії (синьо-зелені водорості), діатомові водорості, лишайники, мохи, вищі квіткові рослини, а також тваринні організми - комахи, черви, дрібні хребетні тощо.
Наприклад, рослини і мікроорганізми виділяють вуглекислий газ і різні органічні кислоти, які руйнують мінерали та гірські породи. Корені рослин механічно розширюють тріщини. Залізобактерії окислюють та руйнують сполуки заліза тощо.
Процеси вивітрювання перетворюють гірську породу в подрібнену масу, яку називають рухляком, а далі в материнську ґрунтоутворюючу породу, яка є основою для подальшого процесу утворення ґрунту.
Ґрунтоутворення - це сукупність різних хімічних, фізичних і біологічних процесів і явищ, які зумовлюють виникнення та дальший розвиток ґрунтів.
Враховуючи, що основною властивістю ґрунту є його родючість, ґрунтоутворення розглядається також як процес виникнення і нагромадження у поверхневому шарі земної кори якісно нової властивості - родючості.
Залежно від чинників цього процесу, В.В. Докучаєв виділив наступні фактори ґрунтоутворення: кліматичний, біологічний, материнська порода, рельєф, вік ґрунту. Пізніше, його наступниками був виділений ще один фактор - господарська діяльність людини.
Кліматичний фактор. Найважливішими його складовими є температура, опади і рух повітря.
Так, температура і кількість опадів впливають на напрямок та інтенсивність різних фізичних, хімічних і біологічних процесів, що проходять у ґрунті. Водні та температурні умови ґрунту визначають різноманітність ґрунтових мікроорганізмів, накопичення, синтез і розпад біомаси та, відповідно, утворення гумусу. Рух повітря викликає здування найдрібніших частинок ґрунту (пилу, глини) та впливає на інтенсивність газообміну між ним і атмосферою.