Maaperä

Maaperä
Opiskeli vuonna maaperätiede ja maaperätiede
Vastapäätä rock
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Maaperä  on luonnonkohde , joka muodostuu maan pintakerrosten muuttumisen seurauksena maanmuodostustekijöiden yhteisvaikutuksen seurauksena .

Maaperä koostuu maaperän horisonteista , jotka muodostavat maaprofiilin , jolle on ominaista hedelmällisyys [1] [2] . Maaperän monimuotoisuus heijastuu eri maaperätyypeissä [3] . Maaperää tutkii erityinen tiede - maaperätiede , samoin kuin agronomia , geologia , maaperätiede , geokemia ja muut tieteenalat. Maaperä ja vedenalaiset liete muodostavat maapallon erityisen kuoren - pedosfäärin , joka on aktiivisessa vuorovaikutuksessa viereisten geosfäärien kanssa .

Maaperää, joka on muuttunut merkittävästi pitkäaikaisen agroteknisen vaikutuksen seurauksena, kutsutaan agrozemeiksi [4] .

Termin historia

Ennen V. V. Dokuchaevin töitä maaperää pidettiin geologisena ja agronomisena terminä:

V. V. Dokuchaev vuodesta 1883 lähtien [7] pitää maaperää ensimmäistä kertaa itsenäisenä luonnonkappaleena , joka muodostuu maaperän muodostustekijöiden vaikutuksesta: "joukko syitä ( maaperä , ilmasto , kohokuvio , ikä ja kasvillisuus)". Hän selventää maaperän muodostumisen tekijöitä ja määritelmää, jonka mukaan maaperä "on lähtökiven (maaperän), ilmaston ja eliöiden funktio (tulos) kerrottuna ajalla" [8] .

Morfologia

GOST 27593-88 :n mukaiset ehdot :

Maaperän muodostumisprosessissa, ensisijaisesti pystysuorien (nousevien ja laskevien) aine- ja energiavirtojen sekä elävän aineen jakautumisen heterogeenisyyden vaikutuksesta, alkuperäinen kivi kerrostuu geneettisiksi horisonteiksi . Maaperä muodostuu usein alun perin pystysuunnassa heterogeenisille binomiaalisille kiville, mikä jättää jäljen maanmuodostukseen ja horisonttien yhdistelmään.

Horisontteja pidetään homogeenisina (koko maaperän paksuuden mittakaavassa) maaperän osina, jotka ovat yhteydessä toisiinsa ja riippuvaisia ​​toisistaan ​​ja jotka eroavat kemiallisesti, mineralogisesti, rakeiselta koostumukseltaan, fysikaalisista ja biologisista ominaisuuksistaan. Tietylle maaperän muodostumiselle tyypillinen horisonttikokonaisuus muodostaa maaprofiilin .

Horisontteja varten otetaan käyttöön kirjainmerkintä, joka mahdollistaa profiilin rakenteen tallentamisen. Esimerkiksi sod-podzolic maaperälle : A 0 -A 0 A 1 -A 1 -A 1 A 2 -A 2 -A 2 B-BC-C [10] .

Seuraavat horisontityypit erotellaan [11] :

Maaperän kiinteät aineet

Maaperä on hyvin dispergoitunut ja siinä on suuri kiinteiden hiukkasten kokonaispinta-ala: 3–5 m²/g hiekkamailla ja 300–400 m²/g savimailla. Hajautetuista maista johtuen maaperällä on huomattava huokoisuus: huokostilavuus voi nousta 30 %:sta kokonaistilavuudesta vesistetyissä kivennäismaissa 90 %:iin organogeenisissa turvemaissa. Keskimäärin tämä luku on 40-60%.

Kivennäismaiden kiinteän faasin (ρ s ) tiheys vaihtelee välillä 2,4 - 2,8 g / cm³, organogeeninen: 1,35 - 1,45 g / cm³. Maaperän tiheys (ρ b ) on pienempi: 0,8–1,8 g/cm³ ja 0,1–0,3 g/cm³. Huokoisuus (huokoisuus, ε) liittyy tiheyksiin kaavalla:

ε = 1 - ρ b /ρ s

Maaperän mineraaliosa

Mineraloginen koostumus

Noin 50-60 % maaperän tilavuudesta ja jopa 90-97 % massasta on mineraalikomponentteja . Maaperän mineraloginen koostumus eroaa sen kiven koostumuksesta, jolle se muodostui: mitä vanhempi maaperä, sitä vahvempi tämä ero on.

Mineraaleja, jotka ovat jäännösmateriaalia sään ja maaperän muodostumisen aikana, kutsutaan primäärisiksi . Hypergeneesin alueella useimmat niistä ovat epävakaita ja tuhoutuvat tavalla tai toisella. Oliviini , amfibolit , pyrokseenit ja nefeliini tuhoutuvat ensimmäisten joukossa . Vakaampia ovat maasälpät , jotka muodostavat 10-15 % maaperän kiinteän faasin massasta. Useimmiten niitä edustavat suhteellisen suuret hiekkahiukkaset. Epidootti , disteeni , granaatti , stauroliitti , zirkon ja turmaliini erottuvat korkeasta kestävyydestään . Niiden sisältö on yleensä merkityksetön, mutta sen perusteella voidaan arvioida lähtökiven alkuperää ja maanmuodostumisaikaa. Vakain on kvartsi , joka kestää useita miljoonia vuosia. Tästä johtuen pitkäaikaisen ja intensiivisen sään olosuhteissa, joihin liittyy mineraalien tuhoutumistuotteiden poistaminen, tapahtuu sen suhteellinen kertyminen.

Maaperälle on ominaista korkea sekundaaristen mineraalien pitoisuus , joka muodostuu primääristen mineraalien syvän kemiallisen muuntumisen seurauksena tai syntetisoituu suoraan maaperään. Erityisen tärkeä niistä on savimineraalien  - kaoliniitin , montmorilloniitin , halloysiitin , serpentiinin ja useiden muiden - rooli. Niillä on korkeat sorptio-ominaisuudet, suuri kationin- ja anioninvaihtokapasiteetti, kyky turvota ja pidättää vettä, tahmeus jne. Nämä ominaisuudet määräävät suurelta osin maaperän imukyvyn, rakenteen ja viime kädessä hedelmällisyyden.

Raudan ( limoniitti , hematiitti ), mangaanin ( vernadiitti , pyrolusiitti , manganiitti ), alumiinin ( gibbsiitti ) jne. runsaasti rapautuneiden trooppisten maaperän mineraalioksidien ja hydroksidien korkeat pitoisuudet osallistuvat redox-prosesseihin. Karbonaateilla on tärkeä rooli maaperässä ( kalsiitti , aragoniitti , katso karbonaatti-kalsiumtasapaino maaperässä ). Kuivilla alueilla helposti liukenevia suoloja ( natriumkloridi , natriumkarbonaatti jne.) kerääntyy usein maaperään, mikä vaikuttaa koko maanmuodostusprosessin kulumiseen.

Arvostelu

Maaperässä voi olla hiukkasia, joiden halkaisija on alle 0,001 mm ja enemmän kuin muutama senttimetri . Pienempi hiukkashalkaisija tarkoittaa suurempaa ominaispintaa, ja tämä puolestaan ​​tarkoittaa suurempia kationinvaihtokapasiteetin arvoja , vedenpidätyskykyä, parempaa aggregaatiota, mutta vähemmän huokoisuutta. Raskaalla (savella) maaperällä voi olla ongelmia ilmapitoisuuden kanssa, kevyellä ( hiekkaisella ) - vesijärjestelmällä.

Yksityiskohtaista analyysiä varten koko mahdollinen kokovalikoima on jaettu osiin, joita kutsutaan murtoiksi . Hiukkasilla ei ole yhtä ainoaa luokitusta. Venäjän maaperätieteessä otetaan käyttöön N. A. Kachinskyn asteikko . Maaperän granulometrisen (mekaanisen) koostumuksen ominaisuus annetaan fysikaalisen saven (hiukkaset alle 0,01 mm) ja fysikaalisen hiekan (yli 0,01 mm) pitoisuuden perusteella ottaen huomioon maaperän tyyppi. muodostus.

Maailmassa maaperän mekaanisen koostumuksen määritys Ferren kolmion mukaan on myös laajalti käytössä: toiselle puolelle kerrostuu lietehiukkasten osuus ( silt , 0,002-0,05 mm), toiselle savea ( savi , <0,002 mm), kolmannella - hiekkainen ( hiekka , 0,05-2 mm) ja segmenttien leikkauspiste sijaitsee. Kolmion sisällä on jaettu osiin, joista jokainen vastaa maaperän yhtä tai toista granulometristä koostumusta. Maaperän muodostumisen tyyppiä ei oteta huomioon.

Maaperän orgaaninen osa

Maaperä sisältää jonkin verran orgaanista ainesta. Organogeenisessa ( turve ) maaperässä se voi olla vallitseva, mutta useimmissa kivennäismaissa sen määrä ei ylitä muutamaa prosenttia ylähorisontissa.

Maaperän orgaanisen aineen koostumus sisältää sekä kasvien että eläinten jäänteitä, jotka eivät ole menettäneet anatomisen rakenteen piirteitä, sekä yksittäisiä kemiallisia yhdisteitä, joita kutsutaan humuksiksi . Jälkimmäinen sisältää sekä tunnetun rakenteen omaavia epäspesifisiä aineita ( lipidejä , hiilihydraatteja , ligniiniä , flavonoideja , pigmenttejä , vahaa , hartseja jne.), jotka muodostavat jopa 10-15 % kokonaishumuksesta, sekä muodostuneita spesifisiä humushappoja. niistä maaperään .

Humiinihapoilla ei ole erityistä kaavaa, ja ne edustavat kokonaista makromolekyyliyhdisteiden luokkaa. Neuvostoliiton ja Venäjän maaperätieteessä ne jaetaan perinteisesti humus- ja fulvohappoihin .

Humiinihappojen alkuainekoostumus (massa): 46-62 % C, 3-6 % N, 3-5 % H, 32-38 % O. Fulvohappojen koostumus: 36-44 % C, 3-4,5 % N , 3-5 % H, 45-50 % O. Molemmat yhdisteet sisältävät myös rikkiä (0,1 - 1,2 %), fosforia (sadas- ja kymmenesosia %). Humiinihappojen molekyylipainot ovat 20-80 kDa (minimi 5 kDa, maksimi 650 kDa), fulvohapoilla 4-15 kDa. Fulvohapot ovat liikkuvampia, liukoisia koko pH -alueella (humushapot saostuvat happamassa ympäristössä). Huumus- ja fulvohappojen hiilisuhde (C GC /C FC ) on tärkeä maaperän humustilan indikaattori.

Humiinihappojen molekyylissä on eristetty ydin, joka koostuu aromaattisista renkaista , mukaan lukien typpeä sisältävät heterosyklit. Renkaat on yhdistetty "silloilla" kaksoissidoksilla, jolloin muodostuu laajennettuja konjugaatioketjuja, mikä aiheuttaa aineen tumman värin [12] . Ydintä ympäröivät perifeeriset alifaattiset ketjut, mukaan lukien hiilivety- ja polypeptidityypit. Ketjuissa on erilaisia ​​funktionaalisia ryhmiä ( hydroksyyli , karbonyyli , karboksyyli , aminoryhmät jne.), mikä on syynä korkeaan imukykyyn - 180-500 mekv/100 g.

Fulvohappojen rakenteesta tiedetään paljon vähemmän. Niillä on sama funktionaalisten ryhmien koostumus, mutta suurempi absorptiokyky - jopa 670 meq/100 g.

Humiinihappojen muodostumismekanismia ( humification ) ei täysin ymmärretä. Kondensaatiohypoteesin [13] (M. M. Kononova, A. G. Trusov) mukaan nämä aineet syntetisoidaan pienimolekyylisistä orgaanisista yhdisteistä. L. N. Aleksandrovan [14] hypoteesin mukaan humushappoja muodostuu suurimolekyylisten yhdisteiden (proteiinit, biopolymeerit ) vuorovaikutuksessa, minkä jälkeen ne hapetetaan ja hajoavat vähitellen. Molempien hypoteesien mukaan näihin prosesseihin osallistuvat pääasiassa mikro-organismien muodostamat entsyymit . On oletettu humushappojen puhtaasti biogeenistä alkuperää . Monissa ominaisuuksissa ne muistuttavat sienten tummia pigmenttejä .

Maaperän rakenne

Ehdot GOST :n mukaan :

Maaperän rakenne [9]  on maaperän kiinteän osan ja huokostilan fyysinen rakenne, joka määräytyy koon, muodon, määrällisen suhteen, suhteen luonteen ja sekä mekaanisten elementtien että niistä koostuvien aggregaattien sijainnin perusteella.

Maaperän kiinteä osa [9]  on joukko kaikentyyppisiä hiukkasia, jotka ovat maaperässä kiinteässä tilassa luonnollisella kosteustasolla.

Huokostila maaperässä [9]  on rakoja mekaanisten elementtien ja erikokoisten ja -muotoisten maa-ainesten välillä, jotka ovat ilman tai veden täyttämiä.

Mineraalimaahiukkaset yhdistetään aina eri vahvuuksiksi, kokoisiksi ja muotoisiksi aggregaatteiksi. Koko maaperälle ominaista kiviainesjoukkoa kutsutaan sen rakenteeksi. Aggregaattien muodostumistekijöitä ovat: maaperän turpoaminen, puristuminen ja halkeilu kostutus-kuivaus- ja jäätymis-sulatusjaksojen aikana, maakolloidien koaguloituminen (orgaanisten kolloidien rooli tässä on tärkein), hiukkasten sementoituminen huonosti liukenevilla yhdisteillä , vetysidosten muodostuminen , kidehilan mineraalien kompensoimattomien varausten väliset sidokset, adsorptio , hiukkasten mekaaninen tarttuminen sienten , aktinomykeettien ja kasvien juurten hyyfeillä , hiukkasten aggregoituminen maaperäeläinten suoliston läpi .

Maaperän rakenne vaikuttaa ilman tunkeutumiseen kasvien juurille, kosteuden pysyvyyteen ja mikrobiyhteisön kehittymiseen. Vain aggregaattien koosta riippuen tuotto voi vaihdella suuruusluokkaa. Optimaalista rakennetta kasvien kehitykselle hallitsevat aggregaatit, joiden koko vaihtelee välillä 0,25-7-10 mm (maatalouden kannalta arvokas rakenne). Tärkeä rakenteen ominaisuus on sen lujuus, erityisesti vedenkestävyys.

Kiviainesten vallitseva muoto on tärkeä maaperän diagnostinen ominaisuus. On [15] pyöreäkuutioinen (rakeinen, kokkareinen, kokkareinen, pölyinen), prismamainen (pylväs, prismamainen, prisma) ja levymäinen (levymäinen, hilseilevä) rakenne sekä joukko siirtymämuotoja ja asteikkoja. koko. Ensimmäinen tyyppi on tyypillinen ylemmille humushorisonteille ja aiheuttaa suuren huokoisuuden, toinen - illuviaalisille, metamorfisille horisonteille, kolmas - eluviaalisille horisonteille.

Kasvaimet ja inkluusiot

Neoplasmat  - maaperään muodostuneiden aineiden kertymät sen muodostumisprosessissa.

Raudan ja mangaanin kasvaimet ovat laajalle levinneitä , joiden vaelluskyky riippuu redox-potentiaalista ja joita organismit, erityisesti bakteerit , hallitsevat . Niitä edustavat betonit , juuren polkuja pitkin kulkevat putket, kuoret jne. Joissakin tapauksissa maaperä on sementoitu rautapitoisella materiaalilla. Maaperässä, erityisesti kuivilla ja puolikuivilla alueilla, kalkkipitoiset kasvaimet ovat yleisiä: plakkia, kukintaa, pseudomyceliumia, konkrementteja, kuorimuodostumia. Kipsikasvaimia , jotka ovat myös tyypillisiä kuiville alueille, edustavat plakit, druusit, kipsiruusut ja kuoret . Uusia muodostumia on helposti liukenevia suoloja, piidioksidia (jauhe eluviaali-illuviaalisessa erilaistetussa maaperässä, opaali- ja kalsedonivälikerrokset ja -kuoret, putket), savimineraaleja (cutaaneja - illuviaaliprosessin aikana muodostuneita inkrustaatioita ja kuoria), usein yhdessä humuksen kanssa.

Sulkeumat sisältävät kaikki esineet, jotka ovat maaperässä, mutta jotka eivät liity maaperän muodostumisprosesseihin (arkeologiset löydöt, luut, nilviäisten ja alkueläinten kuoret, kallionpalaset, roskat). Koproliittien, madonreikien, myyrämäkien ja muiden biogeenisten muodostumien liittäminen sulkeumiin tai kasvaimiin on epäselvä.

Maaperän nestefaasi

Maaperän nestefaasi, jota kutsutaan myös maaliuokseksi , on erilaisten mineraali- ja orgaanisten aineiden vesiliuos, johon on suspendoitu erilaisia ​​kolloidisia hiukkasia. Maaperäliuosten koostumus vaihtelee suuresti riippuen maaperän tyypistä, säästä ja muista tekijöistä.

Maaliuos on väliaine, josta saadaan kasvien mineraaliravinto, sekä lukuisten maaperän mikro -organismien elinympäristö .

Veden olosuhteet maaperässä

Maaperä on jaettu sidottuun ja vapaaseen veteen. Ensimmäiset maapartikkelit ovat niin lujasti kiinni, että ne eivät voi liikkua painovoiman vaikutuksesta, ja vapaa vesi on painovoimalain alainen. Sitoutunut vesi puolestaan ​​jaetaan kemiallisesti ja fysikaalisesti sidottuun.

Kemiallisesti sitoutunut vesi on osa joitakin mineraaleja. Tämä vesi on rakenteellista, kiteytyvää ja hydratoitua. Kemiallisesti sitoutunut vesi voidaan poistaa vain kuumentamalla ja jotkin muodot (perusvesi) kalsinoimalla mineraaleja. Kemiallisesti sitoutuneen veden vapautumisen seurauksena kehon ominaisuudet muuttuvat niin paljon, että voidaan puhua siirtymisestä uuteen mineraaliin.

Maaperä pitää pintajännityksen vaikutuksesta fyysisesti sidotun veden . Koska pintaenergian suuruus kasvaa hiukkasten kokonaispinnan kasvaessa, fysikaalisesti sitoutuneen veden pitoisuus riippuu maaperän muodostavien hiukkasten koosta. Halkaisijaltaan yli 2 mm:n hiukkaset eivät sisällä fysikaalisesti sitoutunutta vettä; tämä kyky on vain hiukkasilla, joiden halkaisija on pienempi kuin määritelty. Hiukkasissa, joiden halkaisija on 2-0,01 mm, kyky pidättää fyysisesti sitoutunutta vettä on heikosti ilmaistu. Se lisääntyy siirtyessä alle 0,01 mm:n hiukkasiksi ja on voimakkain esikolloidisissa ja erityisesti kolloidisissa hiukkasissa. Kyky pidättää fyysisesti sitoutunutta vettä riippuu muustakin kuin vain hiukkaskoosta. Hiukkasten muodolla ja niiden kemiallisella ja mineralogisella koostumuksella on tietty vaikutus. Humulla ja turpeella on lisääntynyt kyky pidättää fyysisesti sitoutunutta vettä. Hiukkanen pitää sisällään seuraavat vesimolekyylikerrokset yhä pienemmällä voimalla. Se on löyhästi sidottua vettä. Kun hiukkanen siirtyy pois pinnasta, sen vesimolekyylien vetovoima vähitellen heikkenee. Vesi menee vapaaseen tilaan.

Ensimmäiset vesimolekyylikerrokset, eli hygroskooppinen vesi, houkuttelevat maapartikkeleita valtavalla voimalla, mitattuna tuhansissa ilmakehissä. Näin korkeassa paineessa tiukasti sitoutuneen veden molekyylit ovat hyvin lähellä toisiaan, mikä muuttaa monia veden ominaisuuksia. Se saa ikään kuin kiinteän rungon ominaisuudet. Maaperä pidättää löyhästi sidotun veden pienemmällä voimalla, sen ominaisuudet eivät eroa niin jyrkästi vapaasta vedestä. Siitä huolimatta vetovoima on edelleen niin suuri, että tämä vesi ei tottele maan vetovoimaa ja eroaa vapaasta vedestä useissa fysikaalisissa ominaisuuksissa.

Kapillaarinen toimintajakso määrittää ilmakehän sateen tuoman kosteuden imeytymisen ja pysymisen suspendoituneessa tilassa . Kosteuden tunkeutuminen kapillaarihuokosten kautta maan syvyyteen on erittäin hidasta. Maaperän läpäisevyys johtuu pääasiassa ei-kapillaarisesta off-duty-suhteesta. Näiden huokosten halkaisija on niin suuri, että kosteutta ei voida pitää niissä suspendoituneessa tilassa ja se tunkeutuu maaperään esteettömästi.

Kun kosteus pääsee maaperän pintaan, maaperä kyllästyy ensin vedellä pellon kosteuskapasiteetin tilaan, minkä jälkeen tapahtuu suodatus ei-kapillaarikaivojen läpi vedellä kyllästettyjen kerrosten läpi. Halkeamien, räjähdyskäytävien ja muiden suurten kaivojen kautta vesi voi tunkeutua syvälle maaperään, ennen kuin vesi kyllästyy pellolle asti.

Mitä korkeampi ei-kapillaarinen käyttöjakso, sitä suurempi on maaperän vedenläpäisevyys.

Maaperässä pystysuoran suodatuksen lisäksi kosteus liikkuu vaakasuorassa maaperässä. Maahan tuleva kosteus, joka kohtaa matkallaan vedenläpäisemättömän kerroksen, liikkuu maan sisällä tämän kerroksen yläpuolella sen kaltevuuden suunnassa.

Vuorovaikutus kiinteän faasin kanssa

Maaperän imeytyskompleksi

Maaperään voi jäädä eri mekanismeilla (mekaaninen suodatus, pienten hiukkasten adsorptio , liukenemattomien yhdisteiden muodostuminen, biologinen absorptio) joutuneita aineita, joista tärkein on maaliuoksen ja maaperän kiinteän faasin pinnan välinen ioninvaihto. . Kiinteä faasi on pääasiassa negatiivisesti varautunut johtuen mineraalien kidehilan halkeilusta, isomorfisista substituutioista , karboksyylin ja useiden muiden funktionaalisten ryhmien läsnäolosta orgaanisen aineen koostumuksessa, joten maaperän kationinvaihtokyky on selkein . . Maaperässä on kuitenkin myös anioninvaihdosta vastaavia positiivisia varauksia .

Maaperän komponenttien kokonaisuutta, jolla on ioninvaihtokykyä, kutsutaan maaperän absorptiokompleksiksi (SAC). Ioneja, jotka muodostavat PPC:n, kutsutaan vaihto- tai absorboituneiksi ioneiksi. CEC:n ominaisuus on kationinvaihtokapasiteetti (CEC) - maaperän vakiotilassa olevien samantyyppisten vaihdettavien kationien kokonaismäärä - sekä vaihdettavien kationien määrä, joka luonnehtii maaperän luonnollista tilaa ja ei. aina samaan aikaan CEC:n kanssa.

PPC:n vaihdettavien kationien väliset suhteet eivät täsmää maaliuoksessa olevien samojen kationien välisten suhteiden kanssa, eli ioninvaihto tapahtuu valikoivasti. Kationit, joilla on korkeampi varaus, absorboituvat mieluiten, ja jos ne ovat yhtä suuret, niiden atomimassa on suurempi , vaikka PPC-komponenttien ominaisuudet saattavatkin rikkoa tätä mallia. Esimerkiksi montmorilloniitti imee enemmän kaliumia kuin vetyprotonit , kun taas kaoliniitti tekee  päinvastoin.

Vaihtuvat kationit ovat yksi suorista kasvien kivennäisravinnon lähteistä, NPC:n koostumus heijastuu organomineraalisten yhdisteiden muodostumiseen, maaperän rakenteeseen ja sen happamuuteen.

Maaperän happamuus

Maaperän ilma

Maaperän ilma koostuu erilaisten kaasujen seoksesta:

  1. happi , joka tulee maaperään ilmakehän ilmasta; sen pitoisuus voi vaihdella riippuen itse maaperän ominaisuuksista (esimerkiksi sen murenemisesta), happea hengitykseen ja aineenvaihduntaprosesseihin käyttävien organismien lukumäärästä;
  2. hiilidioksidi , joka muodostuu maaperän eliöiden hengityksen seurauksena, eli orgaanisten aineiden hapettumisen seurauksena;
  3. metaani ja sen homologit (propaani, butaani), jotka muodostuvat pidempien hiilivetyketjujen hajoamisen seurauksena;
  4. vety ;
  5. rikkivety ;
  6. typpi ; typen muodostuminen monimutkaisempien yhdisteiden (esimerkiksi urean) muodossa on todennäköisempää.

Ja tämä ei ole kaikki kaasumaiset aineet, jotka muodostavat maaperän ilman. Sen kemiallinen ja määrällinen koostumus riippuu maaperän sisältämistä organismeista, sen ravinteiden pitoisuudesta, maaperän sääolosuhteista jne.

Maaperäbiologia

Maaperä on elinympäristö monille eliöille. Maaperässä eläviä olentoja kutsutaan pedobionteiksi. Pienimmät niistä ovat maaperän vedessä elävät bakteerit , levät , sienet ja yksisoluiset organismit . Yhdessä kuutiometrissä voi elää jopa 10¹4 organismia. Maaperän ilmassa asuvat selkärangattomat , kuten punkit , hämähäkit , kovakuoriaiset , jousihännät ja lierot . Ne syövät kasvien jäänteitä , rihmastoa ja muita organismeja. Selkärankaiset elävät myös maaperässä , yksi niistä on myyrä . Hän on erittäin hyvin sopeutunut elämään täysin pimeässä maaperässä, joten hänellä on erittäin hyvä kuulo ja hän on käytännössä sokea.

Maaperän heterogeenisyys johtaa siihen, että erikokoisille organismeille se toimii erilaisena ympäristönä.

Tilaorganisaatio

Luonnossa ei käytännössä ole tilanteita, joissa yksittäinen maaperä, jonka ominaisuudet ovat avaruudessa muuttumattomia, ulottuu useiden kilometrien päähän. Samaan aikaan maaperän erot johtuvat eroista maanmuodostustekijöissä.

Maaperän säännöllistä alueellista jakautumista pienillä alueilla kutsutaan maaperän peiterakenteeksi (SCC). SPP:n alkuperäinen yksikkö on maaperäalue (EPA) – maaperän muodostus, jonka sisällä ei ole maaperän maantieteellisiä rajoja. Avaruudessa vuorottelevat ja jossain määrin geneettisesti sukua olevat ESA:t muodostavat maaperäyhdistelmiä .

Maaperän muodostuminen

Maaperän muodostavat tekijät [9] :

Ensisijainen maanmuodostus

Venäläisessä maaperätieteessä on käsitys [16] , että mikä tahansa substraattijärjestelmä, joka varmistaa kasvien kasvun ja kehityksen "siemenestä siemeneen", on maaperää. Tämä ajatus on kiistanalainen, koska se kieltää Dokuchaev-historiallisuuden periaatteen, joka edellyttää maaperän tiettyä kypsyyttä ja profiilin jakautumista geneettisiin horisontteihin, mutta on hyödyllinen maaperän kehityksen yleisen käsitteen ymmärtämisessä.

Maaperäprofiilin alkeellinen tila ennen horisonttien ensimmäisten merkkien ilmaantumista voidaan määritellä termillä "alkuperäinen maaperä" [17] . Vastaavasti erotetaan "maanmuodostuksen alkuvaihe" - maaperästä "Veskin mukaan" siihen asti, kun profiilin havaittavissa oleva erilaistuminen horisonteiksi ilmenee, ja on mahdollista ennustaa maaperän luokittelutila. Termiä "nuoret maaperät" ehdotetaan osoittamaan "nuoren maaperän muodostumisen" vaihe - horisonttien ensimmäisten merkkien ilmestymisestä siihen hetkeen, jolloin geneettinen (tarkemmin sanottuna morfologinen ja analyyttinen) ulkonäkö on riittävän korostunut diagnoosia ja luokittelua varten. maaperätieteen yleisistä kannoista.

Geneettiset ominaisuudet voidaan antaa jo ennen profiilin kypsymistä, jolloin ennusteriskin osuus on ymmärrettävä, esim. ”alkuperäiset sotomaat”; "nuoret propodsolimaat", "nuoret karbonaattimaat". Tällä lähestymistavalla nimikkeistön vaikeudet ratkaistaan ​​luonnollisesti perustuen maaperän ekologisen ennustamisen yleisiin periaatteisiin Dokuchaev - Jenny -kaavan mukaisesti (maaperän esitys maanmuodostustekijöiden funktiona: S = f(cl, o) , r, p, t ...)) .

Ihmisperäinen maanmuodostus

Tieteellisessä kirjallisuudessa kaivostoiminnan ja muiden maapeitehäiriöiden jälkeisistä maista yleisnimi "teknogeeniset maisemat" vakiintui, ja näiden maisemien maanmuodostuksen tutkiminen muotoutui "rekultivaatiomaatieteeksi" [18] . Myös termi " teknozemit " [19] ehdotettiin , mikä itse asiassa edustaa yritystä yhdistää Dokuchaev-perinne "-maista" ihmisen luomiin maisemiin.

On huomattava, että on loogisempaa soveltaa termiä "teknozem" sellaisiin maaperään, jotka on erityisesti luotu kaivostekniikan prosessissa tasoittamalla pinta ja kaatamalla erityisesti poistettuja humushorisontteja tai mahdollisesti hedelmällisiä maaperää ( lössi ). Tämän termin käyttö geneettisessä maatieteessä on tuskin perusteltua, koska maaperän muodostumisen lopullinen huipputuote ei ole uusi "-maa", vaan vyöhykemaa, esimerkiksi soddy-podzolic tai soddy-gley.

Teknogeenisesti häiriintyneille maaperille ehdotettiin termien "alkuperäiset maaperät" ("nollahetkestä" horisonttien ilmestymiseen) ja "nuoret maaperät" (ilmeestä kypsän maaperän diagnostisten piirteiden muodostumiseen) käyttämistä. tällaisten maaperän muodostumien pääpiirre on niiden kehityksen aikavaiheet, evoluution erilaistumattomista kivistä vyöhykemaihin.

Maaperän luokitus

Ei ole olemassa yhtä yleisesti hyväksyttyä maaperän luokitusta. Kansainvälisen (FAO Soil Classification ja WRB , joka korvasi sen vuonna 1998 ) lisäksi monilla maailman mailla on kansalliset maaperän luokitusjärjestelmät, jotka perustuvat usein täysin erilaisiin lähestymistapoihin.

Venäjällä vuoteen 2004 mennessä maaperän instituutin erityinen komissio . V. V. Dokuchaev , johtama L. L. Shishov , valmisteli uuden maaperäluokituksen, joka on jatkoa vuoden 1997 luokittelusta. Venäläiset maaperätutkijat käyttävät kuitenkin edelleen aktiivisesti Neuvostoliiton vuoden 1977 maaperäluokitusta.

Uuden luokituksen tunnusmerkkeinä voidaan mainita kieltäytyminen käyttämästä diagnoosiin tekijä-ympäristö- ja järjestelmäparametreja, joita on vaikea diagnosoida ja jotka tutkija määrittää usein puhtaasti subjektiivisesti maaprofiiliin ja sen morfologisiin piirteisiin keskittyen. Useat tutkijat näkevät tämän poikkeuksena geneettisestä maatieteestä, joka keskittyy maaperän alkuperään ja maaperän muodostumisprosesseihin. Vuoden 2004 luokituksessa otetaan käyttöön muodolliset kriteerit maaperän määrittämiselle tietylle taksonille ja käytetään diagnostisen horisontin käsitettä, joka on hyväksytty kansainvälisessä ja amerikkalaisessa luokituksessa. Toisin kuin WRB ja American Soil Taxonomy, venäläisessä luokituksessa horisontit ja merkit eivät ole vastaavia, vaan ne luokitellaan tiukasti taksonomisen merkityksensä mukaan. Epäilemättä vuoden 2004 luokituksen tärkeä uutuus oli antropogeenisesti muuntuneiden maaperän sisällyttäminen siihen.

Amerikkalainen maaperätieteilijöiden koulu käyttää maaperätaksonomia-luokitusta, joka on laajalle levinnyt myös muissa maissa. Sen ominaispiirre on muodollisten kriteerien syvällinen kehittäminen maaperän määrittämiseksi tiettyyn taksoniin. Käytetään latinalaisista ja kreikkalaisista juurista tehtyjä maaperän nimiä. Luokittelujärjestelmä sisältää perinteisesti maaperäsarjoja - maaryhmiä, jotka eroavat toisistaan ​​vain hiukkaskokojakauman suhteen ja joilla on yksilöllinen nimi -, joiden kuvaus alkoi, kun US Soil Bureau kartoitti alueen 1900-luvun alussa.

GOST 27593-88 (2005) [20] mukaiset ehdot :

Maaperän luokittelu on järjestelmä maaperän jakamiseksi alkuperän ja (tai) ominaisuuksien mukaan.

Jakaumamallit

Ilmasto tekijänä maaperän maantieteellisessä jakautumisessa

Ilmasto  - yksi tärkeimmistä tekijöistä maaperän muodostumisessa ja maaperän maantieteellisessä jakautumisessa - määräytyy suurelta osin kosmisista syistä (energian määrä, jonka maan pinta vastaanottaa Auringosta ). Maaperän maantieteen yleisimpien lakien ilmeneminen liittyy ilmastoon. Se vaikuttaa maaperän muodostumiseen sekä suoraan määrittämällä maaperän energiatason ja hydrotermisen järjestelmän , että epäsuorasti vaikuttaen muihin maanmuodostuksen tekijöihin ( kasvillisuus , eliöiden elintärkeä toiminta, maaperää muodostavat kivet jne.).

Ilmaston suora vaikutus maaperän maantieteeseen ilmenee erilaisissa maaperän muodostumisen hydrotermisissä olosuhteissa. Maaperän lämpö- ja vesiolot vaikuttavat kaikkien maaperässä tapahtuvien fysikaalisten, kemiallisten ja biologisten prosessien luonteeseen ja voimakkuuteen. Ne säätelevät kivien fysikaalisia rapautumisprosesseja , kemiallisten reaktioiden voimakkuutta, maaperän liuoksen pitoisuutta, kiinteän ja nestemäisen faasin suhdetta sekä kaasujen liukoisuutta . Hydrotermiset olosuhteet vaikuttavat bakteerien biokemiallisen toiminnan voimakkuuteen, orgaanisten jäämien hajoamisnopeuteen, organismien elintärkeään toimintaan ja muihin tekijöihin, joten maan eri osissa, joissa lämpöolosuhteet ovat epätasaiset , sään ja maaperän muodostumisen nopeuteen, maaprofiilin paksuus ja sään aiheuttamat tuotteet vaihtelevat merkittävästi.

Ilmasto määrää yleisimmät maaperän jakautumismallit - vaakavyöhyke ja pystyvyöhyke .

Ilmasto on seurausta ilmakehän ja aktiivisen kerroksen ( valtameret , kryosfääri , maanpinta ja biomassa ) - ns. ilmastojärjestelmä, jonka kaikki komponentit ovat jatkuvasti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, vuorovaikutuksesta aktiivisessa kerroksessa. aine ja energia. Ilmastoa muodostavat prosessit voidaan jakaa kolmeen kompleksiin: lämmönvaihtoprosessit , kosteuskierto ja ilmakehän kierto .

Maaperä on Dokuchaevin mukaan ulompi kivikerros, joka on muuttunut veden, ilman ja erilaisten organismien vaikutuksesta. Khlopinin mukaan maaperä on kuoren pintakerros, jonka päällä orgaaninen elämä pesii.

Maaperän merkitys luonnossa

Maaperä elävien organismien elinympäristönä

Maaperä on hedelmällinen  - se on suotuisin substraatti tai elinympäristö suurimmalle osalle elävistä olentoista - mikro-organismeista, eläimistä ja kasveista. Merkittävää on myös se, että maaperä (Maan maa) on biomassaltaan lähes 700 kertaa suurempi kuin valtameri, vaikka maan osuus on alle 1/3 maan pinnasta.

Geokemialliset funktiot

Eri maaperän ominaisuus kerääntyä eri tavoin erilaisia ​​kemiallisia alkuaineita ja yhdisteitä, joista osa on eläville olennoille välttämättömiä (biofiilisiä alkuaineita ja mikroelementtejä , erilaisia ​​fysiologisesti aktiivisia aineita), kun taas toiset ovat haitallisia tai myrkyllisiä ( raskasmetallit , halogeenit , toksiinit, jne.), ilmenee kaikissa niillä elävissä kasveissa ja eläimissä, myös ihmisissä. Agronomiassa , eläinlääketieteessä ja lääketieteessä tällainen suhde tunnetaan niin sanottujen endeemisten sairauksien muodossa , joiden syyt paljastettiin vasta maantieteilijöiden työn jälkeen .

Maaperällä on merkittävä vaikutus pinta- , pohjaveden ja koko maapallon hydrosfäärin koostumukseen ja ominaisuuksiin. Suodattamalla maakerrosten läpi vesi erottaa niistä erityisen joukon kemiallisia alkuaineita, jotka ovat ominaisia ​​valuma-alueiden maaperille. Ja koska veden tärkeimmät taloudelliset indikaattorit (sen teknologinen ja hygieeninen arvo) määräytyvät näiden alkuaineiden sisällöstä ja suhteesta, ilmenee maaperän häiriöt myös veden laadun muutoksena.

Ilmakehän koostumuksen säätely

Maaperä on maapallon ilmakehän koostumuksen tärkein säätelijä. Tämä johtuu maaperän mikro-organismien toiminnasta, jotka tuottavat valtavassa mittakaavassa erilaisia ​​kaasuja - typpeä ja sen oksideja , happea, hiilidioksidia ja -monoksidia, metaania ja muita hiilivetyjä, rikkivetyä ja useita muita haihtuvia yhdisteitä. Suurin osa näistä kaasuista aiheuttaa " kasvihuoneilmiön " ja tuhoaa otsonikerroksen , minkä seurauksena maaperän ominaisuuksien muutokset voivat johtaa ilmastonmuutokseen maapallolla. Ei ole sattumaa, että planeettamme ilmastotasapainossa tällä hetkellä tapahtuva muutos liittyy asiantuntijoiden suurelta osin maapeitehäiriöihin. .

Taloudellinen merkitys

Maaperää kutsutaan usein minkä tahansa maailman valtion päärikkaudeksi, koska noin 90% ihmiskunnan ruoasta tuotetaan siinä ja siinä. Maata käytettiin antiikin aikana myös rakennusmateriaalina. Maaperän huononemiseen liittyy sadon epäonnistuminen ja nälänhätä, se johtaa valtioiden köyhyyteen, ja maaperän kuolema voi aiheuttaa koko ihmiskunnan kuoleman. Noin kolmasosa maailman maaperistä on jo huonontunut, mikä johtuu nykyaikaisista maatalousmenetelmistä, metsien hävittämisestä. Kolmen senttimetrin maaperän muodostuminen kestää noin tuhat vuotta, ja jos nykyinen hajoamisvauhti jatkuu, pintamaa voi kadota ympäri maailmaa noin 60 vuodessa. [21]

Opiskeluhistoria

Ihminen on kiinnittänyt huomiota maaperän ominaisuuksien kuvaukseen ja niiden luokitteluun maatalouden tulon jälkeen . Maaperätieteen ilmaantuminen tieteenä tapahtui kuitenkin vasta 1800- luvun lopulla , ja se liittyy V. V. Dokuchaevin nimeen .

Akateemikko V. I. Vernadsky kutsui maaperää bioinertiksi muodostelmaksi, joka koostuu elävästä ja elottomasta aineesta.

International Year of Soils

20. joulukuuta 2013 Yhdistyneiden Kansakuntien yleiskokous [22] julisti vuoden 2015 kansainväliseksi maaperän vuodeksi (International Year of Soils , IYS), ja 5. joulukuuta vietetään vuosittain Maailman maaperäpäivänä.

IHP:n toimeenpano vuonna 2015 on uskottu YK:n elintarvike- ja maatalousjärjestölle Global Soil Partnershipin mukana ja yhteistyössä maiden hallitusten ja YK:n aavikoitumisen torjuntaa koskevan yleissopimuksen sihteeristön kanssa.

IYP:n tarkoituksena on lisätä yleisön tietoisuutta maaperän merkityksestä elintarviketurvalle ja kriittisille ekosysteemitoiminnoille .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Maaperän arkistokopio 27. joulukuuta 2018 Wayback Machinessa suuressa venäläisessä tietosanakirjassa, 2018.
  2. ↑ Gerasimov I.P. Käsite "maaperä - luonnollinen ruumis" ja sen johdannaiset ("maaperä - järjestelmä", "maaperä - lisääntyminen", "maaperä - muisti"): keskusteluihimme // Maaperätiede. 1983. Nro 4. S. 5-12.
  3. ↑ Venäjän maaperät - Venäjän tärkeimmät maaperätyypit . geographyofrussia.com. Haettu 11. toukokuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 19. joulukuuta 2018.
  4. ↑ Agrozems  / M. Yu. Lychagin // A - Kyseenalaistaminen. - M  .: Great Russian Encyclopedia, 2005. - S. 196. - ( Great Russian Encyclopedia  : [35 osassa]  / päätoimittaja Yu. S. Osipov  ; 2004-2017, v. 1). — ISBN 5-85270-329-X .
  5. ↑ Sokolov, D. I. Geognosy-kurssi, jonka on laatinut Corps of Mining Engineers, eversti, Pietarin yliopisto, professori D. Sokolov Arkistokopio 20. joulukuuta 2016 Wayback Machinessa . Osa 3. - Pietari. : tyypissä Eduard Prats i K˚, 1839. - IV, 320 s.
  6. ↑ Dal V.I. Elävän suuren venäjän kielen selittävä sanakirja. SPb.-M.: tyyppi. M. O. Volf, 1882 T. 3. S. 369.
  7. ↑ Dokuchaev V.V. Venäjän chernozem. Pietari: tyyppi. Decleron ja Evdokimov, 1883. [4], IV, IV, 376 s.
  8. ↑ Dokuchaev V.V. Maaperätiede [Luennot, cit. Poltavan maakunnan tilastohenkilöstö. zemstvos] // Maanviljelijä. 1900. nro 25. S. 363-366; nro 26, s. 383-385; nro 27, s. 396-399; nro 28, s. 407-409; nro 29, s. 423-426; nro 30, s. 441-445; Sama // Zemsky-kokoelma Chernigovin maakunnista. 1900. nro 8. S. 101-165; Sama pään alla. Maaperätieteestä. // Prof. V.V. Dokuchaev ja A.V. Fortunatov. Poltava: Talous. toimisto Poltava. huulet. Zemstvo, 1901. S. 5-74.
  9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 GOST 27593-88 ). MAAPERÄT. Termit ja määritelmät. UDC 001.4:502.3:631.6.02:004.354
  10. ↑ Neuvostoliiton maaperät. Ed. G. V. Dobrovolsky. M.: Ajatus, 1979, s. 129
  11. ↑ Rozanov B. G. Maaperän morfologia. - M .: toim. Moskovan valtionyliopisto, 1983
  12. ↑ Orlov D.S. Maaperän humushapot. M.: Moskovan valtionyliopiston kustantamo, 1974.
  13. ↑ Kononova M. M. Maaperän orgaaninen aines. — M.: 1963.
  14. ↑ Alexandrova L. N. Maaperän orgaaninen aine ja sen muuntumisprosessit. - L .: 1980.
  15. ↑ S. A. Zakharovin mukaan. Erityistä maaperän rakenteen luokittelua ehdotti myös S. S. Nikiforov (Nikiforoff SS Morphological classification of soil structure. "Soil. Sci.", 1941, osa 52, nro 2.), omaa luokitusta käyttää FAO, USA Maatalousministeriö jne. d.
  16. ↑ Veski R.E. Joistakin tavoista kehittää maaperän tutkimusta edelleen // Soil Science. 1985. Nro 3. S. 75-86.
  17. ↑ Nakaryakov A.V. Maanparannus Uralin paikkojen kehityksen jälkeen ja alkuperäisen maaperän muodostumisen ongelmat // V:n kansainvälisen maaperätieteilijöiden konferenssin raportit. Praha, 1981. V.1. s. 110-111.
  18. ↑ Trofimov S.S., Taranov S.A. Maanmuodostuksen erityispiirteet teknogeenisissa ekosysteemeissä // Maaperätiede. 1987. Nro 11. S. 95-99.
  19. ↑ Eterevskaya L. V., Donchenko M. T., Lekhtsier L. V. Teknogeenisten maaperän systematiikka ja luokittelu Arkistokopio päivätty 5. maaliskuuta 2016 Wayback Machinessa // Plants and Industrial Environment. - Sverdlovsk: Ural-yliopiston kustantamo, 1984. - S. 14-21.
  20. ↑ GOST 27593-88(2005). MAAPERÄT. Termit ja määritelmät. UDC 001.4:502.3:631.6.02:004.354
  21. ↑ Chris Arsenault: "Jos maaperän huononeminen jatkuu, meillä on 60 satoa jäljellä" Vain 60 vuotta viljelyä jäljellä, jos maaperän huononeminen jatkuu Arkistoitu 20. lokakuuta 2007.  (Englanti) Scientific American , 5. joulukuuta 2014
  22. ↑ Yhdistyneiden Kansakuntien virallinen asiakirja . Haettu 27. heinäkuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 30. syyskuuta 2020.

Kirjallisuus

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat