1.1: Вступ

Грунт є середовищем для росту рослин на поверхні землі. Більша частина світового продовольства надходить від рослин, що ростуть у ґрунті (океани та озера забезпечують деякою кількістю їжі). Грунт служить місцем проживання тисяч видів тварин, комах і мікроорганізмів. Грунти підтримують будівлі, магістралі та інші споруди. Ґрунти захоплюють дощову воду та танення снігу, щоб зарядити наші дорогоцінні ґрунтові води Грунти також адсорбують забруднювачі повітря і води. Грунтові мікроорганізми складають основну складову життя в землі і викликають багато великих біохімічних перетворень, необхідних для нашого життя.

Протягом усього курсу ви будете глибше зануритися в поняття та розуміння кожної з наступних піддисциплін або фокусних областей, що представляють інтерес, в рамках дисципліни ґрунтознавства:

За характером цих піддисциплін ґрунтознавство за своєю суттю є міждисциплінарною сферою. Для цієї першої лабораторії ми почнемо дізнаватися трохи більше про цю міждисциплінарну науку, розуміючи основи ґрунтоутворення, характеристики ґрунту та методи, що використовуються для ідентифікації та опису ґрунтів.

ФОРМУВАННЯ ҐРУНТУ

Ґрунт визначається як: «природне тіло, що складається з твердих речовин (мінералів та органічних речовин), рідини та газів, що виникають на поверхні землі, займає простір і характеризується одним або обома наслідками: горизонти, або шари, які відрізняються від вихідного матеріалу в результаті додавання, втрат, передачі та перетворення енергії та речовини або здатність підтримувати вкорінені рослини в природному середовищі» (Ключі до таксономії ґрунту, 2012).

Ґрунти існують у трьох вимірах (педон; 3-вимірні тіла), що містять неорганічний та органічний матеріал, як правило, розташовані в шари від поверхні землі вниз до землі. Ці шари верхнього шару грунту і надр (будучи приблизно паралельними поверхні землі) називаються горизонтами. Двовимірний вертикальний ділянку грунту, що проходить через ці горизонти вниз до вихідного матеріалу, називається профілем.

Ґрунти формуються на місці на основі п'яти природних ґрунтоутворюючих факторів, включаючи: 1) клімат; 2) організми; 3) рельєф; 4) батьківські матеріали; І, 5) час (рис. 1). У сукупності ці п'ять факторів сприяють функції ґрунтоутворення (S), S = f (Cl, O, R, P, T...), інакше відомого як педогенез. Як випливає з діаграми, грунтоутворення є континуумом. Оскільки будь-який один фактор або вплив змінюється, кінцевий продукт ґрунту буде змінюватися. Нескінченна кількість комбінацій ґрунтоутворюючих процесів дають багато різних властивостей грунту.

Розуміння ролі кожного ґрунтоутворюючого фактора дозволяє зрозуміти або спрогнозувати залягання ґрунту.

Ці п'ять ґрунтоутворюючих факторів також працюють через чотири важливі процеси формування ґрунту (Таблиця 2), розглянуті в наступних чотирьох групах: 1) Додатки; 2) Втрати; 3) Трансформації; І, 4) Транслокації.

Малюнок 1. «Континуум ґрунтоутворюючого фактора» Колбі Дж. Мурберга та Девіда Круза ліцензується під r CC 4.0

Таблиця 1. Приклади ґрунтоутворюючих факторів

Грунтоутворюючий фактор	Приклад
Клімат	Температура, опади, випаровування
Організми	Рослинність, фауна, вплив людини
Рельєф	Ухил, ерозій/осідання, положення схилу пагорба
Батьківський матеріал	мінералогія, гірська порода, хімічні види присутніх, текстура
Час	Зміна граничних умов

Таблиця 2. Приклади процесів формування ґрунту

Процес формування ґрунту	Приклад
Доповнення	Органічні речовини, добрива, відкладення пилу, інші мінеральні ґрунти
Втрати	Рух ґрунту за допомогою вітру або води, АБО хімічні сполуки, вилуговані, розмиваються або заготовлені з ґрунту
Трансформації	Хімічне або фізичне вивітрювання частинок ґрунту або компонентів
Транслокації	Переміщення компонентів ґрунту (органічних або мінеральних) між горизонтами в межах ґрунтового профілю

Хоча ці фактори та процеси сприяють природному формуванню ґрунту, також визнається, що ґрунтоутворення також впливає те, що називається «людським фактором». Таким чином, ми всі відіграємо роль у формуванні, збереженні та захисті ґрунту. Коли ми маніпулюємо земною поверхнею, ми можемо або покращити, або погіршити якість нашого життя. Незалежно від ефекту, ми стаємо відповідальними за управління своєю землею - і гарне управління землею вимагає від нас розуміння властивостей та процесів ґрунтів.

МОРФОЛОГІЯ ҐРУНТУ, ВЛАСТИВОСТІ ТА ІДЕНТИФІКАЦІЯ

Ґрунти утворюються з вихідних матеріалів, на які діють чотири основні процеси формування ґрунту вищезгадані. Ці чотири процеси допомагають відрізнити ґрунти від шарів матеріалів, осаджених геологічними процесами. Ступінь, в якій відбуваються ці чотири основні процеси, допомагає диференціювати ґрунти.

Грунтові горизонти

Горизонт відрізняється від шарів над і під ним в одному грунті. Всього існує п'ять основних ґрунтових горизонтів, званих майстер-ґрунтовими горизонтами, які відрізняються своїм кольором, складом та іншими характеристиками.

O горизонт

Горизонт O складається з органічного матеріалу, нанесеного поверх мінеральної поверхні. Часто можна розпізнати різні стадії розкладання, при цьому свіжий матеріал знаходиться на поверхні і гнилий матеріал нижче.

Більшість ґрунтів не мають горизонту O або, в кращому випадку, мають лише тонкий горизонт O або тому, що ґрунтові мікроорганізми швидко розкладають органічний матеріал, або на поверхні ґрунту відкладається дуже мало органічного матеріалу через відсутність вегетативного росту. Однак деякі лісові ґрунти можуть мати помітне скупчення органічної речовини як горизонт O. Це може складатися з широколистяної підстилки або частіше у вигляді товстого шару хвої.

Горизонт

Горизонт А - це мінеральний горизонт, що характеризується темним кольором, викликаним накопиченням органічної речовини (гумусу), змішаного в мінеральному грунті. А горизонти зазвичай мають високу біологічну активність. А горизонти можуть бути вилужені з глини, але залишатися темними через поповнення органічних речовин. Більшість ґрунтів мають горизонт А. Небагатьом ґрунтам може не вистачати горизонту А або тому, що вони дуже молоді, або вони були сильно розмиті.

E горизонт

Горизонт E світлого кольору порівняно з горизонтом A над або B горизонтом нижче. Е горизонт - зона максимального елювіації. Елювіація - це повільне видалення дрібної глини та органічного матеріалу водою, що просочується через ґрунт. Горизонт Е зазвичай зустрічається в піщаних ґрунтах, які отримують велику кількість опадів під лісовою рослинністю.

B горизонт

Горизонт B - це мінеральний горизонт, звичайний y, що відбувається під горизонтом A або E і над C.

горизонт. Горизонт В - це зона максимального освітлення. Illuviation - це процес накопичення глини, оксидів заліза або алюмінію, гумусу або якоїсь комбінації цих матеріалів, вивітрюваних на місці або вилугованих шляхом елювіації з вищерозташованих горизонтів. Деякі ґрунти не мають горизонту B, оскільки вони занадто молоді, щоб матеріали встигли рухатися вниз, просочуючи потік води.

C горизонт

Горизонт С - це шар неконсолідованих земних матеріалів, які демонструють найменші докази фізичного розпаду, хімічного розкладання та розвитку коренів. Горизонт С - це вивітрений материнський матеріал, з якого можуть розвиватися горизонти A, E та B. Вихідним матеріалом для будь-якого горизонту є матеріал, з якого розвинувся цей горизонт.

R шар

Шар R складається з підстилаючого твердого матеріалу. Граніт, базальт, пісковик та вапняк є поширеними прикладами матеріалу шару R. R шари не вважаються грунтом.

Підрозділи/Індекси

У польових умовах майстер ґрунтові горизонти можна поділити, щоб відзначити особливі особливості ґрунту. Деякі з найбільш поширених ознак - це наслідки оранки (Ap), розвиток нового горизонту B (Bw), заболочування (Bg або Cg), накопичення карбонатів (Bk) або глини (Bt) та материнського матеріалу м'яких порід (Cr). AB

символ являє собою горизонт між A і B, який має деякі властивості кожного горизонту.

Колір грунту

Колір - одна з найважливіших фізичних характеристик грунту. Він може бути використаний для диференціації між різними ґрунтовими горизонтами (шарами ґрунту), оцінки вмісту органічної речовини, оцінки класу дренажу ґрунту та оцінки багатьох інших ґрунтових умов. Колірна система Munsell, затверджена Національним бюро стандартів, використовується для ідентифікації кольору ґрунту. Колірна система Munsell була розроблена на міжнародному рівні для опису будь-якого кольору в будь-якому місці. Вона не має нічого спільного, безпосередньо, з грунтом.

У системі кольорів Munsell три складові частини описують кольори: відтінок, значення та кольоровість (завжди позначаються саме в такому порядку). Відтінок - спектральна змінна. Відтінок являє собою один з домінуючих кольорів веселки, наприклад, жовтий або червоний. Значення представляє відносну темряву або світлість кольору. Колір являє собою чистоту, міцність або насиченість кольору. Кольори, що мають нульову кольоровість, від сірого до чорного.

Книга кольорів Munsell використовується для ідентифікації кольору ґрунту. На сторінках книги відображаються фішки різних кольорів, які максимально точно підібрані до кольору грунту в полі. Кожна сторінка представляє інший відтінок. Загальні сторінки, що використовуються для досліджень ґрунту, включають відтінки 10R, 5YR, 10YR та 2.5Y. Буква R позначає червоний колір, а буква Y - жовтий. Червоні ґрунти поширені, коли в грунтовому профілі багато оксидів заліза. Сторінки йдуть від 2.5R (рожевий) та 5R (yel owish pink), обидва з яких рідко використовуються, до 7.5R (червонувато-помаранчевий) до 10R (темно-червонувато-оранжевий; зазвичай асоціюється з оксидами заліза). Відтінки, які складаються зі збільшення кількості жовтого, змішаного з червоним, позначаються як 2.5YR (коричнево-помаранчевий), 5YR (сильний коричневий), 7.5YR (помірний коричневий) та 10YR (середньо-коричневий). У міру усунення червоного кольору більше жовтого підкреслюється 2.5Y (світло-оливково-коричневий) та 5Y (помірний оливковий). Для кількох сильно затоплених грунтів, які не мають вільного газу кисню, кольори дуже темно-сині, темно-зелені, тьмяно-синювато-сірі або чорні.

На кожній сторінці книги кольорів Munsell значення вказано в порядку збільшення числа від низу до верху сторінки (вертикально y). Нижні рядки внизу сторінки мають низькі значення і мають темний колір. Верхні рядки у верхній частині сторінки мають більш високі значення і світліше.

Колони кольору, що йдуть зліва направо (по горизонталі), надають кольоровість. Ліві стовпчики (низька кольоровість) представляють сірі або бліді кольори. Праві колони (висока кольоровість) більш глибоко або яскраво забарвлені. Таким чином, один відтінок має безліч поєднань значення і кольоровості.

Munsel Color Notation складається з назви кольору, за яким слідують послідовність, відтінок, значення/кольоровість (тобто 5 YR 3/2). Бурий грунт позначається позначенням 10YR 5/3. Назва кольору знаходиться на сторінці, зверненій до кольорової діаграми.

Текстура грунту

Тверда частина ґрунтів складається переважно з мінеральних частинок (зазвичай більше 95% по масі), змішаних з органічними матеріалами. Ці мінеральні частинки поділяються на грубі фрагменти діаметром більше 2 мм (називається гравій), і більш дрібні частинки діаметром менше 2 мм.

Дрібна фракція частинок додатково поділяється на довільні класифікації розмірів, відомі як розділяє ґрунт. Три ґрунту відокремлюють - пісок, мул та глина. Ці три сепарати залишаються по суті постійними протягом вашого життя в будь-якому грунті. Класифікація за розмірами цих грунтів відокремлює наведена в таблиці 3.

Таблиця 3. Класифікація за розмірами ґрунтових сепараторів

Частинки	Діаметр (мм)
Пісок	Від 2,0 до 0,05
мул	Від 0,05 до 0,002
Глина	менше 0,002

Текстура ґрунту визначається відносною часткою піску, мулу та глини. Текстура ґрунту залишається постійною для будь-якого ґрунту протягом усього життя. Оскільки текстура обмежена піском, мулом та глиною, інші компоненти ґрунту, включаючи воду, повітря, органічні речовини та неорганічні матеріали розміром більше 2 мм, виключаються, хоча гравій та бруківка можуть бути включені як модифікатори до фактурної назви. Текстура застосовується тільки до мінеральних грунтів. Органічні грунти, такі як торф і гидота, не мають текстури.

Відсоток визначається множенням десяткового дробу двох чисел на 100%. Символ% означає «відсоток», який можна перевести математичний y на означає «per» = розділити на число, і «цент» = 100. Таким чином,% означає «розділити на 100», що те саме, що помножити на (1/100). Таким чином, помножити на 100% - це те саме, що множення на 100 х (1/100), що дорівнює 1,0. Тому множення будь-якого десяткового дробу на 100% не змінює значення початкового десяткового дробу, оскільки воно таке ж, як множення на 1,0. Зверніть увагу, некоректно множити тільки на 100. Правильна форма - множити на 100%, а не на 100 поодинці.

Відсотки піску, мулу і глини розраховуються за лабораторними даними за наступними визначеннями:

\[ \mathrm{\%Sand = \dfrac{mass\;(g)\;of\;sand}{mass\;(g)\;of\;sand+silt+clay}\times100 \%} \nonumber\]

\[ \mathrm{\%Silt = \dfrac{mass\;(g)\;of\;silt}{mass\;(g)\;of\;sand+silt+clay}\times100 \%} \nonumber\]

\[ \mathrm{\%Clay = \dfrac{mass\;(g)\;of\;clay}{mass\;(g)\;of\;sand+silt+clay}\times100 \%} \nonumber\]

Пам'ятайте, відсоток (%) визначається як частини на сто (pph).

Приклад: Були отримані наступні дані про зразок ґрунту:

маса піску = 15,5 г

маса мулу = 17,0 г

маса глини = 17,5 г

загальна маса сухого неорганічного ґрунту діаметром < 2 мм = 50,0 г

\( \%Sand = \dfrac{15.5\; g\;sand}{50.0\; g\; dry\; soil}\times100 = 31.0\% \)= 31,0 pph піску в грунті

\( \%Silt = \dfrac{17\; g\; silt}{50.0\; g\; dry\;soil}\times100 = 34.0\% \)= 34,0 pph мулу в грунті

\( \%Clay = \dfrac{17.5\; g\; clay}{50.0\; g\; dry\;soil}\times100 = 35.0\% \)= 35,0 pph глини в грунті

Грунти, що мають подібні текстури, можна згрупувати в класи грунтів, що мають схожі характеристики і поведінку. Дванадцять текстурних класів ґрунту наведено в текстурному трикутнику (рис.2). Текстуральні класи забезпечують спосіб вираження текстури ґрунту, не звертаючись конкретно до відсотків кожного окремого.

Коли відомі будь-які два з трьох відсотків, фактурний клас ґрунту можна визначити за трикутником. Ось чому для побудови фактурного класу для будь-якого даного ґрунту потрібні лише дві осі.

Малюнок 2. Співробітники відділу обстеження ґрунтів USDA, SoilTextureTriangle, позначені як суспільне надбання, детальніше на Вікісховищі

Знайдіть відсоток піску вздовж дна (горизонтальної осі) трикутника. Знайдіть відсоток глини уздовж лівої осі трикутника. Рухайтеся вгору від відсотка піску і праворуч від відсотка глини, поки ці дві проектовані лінії не перетинаються. Ця точка перетину відповідає фактурному класу, що відповідає цій конкретній ділянці, позначеній на трикутнику.

Якщо ґрунт падає на межі текстури (між текстурами), ґрунтознавці прийняли конвенцію про додавання 1% глини до фактичного значення та повідомляють про текстурну назву класу, пов'язану з цим 1% додаванням глини. Причина прийняття цього рішення ґрунтується на тому, що вміст глини є найскладнішим для аналізу з трьох розділів ґрунту.

Текстурний клас ґрунту може визначатися кількома методами, які варіюються від швидких та простих польових випробувань до більш задіяних лабораторних методів. Метод «польовий» або «відчувати» найпростіший у проведенні, але він найменш точний через відмінності між особинами. Метод feel більш якісний, ніж кількісний. Метод feel включає зволоження грунту, замішування зволоженої грунтової маси пальцями, щоб ретельно перемішати частинки, і відчуття частинок для визначення текстури. Точність оцінки текстури ґрунту цим методом покращується з досвідом. Приклади текстур ґрунту за допомогою методу feel наводяться в описовій формі.

Визначення фактурного класу ґрунту методом «відчуття/поле»

Текстуральний клас ґрунту можна оцінити, спостерігаючи та відчуваючи ґрунт у сухих, вологих та вологих умовах. Діапазон розмірів сепаратів та їх відчуття при вологому стані наведені в таблиці 4.

Таблиця 4. Розмір частинок ґрунту USDA коливається і відчувається у вологих умовах.

Грунт роздільний	Діаметр (мм)	Відчуття: вологий стан
Пісок	2,0 — 0,05	зернистий
мул	0,05 — 0,002	Гладка, оксамитова, масляниста
Глина	< 0,002	Липкий, пластиковий

Структура грунту

Структура ґрунту являє собою розташування окремих частинок ґрунту в агрегати, які розділені поверхнями слабкості. Структурні агрегати, які називаються педами, складають кілька типів залежно від їх форми: зернисті, блокові, призматичні, стовпчасті та пластини. Визначення складається з двох частин: агрегації та поділу. Якщо умова ґрунту не задовольняє обом частинам визначення, вона безструктурна. Таким чином, не всі грунти мають будову. Дві безструктурні умови - однозернисті (не мають агрегації) та масивні (не мають шаблонів поділу).

Зерниста структура ґрунту... зустрічається найчастіше на горизонті А. Зерниста структура утворюється в результаті грунтового перегною, сильно притягуючи до поверхні мул і глинисті частинки грунту. Цей атракціон, помножений протягом багатьох років, створює агрегати. Зв'язування між перегноєм одного заповнювача і наступного менше, ніж зв'язування гумусу з муловими і глинистими частинками. Отже, агрегати діють самостійно. Перегній змушує окремі агрегати організувати стільки, скільки мармуру б у випадковому розташуванні з багатьма порожнечами або пір просторів між агрегатами. Ці пори дозволяють забезпечити швидку водопроникність. Ці ж пори дозволяють швидко переміщати повітря і забезпечують легке проникнення коренів. Гранульована структура оптимізована при наявності дуже дрібних коренів трав. Гранульована структура може утворитися протягом 50 до 100 років після викриття нового батьківського матеріалу.

Блочна структура ґрунту... найчастіше зустрічається в горизонті Б. Блокова структура виникає в результаті тривалого повільного процесу глинистих частинок, що рухаються з горизонту А (елювіація) і вимивання в горизонт B (ілювіація). Оскільки ці глинисті частинки накопичуються в горизонті В, вони осідають всередині існуючих пір. Отже, пори ґрунту вистилаються цими олійними частинами глини. Згодом більша частина цих пір заповнюється глиною, тим самим стискаючи пори, звужуючи разом і зменшуючи водопроникність, рух повітря і легкість проникнення коренів. Ці окремі агрегати набувають блокоподібний вигляд.

Призматична структура ґрунту... зазвичай утворюється після того, як в горизонті B ґрунту була сформована блокова структура. Призматична структура зазвичай пов'язана з грунтами, які утворилися в напівпосушливих і посушливих середовищах, де грунт висихає на значну глибину протягом деякого періоду року. Ця тяга є блоками один від одного і в кінцевому підсумку призводить до цілої групи блоків, що діють як вертикальна призма. Ці призми утворюють зони слабкості між призмами вертикально. Під час перших дощів вологого сезону вода швидко рухається вниз по цих призмах, але в міру того, як грунт стає більш вологим, призми розширюються, заповнюючи порожнечі між призмами, що призводить до помірної водопроникності. Це викликає обмежений рух повітря і зменшує легкість проникнення коренів через цей горизонт.

Стовпчаста структура ґрунту... зустрічається в B горизонті деяких ґрунтів у напівпосушливих та посушливих регіонах. Стовпчаста структура виникає лише там, де ґрунт має високу концентрацію натрію на місцях катіонічного обміну ґрунту. Стовпчики формують аналогічно утворенню грунтових призм. Однак, оскільки грунт продовжує формуватися, натрій розганяє глини з поверхні призми і змушує ці глини рухатися вниз по краях призм. Це спричиняє сильний ступінь герметизації призм, що призводить до повільної або дуже повільної водопроникності, обмеженого руху повітря та дуже важкого проникнення коренів. Мало хто рослини можуть рости в такому грунті.

Platy структура грунту... відносно рідко зустрічається в рідних грунтах. Структура пластини найчастіше утворюється в результаті ущільнення транспортними засобами, худобою, людиною. Структура пластини найчастіше зустрічається в горизонті сільськогосподарських, міських, лісових та пасивних ґрунтів під інтенсивним управлінням. Ключовим фактором є відносно горизонтальні шари цих грунтових агрегатів.

Однозерниста структура ґрунту... виникає там, де жодне зерно не пов'язане з будь-яким іншим зерном. Кращий приклад - дюнний пісок. Піски і мули в алювіальному (річкове родовище) або лесі (вітрове родовище) можуть мати єдину зернову структуру. Однозерниста структура - це відсутність структури, оскільки не існує справжніх агрегатів.

Масивна структура грунту... це дійсно відсутність структури. Як підказує термін масивний, це просто маса частинок ґрунту без видимої повторюваної форми по всьому горизонту. Масивна структура зазвичай виникає в горизонті С, але може виникати в інших горизонтах, якщо відбулося дуже мало розвитку ґрунтового горизонту.

Структура грунту є другим за значимістю фізичним властивістю грунту. Він впливає на інфільтрацію та проціджування води, аерацію, стійкість до ерозії та простоту проникнення коренів. Структура ґрунту контролюється текстурою ґрунту, вмістом органічної речовини та формою органічних сполук, активністю рослин та тварин, вмістом мінералів глини та хімією. Деякі загальні речовини для цементування структури грунту - гумус, алюмосилікатна глина, глина оксиду заліза та алюмінію, кремнезем та карбонати. Часто структура ґрунту легко змінюється людською діяльністю, такою як обробіток ґрунту або ущільнення.

Структура та текстура ґрунту взаємодіють для контролю інших властивостей ґрунту. У таблиці 4 структура ґрунту має більший вплив у дрібнотекстурованих грунтах, ніж у грубих текстурованих грунтах. Це вказує на те, що структура більш помітна на дрібних грунтах, ніж у грубих грунтах.