В зависимости от соотношения физической глины (частиц менее 0,01 мм) и физического песка (крупнее 0,01 мм) почву по гранулометрическому составу подразделяют на группы: песок рыхлый и связанный, супесь, суглинок лёгкий и средний, глина лёгкая, средняя и тяжёлая. Различают почвы песчаные (более 80 % песка и менее 10 % глины), супесчаные, суглинистые, глинистые, известковые, чернозёмные (более 20 % гумуса) и торфянистые.

Органическое вещество почвы (гумус) представляет собой отмершие остатки растений и животных. От количества гумуса в почве зависит численность и видовое разнообразие почвенных обитателей (микроорганизмов, растений и животных), которые находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и со средой обитания. Благодаря этим взаимоотношениям и в результате коренных изменений физических, химических и биохимических свойств горной породы в природе постоянно происходят почвообразовательные процессы.

Воздух и вода заполняют поры между твёрдыми частицами почвы. От удельного содержания воздуха зависят, прежде всего, процессы окисления. Почвенный воздух постоянно обменивается с атмосферным воздухом. Этому способствуют колебания температуры и уровня грунтовых вод, барометрическое давление, отсасывающее действие ветра, атмосферные осадки и другие факторы. Вода обеспечивает необходимые условия жизни для почвенной флоры и фауны. Являясь универсальным растворителем, она содержит органические и минеральные соединения, от которых зависит химический состав растений.

Физические свойства почвы

Физические свойства почвы оказывают огромное влияние на интенсивность протекающих в ней биохимических процессов и определяют плодородие и санитарное состояние. К ним относятся: общие физические свойства, водный, воздушный и тепловой режим, а также радиоактивность почвы.

Общие физические свойства почвы характеризуются плотностью и пористостью. Плотность почвы - масса единицы объема абсолютно сухой почвы выраженная в граммах на см³. Плотность минеральных почв составляет 0,9-1,8 г/см³, болотных торфяных - 0,15-0,40 г/см³. Особое значение этот показатель имеет при проведении агротехнических мероприятий.

Пористость представляет собой объем пор почвы, который зависит от величины, формы и расположения почвенных частиц. Пористость выражается в процентах от общего объема почвы.

Различают крупнозернистые (гравелистые) и мелкозернистые почвы (болотно-торфяные). Крупнозернистые почвы обладают хорошей воздухо- и водопроницаемостью, а мелкозернистые - высокой гигроскопичностью. Например, крупный песок задерживает до 20 %, глина - до 70 %, а торф-сфагнум – десятикратное, эквивалентное собственноой массе, количество воды. В почвах с большой воздухопроницаемостью, обеспечивается лучшее аэрирование необходимое для процессов самоочищения. Однако в крупнозернистых почвах загрязнения быстрее достигают уровня грунтовых вод.

Мелкозернистые почвы более сырые и холодные, с высокой капиллярностью. В торфе вода поднимается на высоту 4-6, в глине на 1-2, песке - на 0,3-0,5 метра. Капиллярность каменистых почв прак­тически равна нулю. Поэтому возводимые на мелкозернистых почвах постройки необходимо хорошо защищать от проникновения влаги. Следует отметить, что высокая капиллярность характеризует низкое плодородие почв.

Водный режим представляет собой совокупность процессов поступления, передвижения, удерживания и удаления влаги из почвы. Он характеризуется водопроницаемостью, влагоёмкостью, капиллярностью, гигроскопичностью и испаряющей способностью почвы. Ос­новным источником поступления влаги в почву являются атмосферные осадки. Водопроницаемость, это способность почвы впитывать и про­пускать через себя поверхностные воды. В значительной степени она влияет на загрязнение подзем­ных вод сточными водами. Влагоемкость - способность удерживать воду. Капиллярность - поднимать воду из нижних горизонтов в верхние. Гигроскопичность - поглощать из воздуха парообразную воду. Зависят эти показатели от строения и состава почвы, а также влажности воздуха. Испаряющая способность почвы определяется степенью разрыхлённости её поверхностного слоя.

    Воздушный режим почвы зависит от пористости и влажности почвы. Благодаря воздухопроницаемости происходит постоян­ный газообмен между почвой и атмосферным воздухом. По своему составу почвенный воздух значительно отличается от атмосферного. В нём значительно больше углекислого газа, водяных паров и меньше кислорода. По мере углубления в почву количество кислорода снижается, так как он расходуется на окисление органических веществ почвы. В загрязненных почвах могут присутствовать газообразные примеси: аммиак, сероводород, индол, ска­тол, жирные кислоты и др.

Обогащение почвенного воздуха кислородом имеет боль­шое гигиеническое значение. Так, при недостатке кислорода ухуд­шается жизнедеятельность аэробных микроорганизмов, резко снижаются биохимические процессы по минерализации органических загрязнений. Наиболее благоприятный водно-воздушный режим наблюдается в крупнозернистых почвах.

Почва обладает свойством поглощать газы, жидкости и задерживать твердые частицы. Поглотительная способность почвы зависит от количества глинистых частиц и перегноя.

Тепловой режим почвы. Основным источником теплоты служит энергия Солнца. При поглощении почвой лучистая энергия превращается в тепловую. Тепловой режим почвы зависит от интенсивности солнечной инсоляции и тепловых свойств самой почвы. Лучше и скорее прогреваются сухие, темные, богатые черноземом почвы, хуже - светлые и сырые. Температура почвы по мере углубления значительно снижается. В сильные морозы почва может промерзать на глубину до 1-2 м, что важно учитывать при заложении фундаментов зданий, водопроводных и канализационных труб. От теплового режима зависит активная деятельность почвенных микробов, а следовательно, скорость и характер превращения органических остатков и образования из них перегноя.

    Радиоактивность почвы. Естественная радиоактивность почвы характеризуется содержанием в ней природных радиоактивных элементов. Она зависит в основном от почвообразующих пород. Почвы с тяжелым механическим со­ставом содержат радиоактивных элементов больше, чем почвы с легким механическим составом. Уровень радиоактивности почвы могут значительно увеличивать техногенные факторы, связанные с использованием радиоактивных веществ в промышленности, науке, медицине и других сферах деятельности человека. В результате чего в почве обнаруживаются и искусственные радионуклиды, обуславливающие искусственную радиоактивность почвы.

Ядерные взрывы в открытой атмосфере способствовали загрязнению поверхности планеты искусственными долго живущими радиоактивными изотопами. Мощное загрязнение почвы радионуклидами произошло во время аварии на Чернобыльской атомной электростанции. В Могилевской и Гомельской областях обнаружены пятна радиоактивности, достигающие 146 Ки/км² по цезию и 10 Ки/м² по стронцию. Радионуклидному загрязнению почв подвергнуто 23% территории Беларуси, в т.ч. 1,3 млн. га сельскохозяйственных и 1,6 млн. га лесных земель. Из-за высокой плотности загрязнения 265 тыс. га земель исключены из сельскохозяйственного оборота. На нераспаханных землях радионуклиды находятся в верхнем слое почв, а на пахотных и пойменных землях проникли на глубину 20 см. Это ведет к формированию геохимических аномалий. Глубина проникновения радионуклидов в почвы к 2016 году прогнозируется в пределах 8 - 22 см для ¹³⁷Cs и 15-27 см для ⁹⁰Sr.

Радионуклиды почвы участвуют во внешнем облучении организма человека, а в случае поступления с растительной и животной пищей обуславливают и внутреннее облучение. Радиоактивность - это явление распада ядер химических элементов, при котором испускаются потоки альфа-частиц, электронов (бета-частиц), нейтронов, протонов, а также гамма-лучи - жесткое коротковолновое электромагнитное излучение. Активность измеряется числом распадов в единицу времени. В системе СИ единица активности называется беккерель (Бк), один распад в секунду. Часто используется старая единица радиоактивности - Кюри (Ku). Для определения степени воздействия ионизирующего излучения на человеческий организм применяется эквивалентная доза, которая измеряется в зивертах (Зв). В соответствии с Законом Республики Беларусь "О радиационной безопасности" среднегодовая допустимая доза для населения равна 0,001 зиверта, или за 70 лет - 0,07 зиверта. На территории Беларуси работает 57 постов по измерению мощности экспозиционной дозы гамма-излучения

В связи с тем, что безопасность сельскохозяйственной продукции, а следовательно и людей зависит от уровня радиоактивности почвы, в Республике Беларусь официально приняты правила ведения сельского хозяйства на загрязненных радионуклидами землях. В зависимости от степени загрязнения радионуклидами установлены три зоны сельскохозяйственного производства.        

К первой зоне относятся земли, загрязненные цезием-137 и стронцием-90 в пределах 1–5 Ки/км²  (37–185 кБк/м²) и менее 0,3 Ки/км² (11,1 кБк/м²) соответственно (низкий уровень заражения). Сельскохозяйственные работы проводятся по обычным технологиям. В тех случаях, когда производить чистое молоко невозможно, хозяйства должны специализироваться на производстве мяса.

Территории относящиеся к второй зоне, характеризуются содержания в почвах цезия-137 и стронция-90 в пределах 5 – 15 Ки/км² (185 – 555кБк/м²) и 0,3 – 1 Ки/км² (11,1 – 37 кБк/м²) соответственно (средний уровень загрязнения радионуклидами). Обязательно проводят известкование кислых почв, а для оптимизации содержания этих элементов в почве применяют фосфорные и калийные удобрения, что должно составлять 200-250 мг Р₂О₅ и К₂О на 1 кг почвы. Снизить уровень загрязнения продуктов растениеводства можно, комбинируя органические, минеральные и микроудобрения. При выборе возделываемых сельскохозяйственных культур следует исключать такие культуры, как бобовые, лён, гречиха и крестоцветные. Бобовые можно выращивать только на семена и для зеленой подкормки. Следует использовать односемянную сахарную свеклу, и все работы в поле должны быть механизированы. Для производства молока следует применять корма с пахотных земель. Технология производства мяса должна включать два периода. В течение первого периода животных откармливают как обычно, пока их живая масса не достигнет 350 – 380 кг. В течение второго периода поступление цезия-137 и стронция-90 с кормом в организм животного не должно превышать соответственно 7х10^-8 и 5х10^-7 Ки/день. Допустимый уровень цезия-137 при откорме свиней составляет 57х10^-8 Ки/день, а стронция-90 – 2х10^-7 Ки/день. В этом случае мясная продукция будет удовлетворять требованиям допустимого уровня загрязнения.

    Третья зона, загрязнённая цезием – 137 и стронцием- 90 в пределах от 15 до 40 Ки/км² (555 – 1480 кБк/м²) и 1 – 3 Ки/км² (37 – 111 кБк/м²) соответственно (высокий уровень загрязнения радионуклидами). Установлены ограничения по выращиванию гречихи, овощей, льна, всех бобовых и крестоцветных видов растений. Выращивать картофель и корнеплоды разрешено на землях с уровнем загрязнения не выше 740 кБк/м². Овёс выращивается на семена и зеленую подкормку. На полях можно использовать только разрешенные пестициды. Для оптимизации содержания фосфора и калия в почве применяют различные удобрения. Уборка зерновых культур проводится при высоком срезании стерни комбайном. Траву на корм выращивают для приготовления силоса или травяной муки и убирают как зерновые культуры. Производство молока запрещено. Все фуражные культуры используются для откорма мясного скота и лошадей. Уровень загрязнения сахарной свеклы и овощных культур не должен превышать контрольный.

    Если сельскохозяйственная продукция загрязнена выше допустимого уровня, её используют для специальных целей: зерно и картофель – на семена или в некоторых ограниченных случаях для производства спирта. При содержании радионуклидов в молоке от 1х10^-8 до 5х10^-9 Ки/л, его используют для производства масла. Мясо, загрязненное выше допустимого уровня, можно использовать как корм для животных, выращиваемых на пушных фермах. Допустимые уровни радиоактивного загрязнения сельхозпродукции изложены в соответствующих руководствах и рекомендациях по ведению сельского хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения. Получение безвредной животноводческой продукции на территориях загрязнённых радионуклидами, возможно только при строгом соблюдении ветеринарно-гигиенических норм и правил.

Химические свойства почвы

Минеральная часть почвы состоит из остатков горной материнской породы (песка, глины, извести и др.). В её состав входят все химические элементы периодической системы Д. И. Менделеева. Первое место занимает соединение SiO₂, а затем в убывающем порядке идут Al₂O₃, Fe₃O₃, K₂O, Na₂O, MgO, CaO, KCl, NaCl. Присутствуют различные микроэлементы: кобальт, медь, марганец, бор, йод, фтор, бром, никель, стронций, селен, молибден, цинк, литий, барий и др.

В почве начинается и заканчивается биологический круговорот минеральных веществ, который оказывает существенное влияние на рост и развитие живых организмов населяющих нашу планету. Состав почвы существенно влияет на содержание химических элементов в кормовых растениях произрастающих на ней, и на состав воды, особенно подземной. Недостаток в них солей кальция и фосфорной кислоты нарушает минеральный обмен, вызывает ряд специфических заболеваний костной системы и снижает воспроизводительные функции животных.

Особенности почвообразовательных процессов привели к различию содержания в почвах различных регионов микроэлементов (йода, кобальта, фтора, молибдена, марганца, цинка, бора, селена и др.) - образованию так называемых биогеохимических провинций. Недостаточные или избыточные концентрации, которых в почве обуславливают нарушения обмена веществ, снижение резистентности и продуктивности сельскохозяйственных животных. Являются причиной массовых заболеваний - биогеохимических энзоотий. Например, на территориях с дерново-подзолистыми, подзолистыми и торфяными почвами, характерными для Беларуси, вследствие малого количества йода у животных часто нарушается образование гормона щитовидной железы тироксина и развивается зобная болезнь. Недостаточное содержание в кислых болотистых почвах марганца вызывает нарушение функций размножения, а у птиц – заболевание суставов, деформацию костей и крыльев (перозис). При дефиците в почве кобальта, входящего в состав витамина В₁₂, участвующего в кроветворении, наблюдается акобальтоз (сухотка). Низкая концентрация в почвах меди приводит к акупрозу крупного рогатого скота, сопровождающемуся извращением вкуса. Недостаток селена - к беломышечной болезни – тяжёлому заболеванию молодняка и т. д. Энзоотические заболевания могут возникать и при излишне высоком содержании элементов в почве: при избытке фтора - флюороз костей, молибдена - молибденовый токсикоз крупного рогатого скота, никеля - никелевая слепота и др.

Информация о количественном содержании химических элементов в почвах региона позволяет установить причину, прогнозировать и профилактировать появление эндемических энзоотий. В целях предупреждения заболеваний, связанных с недостатком отдельных макро- и микроэлементов и повышения продуктивности животных, необходимо проводить определённые агротехнические мероприятия, вносить в почву удобрения, содержащие соответствующие химические элементы, а также использовать в рационах кормления минеральные добавки.

Помимо минеральных веществ в почве содержатся и различные органические химические соединения, которые представляют собой гумус, а также продукты его разложения.

Загрязнение окружающей среды промышленными, животноводческими, коммунальными и другими отходами, неправильное ведение сельскохозяйственного производства и другие техногенные факторы приводят к появлению новых, созданных человеком искусственных биогеохимичеких провинций, которые характеризуются почвами, обладающими вредными свойствами.

Минеральные удобрения, вносимые в почву для повышения урожайности, содержат преимущественно азот, фосфор и калий. Большое распространение получили азотные удобрения. При умеренных дозах они не представляют опасности, но внесение азотных удобрений сверх допустимых норм, увеличивает содержание в почве нитратов и нитритов, которые накапливаются в растениях и воде, ухудшают вкус пищевых продуктов и могут оказать вредное влияние на здоровье.

Особое значение имеют пестициды, обладающие большой устойчивостью к воздействию внешних факторов, благодаря чему они могут накапливаться в почвенном покрове, кумулироваться в растениях и организмах животных и по пищевым цепочкам передаваться к человеку. К числу таких ядохимикатов необходимо, прежде всего, отнести хлорорганические препараты, в частности ДДТ, который способен сохранять свою активность в течение многолетнего периода. Бесконтрольное их применение может приводить к значительному загрязнению почвы и обуславливать существенные сдвиги биохимических и микробиологических процессов. При этом наблюдается гибель микрофлоры, играющей положительную роль в процессах самоочищения почвы. Разрушительное воздействие на почвы оказывает влажное и сухое осаждение оксидов азота и серы (34-43 кг/га/год).

Ежегодно в Беларуси вырабатывается около 1,685 млн. т. промышленных токсических и более 12 млн. м³ твердых бытовых отходов. Предприятиями по переработке отходов утилизируется около 600 тыс. м³ городского мусора, а остальной вывозится на свалки для захоронения в земле. Указанные вещества из загрязненной почвы могут мигрировать в грунтовые воды, открытые водоемы, атмосферный воздух, растения и, таким образом, отрицательно влиять на флору и фауну. Использование загрязнённых химическими отходами земель в сельскохозяйственном производстве, в конечном итоге, является причиной возникновения различных болезней животных и человека.