Источник: DLWC Technical Report No. 45, 1999.
http://test.dnr.nsw.gov.au/care/soil/soil_pubs/parent_pdfs/ch5.pdf
В этой статье дается широкий обзор некоторых наиболее важных
сельскохозяйственных и строительных свойств почвы, которые могут зависеть от коренного материала.
Химическое плодородие
Химическое плодородие почвы относится к тому ее потенциалу, который должен обеспечить питательные вещества, необходимые для роста растений. Бэр (1964) внес в список элементов, которые являются необходимыми в питании растений и животных, следующие: C, H, O, P, K, N, S, Ca, Fe, Mg, Mn, Cu, B, Zn, Mo, Cl, Na, Се, F и I. Камминг и Эллиот (1991) определили уровни токсичности и дефицита для большинства из этих питательных веществ, т.е. значения их содержаний, которые будут препятствовать росту растений.
Коренной материал – это основной источник поступления большинства питательных веществ, за исключением кислорода, водорода, азота и углерода, которые привносятся в почву из атмосферы и органических материалов.
Содержание перечисленных элементов характеризуется низкими значениями в высококремнистых (песчаники и граниты) и ультраосновных (серпентениты) породах, в сравнении с основными (гранодиорит, андезит, базальт), где их концентрации значительно больше. Например, среднее содержание CaO в гранитах составляет 0,1%, в андезитах – 6,8%, а базальтах это значение увеличивается до 9,5%.
Следует отметить, что некоторые элементы, находясь в доступных количествах в почве, не могут быть использованы растениями, поскольку они могут быть связаны в твердый кристалл, например, фосфора в апатит (PO). Кроме того, многие растения требуют питательные вещества в определенных соотношениях (например, N-P-S ). Поэтому, хотя большинство питательных веществ может находиться в достаточном количестве, они не могут все быть использованы. Например, изверженные вулканические породы могут быть бедными на S (из-за изменчивого характера), из-за чего P и Ca не могут быть подхвачены многими растениями.
Способность почвы впитывать и удерживать важные питательные вещества, также является важным свойством при определении ее плодородия. Это свойство связано со способностью почв к катионному обмену.
Катионная способность почвы также во многом зависит от количества и характера присутствующей в ней глины. Более высокой активностью обладают смектиты (в том числе монтмориллониты) и вермикулиты, у иллитовых и каолиновых глин такая активность гораздо ниже. Глины, образованные из основных горных пород, имеют, как правило, более высокую активность, а, следовательно, и катионный обмен, поэтому их способность поглощать и удерживать питательные вещества гораздо выше, чем у тех, которые образованы из более кремнистого материала. Способность к катионному обмену также зависит от присутствия органического материала.
Способность почвы удерживать анионы, то есть отрицательно заряженные ионы (например, некоторые соединения азота) увеличивается с увеличением площади поверхности присутствующей глины, а, следовательно, она выше в глинах, образованных из основных коренных пород. Данное свойство также зависит от количества органического вещества и наличия микроорганизмов.
Токсичные условия могут возникнуть в почве из-за высокой концентрации отдельных элементов в коренном материале. Бэр (1964) перечислил элементы которые, как правило, определяют эти условия. Такими элементами являются Al, Ni, Hg, Pb, Cr и As. Важно отметить, что большинство элементов может привести к токсическим условиям, если они содержатся в определенных концентрациях, то есть выше их "предела токсичности" (Камминг, и Эллиот 1991). Ультраосновные скальные породы связаны с высоким уровнем токсичных микроэлементов, в частности, Ni, Cr, Co, Zn, Hg, Pb и других тяжелых металлов, таким образом, почвы на таких породах не подходят к ведению на них сельскохозяйственных работ. Некоторые важные микроэлементы часто содержатся в очень низких концентрациях в почвах, происходящих из изверженных вулканических пород. Это связано с потерей высоколетучих компонентов во время магматической фазы, например S и B.
Из вышесказанного очевидно, что химическое плодородие почвы и потенциал роста растений будет выше на основных коренных породах при снижении кремнистого материала. Таким образом, плодородие почв будет, как правило, очень низким, если последние образованы из кварцевых песков и серпентенитов; среднее плодородие обусловлено гранодиоритами, а высокое – базальтами.
Райан и Нотт (1991) провели статистическое сопоставление между различными химическими свойствами почв (в том числе и плодородием) и разными типами материнских пород (по классификации Тернера, 1990).
Текстура
Текстуры почвы сильно зависит от его исходного материала. Это связано с тем, что он в основном контролирует потенциальное количество глины, количество стойких минералов, таких как кварц, активность глины и размер зерен минералов. Чем больше основного исходного материала, тем выше будет содержание глины и меньше кварцевого песка. Глинистые породы, например, сланцы, также приведут к высоким содержаниям глины в почве.
Активность присутствующей глины также влияет на текстуру почвы. Высокоактивные глины (смектиты, вермикулиты) делают почву тяжелее, чем низкоактивные каолинитовые и иллитовые глины. Как правило, основной коренной материал обуславливает наличие более активных глин, чем кислый (например, граниты). Большинство сланцев, как правило, определяют глины низкой и умеренной активности.
Более крупный размер зерен коренного материала приведет к крупным размерам частиц почвы (например, кварц). Таким образом, песчаники и алевролиты приведут к грубозернистой текстуре почвы, в отличие от их мелкозернистых эквивалентов – алевролитов и риолитов.
Некоторые примеры текстуры поверхности почвы, которые ожидаются от различного коренного материала: песчаник и гранит – от песка до супеси (5-20% глины); андезиты и граувакки – от супеси до суглинка (10 – 35% глины); сланцы – от суглинков до глинистых суглинков (20-35% глины); базальт – от суглинков и средних глин (20 - 50% глины).
Структура
Наиболее структурированные почвы, как правило, формируются там, где есть глины с высоким уровнем кальция и низким уровнем натрия и в черноземах; высокий уровень микроорганизмов, о чем свидетельствует наличие свободного железа и оксидов алюминия. Они имеют тенденцию связывать глины в отдельные частицы, тем самым улучшая структуру.
Таким образом, почвы, с хорошей структурой обычно сформированы из материалов ультраосновного до среднего состава, например, базальты и андезиты, а слабо структурированные – на более кремнистых материалах, таких как гранит и песчаники.
Натрий.
Коренной материал имеет большое влияние на возникновение натриевых проблем. Повышенное содержание натрия в почвах – результат неблагоприятных физических свойств, таких как наличие глины, что приводит к подверженности эрозии, плохой структуре и низкой проницаемости. Источником натрия являются, главным образом, полевые шпаты (калиево-натриевые и кальциевые), например, альбит, а также амфиболы (роговая обманка), слюды (мусковит) и различные глинистые минералы.
Ганн и Ричардсон (1979) , также сообщают, что во многих изверженных и метаморфических породах также содержатся значительные количества натрия, хлоридов и других ионов. Таким образом, показано, что большинство горных пород, с вероятным исключением кварцевого песчаника и алевролита, имеют достаточное количество натрия, хлоридов и других ионов.
Кислотность
Кислотность почвы является важным свойством, поскольку она может иметь большое влияние на рост и развитие растений, а также на растворимость различных питательных веществ, необходимых для роста растений, и различных токсичных элементов.
Кислотность почвы, как правило, возрастает с появлением кремнистого коренного материала, таким образом, почва, образованная от высококремнистых песчаников и гранитов будет, как правило, более кислой, чем от андезитов и базальтов при прочих равных условиях.
Сульфаты
Присутствие кислых сульфатных почв является проблемой во многих прибрежных районах в восточной Австралии, особенно в низменных местах. Когда нарушаются эти грунты, могут освобождаться очень кислые растворы с pH до 2 или меньше в экстремальных случаях, что порождает очень агрессивные и токсичных условия.
Кислые сульфатные почвы возникают, когда в почве присутствует пирит. Пирит (FeS2) является наиболее распространенным сульфидной минеральной формой, когда железо и серы находятся в анаэробной (низкое содержание кислорода, "сокращение") среде, как правило, с участием бактерий. Таким образом, минерал часто встречается в современных мангровых болотах и в отложениях углистых черных сланцев и угля. Это также районы сульфидной минерализации, особенно старые горные отвалы.
Явления, связанные с сжатием и набуханием
Явления сжатия, набухания и появления сезонных трещин представляют собой серьезные проблемы для сооружения фундаментов, грунтовых плотин и дорог. Однако они могут привести к разработке эффективной структуры почвы. Они возникают там, где наблюдается высокий уровень смектитовых глин. Как правило, чем больше пород основного состава, тем выше количество присутствующего смектита. Иллитовые и вермикулитовые глины (т.е. материал состоит из прослоев различных типов глин) могут быть подвержены высокой степени сжатия и набухания. Каолин и хлорит имеют низкую способность к таким явлениям.
Таким образом, почвы, образованные из базальтов, как правило, имеют высокий потенциал для сжатия и набухания; почвы, образованные от нескольких промежуточных типов горных пород, таких как андезиты, сланцы и гранодиориты обладают умеренным потенциалом, в то время как кремнистые породы, такие как граниты и песчаники обеспечивают почвам низкий потенциал для сжатия и набухания.