Красная земля получает свой характерный цвет из-за присутствия оксидов железа, также известных как железная ржавчина. В частности, красные оттенки возникают из-за гематита, оксида железа с химической формулой Fe2O3. Гематит — распространенный минерал, встречающийся в горных породах и почвах по всему миру, и он выветривается, образуя знакомую ржаво-красную окраску.
Красный цвет почв в первую очередь вызван присутствием оксидов железа, в частности гематита (Fe2O3). По мере того, как горные породы выветриваются и разрушаются с течением времени, минералы, такие как гематит, химически изменяются и окисляются, в результате чего они становятся красными.
Некоторые ключевые факторы, способствующие образованию красной почвы, включают:
– Материнская порода – Богатые железом базальты и другие основные магматические породы выветриваются, превращаясь в красные почвы. Минералы оксида железа, присутствующие в этих породах, превращаются в гематит во время выветривания.
– Теплый, влажный климат. Теплые температуры и обильная влажность способствуют химическим процессам выветривания, которые окисляют железо до гематита. Длительные сезоны влажности и сухости также мобилизуют и концентрируют оксиды железа.
– Хороший дренаж. Красноземы, как правило, образуются в хорошо дренированных районах, где гематит не вымывается дождями или потоком грунтовых вод. Плохо дренированные почвы, как правило, испытывают недостаток кислорода, что препятствует окислению железа.
– Органическое вещество. Почвенные микроорганизмы и корни растений выделяют соединения, которые способствуют окислению железа. Почвы с умеренным содержанием органических веществ, как правило, более красные.
– Время. Для превращения пород и минералов в красные почвы требуются тысячи или миллионы лет выветривания. Более старые ландшафты, как правило, имеют более тщательно окисленные и красные почвы.
Основными минералами, которые вносят вклад в цвет красной почвы, являются минералы оксида железа, такие как гематит, маггемит и гетит. Некоторые ключевые минералы красной почвы включают:
– Гематит (Fe2O3) – Самый распространенный минерал оксида железа в красной почве. Его отличительный кроваво-красный цвет обусловлен его гексагональной кристаллической структурой.
– Маггемит (Fe2O3) – Красновато-коричневый оксид железа, который образуется как продукт выветривания в почвах. Часто встречается вместе с гематитом.
– Гетит (FeO(OH)) – Минерал оксигидроксида железа, который производит желтоватые, красновато-коричневые почвы. Гетит образуется в условиях, когда гематит нестабилен.
– Лепидокрокит (FeO(OH)) – Оранжево-красный минерал гидроксида железа, который возникает в процессах выветривания и почвообразования.
– Ферригидрит – Слабокристаллический гидратированный оксид железа, структурно похожий на гетит и гематит. Придает красно-коричневый цвет.
– Ильменит (FeTiO3) – Оксид железа и титана с черной полосой, но при выветривании вносит некоторое количество оксидов железа.
Эти и другие минералы оксида железа накапливаются в почвах в результате распада железосодержащих минералов в горных породах. Длительное окисление со временем превращает их в высокостабильный красный гематит.
В химическом составе красной почвы преобладают оксиды железа и алюминия. Типичный химический анализ красной почвы дает:
– Оксиды железа – от 5 до 15% оксидов железа по весу, в основном в виде гематита Fe2O3. Обеспечивает характерные красные оттенки.
– Оксиды алюминия – от 5 до 25% оксидов алюминия по весу, в основном в виде гиббсита Al(OH)3. Способствует текстуре и структуре.
– Кремнезем – до 80% кремнезема (SiO2) в виде частиц кварцевого песка и ила. Придает песчанистую текстуру.
– Вода – от 5 до 15% связанной воды по весу, как адсорбированной, так и в минералах, таких как гетит.
– Органическое вещество – от 1 до 5% органического вещества по весу, состоящее из растительных остатков, корней и почвенных организмов. Обеспечивает питательные вещества при разложении.
– Другие оксиды – следовые количества оксидов марганца и титана.
– Глинистые минералы – переменное содержание глины в зависимости от исходного материала. Глины способствуют агрегации.
– Растворимые соли – Небольшое количество растворимых катионов (Ca, Mg, Na, K) и анионов (сульфат, хлорид, нитрат).
Железо придает красный цвет, в то время как кварцевый песок и кварц обеспечивают зернистую текстуру. Алюминий и глина способствуют формированию зернистой структуры. Органическое вещество поставляет питательные вещества.
Красные почвы обладают отличительными физическими свойствами, вытекающими из их минералогии и химии:
– Цвет – Различные оттенки красного, от красновато-коричневого, темно-красного до ярко-красного. Отражает содержание гематита.
– Текстура – В основном песчаная или супесчаная текстура. Высокое содержание кремнезема придает грубый, зернистый вид.
– Структура – Зернистая или блочная структура в подпочве. Верхний слой почвы, как правило, более массивный и пористый.
– Консистенция – Рыхлая и рассыпчатая в сухом состоянии. Липкая и пластичная во влажном состоянии.
– Пористость – От умеренной до высокой пористости, с порами между агрегатами. Улучшает дренаж и аэрацию.
– Плотность – От низкой до средней насыпной плотности, обычно от 1,3 до 1,6 г/см3.
– Проницаемость – От умеренной до быстрой проницаемости и дренажа в верхнем слое почвы и подпочве. Низкий риск заболачивания.
– Удержание воды – Низкая общая водоудерживающая способность, но может удерживать воду в порах. Быстро теряет влагу.
– Агрегация – Сильная агрегация в подпочве, слабее в верхнем слое почвы. Глина способствует связыванию частиц почвы.
– pH – Слегка кислый или нейтральный pH, от 5,5 до 7,0. Оксиды железа защищают от дальнейшего закисления.
Эти свойства позволяют красным почвам удерживать питательные вещества и влагу, при этом хорошо пропуская воду. Зернистая структура способствует росту корней и закреплению растений.
Вот некоторые основные примеры красных почв, встречающихся по всему миру:
| Тип красной почвы | Расположение |
| Terra Rossa | Вокруг Средиземноморского бассейна, например, южная Европа, Северная Африка и Левант |
| Красные средиземноморские почвы | Испания, южная Франция, Италия, Греция, Турция, Сирия, Марокко, Тунис |
| Красные ферральсоли | Африка к югу от Сахары, юго-восток Бразилии, Индонезия, Австралия |
| Красные ликсисоли | Субтропические регионы, такие как юг США, Мексика, юго-восточная Азия |
| Красные нитисоли | Индия, Юго-Восточная Азия, Центральная Африка, Южная Америка |
| Красные ферросоли | Австралия, части Южной Африки |
| Красные латосоли | Бразилия, тропическая Африка, Юго-Восточная Азия |
Эти почвы охватывают тропический и субтропический климат с выраженными влажными и сухими сезонами, способствующими образованию оксида железа. Материнскими материалами часто являются богатые железом осадочные или вулканические породы. Красные почвы сильно выветрены и бедны питательными веществами, но структурно стабильны для сельского хозяйства.
Красные почвы развиваются в результате длительного процесса химического выветривания и трансформации материнских пород, содержащих железо:
– Первоначальное выветривание – Такие породы, как базальт и сланец, начинают разрушаться, высвобождая богатые железом минералы. При дренаже железо окисляется в гематит, окрашивая материнский материал.
– Почвообразование – Со временем в профиле выветривания образуются четкие слои. Гематит накапливается в подпочве, в то время как выщелачивание концентрирует кремний и кварц в виде песка в верхнем слое почвы.
– Трансформация минералов – Нестабильные минералы железа трансформируются в более кристаллические формы, такие как гематит и гетит. Такие процессы, как гидролиз, гидратация и диффузия, способствуют этим минеральным изменениям.
– Развитие структуры – Глинистые минералы и оксиды железа постепенно связывают выветренные частицы в агрегированные педы и гранулы. Это создает отличительную структуру почвы.
– Накопление органического вещества – Растительность закрепляется, а корни растений и почвенные организмы производят органическое вещество. Это поддерживает большее окисление железа через химические побочные продукты.
– Окисление и дегидратация – При чередовании влажных и сухих сезонов железо сильно окисляется, в то время как глины дегидратируются в решетки оксидов металлов. Это еще больше краснеет и твердеет подпочва.
– Транслокация – Растворимые соли и кремний перемещаются вверх, в то время как полуторные оксиды железа, алюминия и глины сохраняются, увеличивая дифференциацию профиля с течением времени.
Спустя тысячи или миллионы лет эти процессы производят глубокие, интенсивно выветренные и окисленные красные почвы.
Красные почвы можно определить с помощью нескольких простых полевых тестов:
– Наблюдайте за цветом – Ищите ярко-красную, красновато-коричневую или желтовато-красную почвенную матрицу. Гематит придает характерный красноватый оттенок.
– Проверьте текстуру. Потрите почву, чтобы проверить, песчаная ли она на ощупь из-за высокого содержания кремнезема. Тем не менее, почва все равно образует комки, если уплотнена.
– Проверьте дренаж. Выкопайте яму и посмотрите, как быстро вода стекает через профиль. Красные почвы, как правило, имеют хороший дренаж.
– Оцените структуру. Ищите зернистые или глыбистые участки, которые распадаются на твердые призмы или блоки. Это указывает на хорошую агрегацию.
– Проверьте pH. Используйте набор для тестирования почвы, чтобы определить pH. Красные почвы, как правило, умеренно кислые с pH от 5,5 до 7.
– Встряхните почву в воде. Дисперсная глина должна придавать воде красный оттенок из-за взвешенных оксидов железа. Осевшие частицы в основном представляют собой песок и ил.
– Ищите материнскую породу. – Проверьте окрестности на наличие богатых железом исходных пород, таких как базальт, сланец, сланец или гранит.
– Изучите профиль. – Выкопайте яму, чтобы увидеть, являются ли подповерхностные горизонты более красными и глинистыми. Повышенное содержание оксида железа дает более глубокие оттенки.
С опытом отличительный цвет, текстура и структура позволяют легко идентифицировать большинство красных почв в полевых условиях.
Определенные типы растительности процветают на красных почвах, в то время как другие ограничены низким естественным плодородием:
– Травы. Большинство трав, включая злаки, газонные травы и дикие травы прерий, хорошо растут. Злаки приспособлены к почвам с низким содержанием питательных веществ.
– Бобовые – Бобовые, такие как фасоль, горох, арахис и клевер, растут достаточно хорошо при правильной инокуляции. Фиксация азота помогает преодолеть ограничения питательных веществ.
– Фруктовые деревья – Цитрусовые, персики, сливы и тропические фрукты могут хорошо расти с добавками и удобрениями. Более легкая текстура обеспечивает хороший дренаж.
– Древесные деревья – Сосна, пихта, акация, эвкалипт, тик и экзотические хвойные деревья могут расти на красноземах с низким плодородием. Некоторые поддерживают обширное лесное хозяйство.
– Засухоустойчивые растения – Суккуленты, такие как агава и кактусы, а также местные виды кустарников и чапараля, адаптированы к хорошему дренажу.
– Ранние виды сукцессии – Травы, кустарники и быстрорастущие деревья, подходящие для плохих почв, укоренятся первыми, пока не нарастет естественное плодородие.
Однако красные почвы не поддерживают более требовательные к питательным веществам культуры, такие как овощи, рис и сахарный тростник, без существенного удобрения. Песчаная текстура также требует более частого орошения для хорошего роста растений.
Красные почвы используются различными способами:
– Пахотные земли – Злаковые культуры, бобовые, фрукты, кофе, кешью и другие культуры можно выращивать с внесением питательных веществ и воды. Минимальная обработка почвы помогает сохранять органические вещества. Покровные культуры и севооборот также улучшают плодородие.
– Пастбища – местные травы и кустарники обеспечивают выпас скота, такого как крупный рогатый скот, овцы и козы. Бобовые дают богатый белком корм. Контролируемая плотность поголовья предотвращает чрезмерный выпас и эрозию.
– Лесное хозяйство – лесные плантации хорошо работают на красных почвах. Лесоводческие обработки усиливают рост деревьев, сводя к минимуму эрозию. Контролируемая уборка урожая помогает поддерживать долгосрочную продуктивность.
– Восстановление – добавление компоста, навоза и органических остатков может постепенно улучшить красные почвы для садоводства и ландшафтного дизайна, таких как парки, сады и зоны отдыха.
– Строительство – зернистая структура обеспечивает устойчивые основания для зданий и дорог. Красные почвы хорошо уплотняются с минимальной усадкой-набуханием. Дренаж улучшается с помощью слоев гравия и перфорированных труб.
– Фильтрация сточных вод – Хорошая проницаемость делает некоторые красные почвы подходящими для систем очистки сточных вод на основе почвы, таких как дренажные поля. Но высокое содержание железа может со временем привести к засорению.
При правильном управлении красные почвы могут быть довольно продуктивными в сельском хозяйстве. Их внешний вид и дренаж также хорошо подходят для структурных применений.
Некоторые ограничения и проблемы управления красными почвами включают:
– Низкое естественное плодородие – Изначально низкие уровни основных питательных веществ для растений, таких как азот, фосфор и калий. Требуются значительные внесения удобрений.
– Стресс от влаги – Быстрый дренаж снижает водоудерживающую способность. Может потребоваться более частое орошение для хорошей урожайности, особенно на красноземах с грубой текстурой.
– Риск уплотнения – Песчаные почвы склонны к уплотнению под воздействием тяжелой техники и чрезмерного выпаса скота. Ухудшает структуру почвы.
– Трудности обработки почвы. Высокое содержание оксида железа затрудняет обработку почвы. Вспашка требует значительной мощности и может привести к образованию комков.
– Потенциал эрозии. Ограниченное сцепление на склонах увеличивает восприимчивость к водной и ветровой эрозии, если почвенный покров не поддерживается.
– Токсичность алюминия. Высокий уровень обменного алюминия в сильно выветренных красных почвах может ограничить рост корней культур. Известкование помогает смягчить это.
– Токсичность железа. В условиях затопления восстановленное железо может достигать токсичных уровней для риса и других заболоченных культур. Необходим надлежащий контроль дренажа.
– Проблемы с обрабатываемостью. Липкость во влажном состоянии и твердая как камень консистенция в сухом состоянии затрудняют обработку почвы, посадку и уборку урожая. Правильный выбор времени имеет важное значение.
При должном уходе большинство ограничений можно устранить с помощью комплексного управления почвой и питательными веществами, адаптированного к местной среде.
Красные почвы получают свой отличительный цвет от оксидов железа, таких как гематит и маггемит. Эти минералы накапливаются в результате выветривания богатых железом пород в теплом влажном климате с сезонным увлажнением и высыханием. Хорошо дренированные красные почвы встречаются на всех обитаемых континентах и поддерживают урожай при правильном управлении. К основным проблемам относятся низкое плодородие, недостаток влаги и трудности обработки почвы. Однако при должном уходе красные почвы могут быть весьма продуктивными для выращивания трав, бобовых, фруктов и древесных культур. Те же оксиды железа, которые окрашивают почвы, также обеспечивают уникальные физические и химические свойства, благоприятные для растений и сооружений в подходящей среде.