Основные свойства почвы и ее состав. Общие физические свойства почвы Какими свойствами обладает почва охарактеризуйте

14 ноября 2012 г. 21:28

Состав и свойства почвы

Состав и свойства почвы

Почва. Это природное образование, состоящее из почвенных горизонтов, формирующихся в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под воздействием воды, воздуха и живых организмов.

Химический состав почвы. Почву образуют разнообразные по составу минеральные и органические вещества. При изучении химического состава почвы определяют следующие 11 элементов: Si, Al, Fе, Ca, Мg, К, Na, S, Т, Ti и Mn. Анализ данных химического состава позволяет установить общее содержание в почве того или иного элемента, степень обогащения им почвы и определить характер изменения его содержания с глубиной, а следовательно, установить направленность почвообразовательного процесса.

Для питания растений необходимы следующие элементы: N, Р, Ca, Mg, S и Fe. Часть из них присутствует в почве в большом, другая - в незначительном количестве. Чаще всего растения испытывают недостаток в азоте, фосфоре и калии. Содержание тех или иных элементов в почве различно и зависит от условий образования и свойств почвы. Так, черноземы содержат 0,4... 0,5 % N, 0,2...0,3 % P 2 O 5 ,0,1 ...0,3 % SO 3 , в то время как в дерново-подзолистых почвах количество азота не превышает 0,1 ... 0,2 %, фосфора - 0,1 . ..0,3 % и т. д. Степень обеспеченности почвы питательными веществами зависит не только от их содержания в почве, но и от формы химических соединений, в которых они находятся, так как доступность тех или иных соединений для растений различна.

Физические свойства почвы. К ним относятся плотность твердой фазы, объемная масса и пористость.

Плотность твердой фазы - это отношение массы почвы к массе равного объема воды. Плотность твердой фазы зависит от минералогического состава почвы и содержания в ней органического вещества. Плотностью сложения почвы называется единица объема сухой почвы в естественном (ненарушенном) сложений.

Объемная масса почвы - это масса 1 см 3 абсолютно сухой почвы в граммах при естественном сложении. Чем меньше объемная масса, тем богаче может быть почва водой и воздухом.

Пористостью (скважностью) почвы называют общий объем всех пор в почве, выраженный в процентах к ее общему объему.

Твердая часть почвы состоит из минеральных и органических веществ.

Минеральные вещества почвы. Они представляют собой измельченную в разной степени материнскую почвообразующую породу, на долю которой приходится 80... 97% всей твердой части. В результате выветривания в почвообразующей породе образуются простейшие соединения, легкорастворимые в воде. Минеральная часть почвы состоит из песка, пыли и глины. Все механические частицы размером от 0,01 до 1 мм называют песком, а менёе 0,01мм - глиной. Соотношение в почвах частиц крупнее и мельче 0,01 мм характеризует их гранулометрический состав, который оказывает большое влияние на их свойства.

По механическому составу почвы подразделяют на песчаные связные (содержание глины 5... 10%), супесчаные (глины 10... 25 %), легкосуглинистые (глины 20... 40 %), среднесуглинистые (глины 40... 55 %), легко - и тяжелоглинистые (глины 60... 97 %). Песчаные и супесчаные почвы называют легкими, так как они легко поддаются обработке, а суглинистые и глинистые - тяжелыми, так как их обработка связана с большими энергетическими затратами. Легкие почвы - рыхлые, хорошо пропускают влагу и воздух, весной быстро прогреваются. Но они плохо удерживают воду, бедны элементами питания. Тяжелые почвы - плотные, плохо пропускают влагу и воздух. Вода в них может застаиваться, а почва заболачиваться. Весной тяжелые почвы прогреваются медленно, поэтому их обработку начинают позднее. Содержание элементов питания в них выше, чем в песчаных и супесчаных почвах.

В твердую часть почвы входит также перегной, в котором содержатся многие элементы питания растений, но в недоступной для них форме. Под воздействием микроорганизмов медленно происходит переход их в доступную форму. Содержание перегноя в верхнем горизонте почв неодинаково и обычно колеблется от 1 до 5 %, но иногда достигает и 15 %. Чем больше перегноя в почве, тем она плодороднее.

Надо отметить, что в некоторых почвах содержание в твердой части минеральных веществ небольшое (15 ... 20 %). Это болотные или торфяные почвы, содержащие большие массы неразложившихся или полуразложившихся растительных остатков, пропитанных перегноем и обычно избыточно увлажненных. После осушения болотные почвы используют в сельском хозяйстве.

Жидкая часть почвы. Это вода и растворенные в ней вещества и соединения, образующие почвенный раствор, из которого растения получают необходимые элементы питания. Содержание воды в почвах может колебаться от десятых долей процента до 40…60 %, что зависит от гранулометрического состава почвы и количества перегноя.

Газообразная часть. Это почвенный воздух, который заполняет все поры и пустоты почвы. Почвенный воздух отличается от атмосферного меньшим содержанием кислорода и большим диоксида углерода, который выделяют разлагающиеся растительные остатки и живые организмы при, дыхании, В почвенном воздухе обычно встречаются аммиак, иногда метан и другие газы. Чем влажнее почва, тем меньше в ней воздуха, так как вода вытесняет его из почвенных пор. Для нормального роста и развития растений содержание воздуха в почве не должно быть ниже 10... 15 % ее объема.

Живая часть почвы. Она состоит из микроорганизмов, червей, личинок, насекомых и др. В каждом килограмме почвы находятся миллионы различных микроорганизмов. Они сосредоточиваются у корней растений, где добывают себе пищу из отмерших частей корней и создают новые органические вещества.

Состав почвы постоянно трансформируется под воздействием воды, тепла и живых организмов, при этом происходят изменения в ее физических свойствах и химическом составе. Кроме того, преобразовывает почву и человек, обрабатывая, удобряя и эксплуатируя ее.

Водные свойства почвы. Влагоемкостью называют количество воды, которое почва может удерживать в себе. Вычисляют влагоемкость (% к сухой почве) по формуле

где P - пористость, % объема почвы;

V- плотность сложения, г/см 3 .

Влажностью называется общее количество воды, содержащееся в почве. Влажность - непостоянная величина и в одной и той же почве может колебаться от полной влагоемкости в дождливое время года до ничтожно малых величин в период засухи.

Водопроницаемостью почвы называется ее способность впитывать и фильтровать воду.

Воздушные свойства почвы. К ним относятся воздухоемкость и воздухопроницаемость.

Воздухоемкость - способность почвы содержать то или иное количество, воздуха.

Воздухопроницаемость - способность почвы пропускать через себя воздух. Она зависит от гранулометрического состава и структуры почвы. В целом количество воздуха в почве может колебаться от 0 до 40 % объема почвы.

Тепловые свойства почвы . Основной источник теплоты для прогревания почвы - энергия Солнца, количество которой определяется географическим положением местности.

Теплоемкость - это количество теплоты в джоулях, которое необходимо для нагревания 1 г (массовая теплоемкость) или 1 см 3 (объемная теплоемкость) почвы на 1 °С. Она сильно колеблется не только от соотношения твердой, жидкой и газообразной фаз, но и от состава этих фаз. С увеличением влажности почвы теплоемкость быстро возрастает, поэтому песчаные легко пересыхающие почвы быстрее прогреваются («теплые» почвы), чем влажные глинистые («холодные» почвы).

Теплопроводность - способность почвы проводить теплоту от теплых слоев к холодным. Поэтому сухие и плотные почвы быстро проводят тепло, но и быстро его теряют, чего можно избежать, если верхний слой почвы взрыхлить (боронование, шлейфование и т. п.). Рыхлые, переувлажненные и богатые органическим веществом почвы медленно прогреваются, но дольше сохраняют тепло.

Притекающая к поверхности солнечная энергия не вся поглощается почвой (теплопоглощение), а часть ее отражается в пространстве и теряется безвозвратно.

Плодородие почвы. Это ее способность удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством воздуха, тепла и питательными веществами, необходимыми для нормальной жизнедеятельности.

Различают естественное (потенциальное) и эффективное (искусственное) плодородие почвы.

При правильном использовании и охране почв их плодородие повышается - происходит воспроизводство, плодородия. Интенсивное земледелие предполагает расширенное воспроизводство плодородия почв, что особенно важно, для почв с низким естественным плодородием.

Почва - один из природных компонентов, составляющих среду обитания человека. Почва - особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе; состоит из генетически связанных горизонтов, образующих вертикальный почвенный профиль и возникающих в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды, воздуха и организмов; характеризуется плодородием.

Основные типы почв и их распространение. До В. В. Докучаева почвы классифицировали по отдельным свойствам - химическому или гранулометрическому составу и др. В основе современной генетической классификации почв лежит строение почвенного профиля, отражающее совокупность процессов становления, эволюции почвы и их режимы. Изменчивость в пространстве и во времени факторов почвообразования, а следовательно, и процессов, происходивших в почвах в прошлом и совершающихся в настоящем, обусловливает большое разнообразие их в природе. Основная классификационная единица почв - генетический тип. Докучаевым выделялось 10 почвенных типов, в современных классификациях - более 100. Типы подразделяют на подтипы, роды, виды, разновидности, разряды и объединяют в классы, ряды, формации, генерации, семейства, ассоциации и т. п. Принцип объединения почвенных типов в более высокие единицы в различных классификациях неодинаков: экологический - по условиям почвообразования, эволюционно-генетический (или историкогенетический) - по связям между группами почв, профильногенетический - по строению почвенных профилей, их генезису и др. Важной частью почвенной классификации является диагностика почв - система объективных признаков, позволяющих разделять их на всех таксономических уровнях классификации. Особое значение имеют диагностические признаки для определения типов и более низких таксономических единиц, так как на многих почвенных картах выделяют именно их ареалы. Большое практическое значение имеют прикладные (агропроизводственные, мелиоративные, лесоводствен-ные и др.) группировки почв.

Единая международная классификация почв не разработана. Создано значительное число национальных почвенных классификаций; некоторые из них (Россия, США, Франция) включают все почвы мира. Первая попытка создания мировой системы почв сделана ФАО -ЮНЕСКО (1968-1974 гг.) при составлении Международной почвенной карты мира.

Почвенная карта мира создана на основе классификации почв, разработанной в нашей стране. Преобладающая часть суши занята сравнительно ограниченным числом почвенных единиц, преимущественных типов, которые относились В. В. Докучаевым и Н. М. Сибирце-вым к группе так называемых зональных почв, возникающих под влиянием типичного для каждой природной зоны почвообразования. Характер размещения зональных почв на поверхности суши обширными полосами - зонами, вытянутыми вдоль полос с близким атмосферным увлажнением (в областях с недостаточным увлажнением) и с одинаковой годовой суммой температур (в областях с достаточным и избыточным увлажнением), создаёт основную закономерность пространственного распределения почв на равнинных территориях - горизонтальную почвенную зональность (широтную или меридиональную). Например, на Восточно-Европейской, или Русской, равнине отчётливо выражены широтные зоны тундровых, подзолистых, серых лесных почв, черноземов, каштановых почв, бурых пустынно-степных почв. Ареалы подтипов зональных почв располагаются внутри зон также параллельными полосами, что позволяет выделить почвенные подзоны. Например, зона чернозёмов подразделяется на подзоны выщелоченных, типичных, обыкновенных и южных чернозёмов, зона каштановых почв - на темно-каштановые, каштановые и светло-каштановые.

В работах И. П. Герасимова и других учёных были установлены закономерные изменения свойств почв внутри зон и подзон, связанные с изменениями климата и некоторых других биоклиматических условий. Это явление получило название провинциальности и фаци-альности и позволило выделить внутри зон и подзон провинции, а аналогичные провинции нескольких зон и подзон объединить в фации. Были выявлены различия рядов почвенных зон на разных континентах и крупных частях наиболее обширных континентов. Например, в восточной части Азии с севера на юг сменяются зоны тундровых, мерзлотно-таёжных, подзолистых почв и подбуров, бурых лесных почв, коричневых почв сухих лесов и кустарников, желтоземов, красноземов, красно-жёлтых ферралитных почв, а в центральной части (Западная Сибирь, Казахстан, Средняя Азия) - зоны тундровых почв, поверхностно-глеевых и подзолистых почв, чернозёмов, каштановых, бурых пустынно-степных, серо-бурых пустынных почв, серозёмов. Такие различия позволяют выделять почвенные области, каждая из которых характеризуется определённым рядом горизонтальных почвенных зон.

В горных странах отчётливо выражена высотная поясность почв. В горах с недостаточным увлажнением смена вертикальных поясов обусловливается сменой степени увлажнения, а также экспозицией склонов (почвенный покров здесь приобретает экспозиционнодифференцированный характер), а в горах с достаточным и избыточным увлажнением - изменением термических условий.

Рассмотренные почвенно-географические закономерности, обусловленные главным образом биоклиматическими факторами, опре-

деляют зонально-провинциальное строение почвенного покрова. Однако внутри зон, подзон и провинций почвенный покров неоднороден. В нём наблюдаются более или менее частые смены почвы, связанные со сменой рельефа, почвообразующих пород, глубиной залегания грунтовых вод, т. е. зависящие главным образом от литологогеоморфологических факторов. Эти смены в разной степени генетически связанных ареалов почвы, образующих определённый рисунок почвенного покрова, создают его структуру, все компоненты которой могут быть показаны лишь на крупномасштабных или детальных почвенных картах. Однако в региональном плане различные структуры почвенного покрова приурочены к определённым литологогеоморфологическим и неотектоническим структурам, что отчётливо доказывает их тесную генетическую связь.

Таблица 14

Классификация почв В. В. Докучаева (1900)

(Северное полушарие)

Класс А. Нормальные, иначе, растительно-наземные, или зональные, почвы

Класс В. Переходные почвы

Эти почвы хотя и залегают на месте своего образования, но не вполне отвечают нормальному сочетанию физико-географических и геоботанических условий данной области. При их образовании всегда доминирует какой-либо один из главных почвообразователей, например: рельеф, грунт, избыток влаги, испарение и пр.

VIII. Наземно-болотные или болотно-луговые почвы

IX. Карбонатовые почвы

X. Вторичные солонцы

Класс С. Анормальные почвы

Они вовсе не связаны с генетически нормальным комплексом местных физико-географических и геобиологических условий, постепенно сливаются с соответственными поверхностными геологическими образованиями, но тем не менее подобно последним они существенно обязаны своим происхождением воздействию климата, организмов и пр.

XI. Болотные почвы

XII. Аллювиальные

XIII. Эоловые (как типично лёссовые, так и дюнные)

Нарушение почвенных процессов в результате неправильной эксплуатации почвенного покрова приводит к усиленной эрозии почв, её засолению или заболачиванию. Принятый Федеральный закон РФ от 18.06.2001 № 78-ФЗ «О землеустройстве» предусматривает систему мер, направленных на повышение плодородия почвы и охрану её от эрозии.

Классификация почв по В. В. Докучаеву. Представление о почве как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами, отличающими его от материнской (почвообразующей) породы, которое развивается в результате взаимодействия факторов почвообразования, появилось в последней четверти XIX в. в работах В. В. Докучаева -основателя современного почвоведения. Он предложил классификацию почв, которой пользуются и сегодня (табл. 14). До этого почвы обычно рассматривали в качестве геологических образований. Классификация почв В. В. Докучаева является системно-генетической.

Классификация почв по ФАО. Эксперты продовольственной и сельскохозяйственной комиссий ООН (FAO UN) создали свою классификацию почв, которая получила название «классификация почв ФАО».

1. Органические почвы.

Гистосоли (histosols , от греч. hist os - ткань; подразумеваются растительные ткани) - почвы, верхний горизонт которых мощностью 40-60 см состоит из органического вещества (продуктов опада деревьев, торфа и т. п.).

2. Почвы , обусловленные воздействием человека.

Антросоли (anthrosols , от греч. anthropos - человек) - почвы, глубоко преобразованные или созданные человеком.

3. Почвы , обусловленные материалом почвообразующих пород.

Андосоли (andosols , от япон. ап - темный и do - почва) - почвы,

сформированные на рыхлых продуктах вулканических извержений -вулканическом пепле, туфах и т. п., обычно имеющие темный верхний горизонт.

Ареносоли (arenosols , от греч. arena - песок) - песчано-кварцевые почвы тропиков и субтропиков со слабо выраженным гумусовым горизонтом.

Вертисоли (aertisols , от лат. vertere - оборачивать; подразумевается перемешивание почвы при периодическом набухании высыханий)- почвы, образующиеся на темных разбухающих при увлажнении глинах, трещиноватые в сухом состоянии. Встречаются в тропиках и субтропиках.

4. Почвы , обусловленные рельефом.

Флювисоли (fluvisols , от лат. fluvius - река) - почвы, образованные на современных пойменных, дельтовых и прибрежно-морских отложениях, слагающих аллювиальные или приморские низменности.

Глейсоли (gleysols , от русск. глей - серая влажная глина) - суглинистые почвы с близким уровнем почвенно-грунтовых вод, приуроченные к плохо дренируемым, обычно отрицательным элементам рельефа.

Лептосоли (leptosols , от греч. leptos - тонкий; подразумевается малая мощность почвы) - маломощные гравелисто-дресвяные почвы, с гумусовым горизонтом, залегающие на эродированных поверхностях плотных коренных пород. Распространены в горных и пустынных (холодных и жарких) регионах.

Регосоли (regosols , от греч. rhegos - покров; подразумевается рыхлый покров на поверхности плотных коренных пород) - щебнистые почвы с неразвитым профилем на продуктах механического разрушения плотных коренных пород. Приурочены к эродированным повышенным территориям.

5. Почвы , обусловленные ограниченным временем их формирования.

Камбисоли (cambisols , от лат. cambiare - изменять; имеется в виду изменение окраски, консистенции и содержания глины в разных горизонтах профиля) - почвы, образованные на суглинистых отложениях четвертичного возраста с горизонтом В, обогащенным глиной, но без признаков вмывания глины.

6. Почвы, обусловленные влажным илы переменно-влажным субтропическим и тропическим климатом и длительной эволюцией.

Ферральсоли (ferralsols , от названия химических элементов фер-рум и алюминиум) - почвы, образованные на продуктах длительного выветривания, состоящих из каолинитовой глины, кварца, гидроксидов железа и алюминия. Есть крупные конкреции гидроксидов указанных металлов.

Акрисоли (acrisols , от лат. асе г - уксус, очень кислый; имеется в виду высокая кислотность этих почв) - очень кислые глинистые почвы без новообразований гидроксидов железа и алюминия, без горизонта вымывания, но с повышенным содержанием глины в нижней части профиля.

Ликсисоли (lixisols , от лат. lixivia - промывание) - глинистые почвы, менее кислые, чем акрисоли; признаки вмывания глины отсутствуют, хотя её количество в нижней части профиля увеличено.

Нитисоли (nitisols , от лат. nitidus - блестящий) - высокоглинистые почвы с блестящей поверхностью почвенных структурных отдельностей.

Плинтосоли (plintosols , от греч. plinthos - кирпич; название дано в связи с глинисто-железистым горизонтом, отвердевающим на воздухе) - глинистые почвы, испытывающие влияние колебания уровня грунтовых вод. Характерно образование горизонта, обогащенного гидроксидами железа, иногда - алюминия в виде конкреций или панциря.

Алисоли (alisols , от названия химического элемента - алюминия ) -очень кислые почвы, содержащие обменный алюминий. Отличаются от всех других красных тропических почв составом глины, в которой наряду с каолинитом присутствуют гидрослюды и смешаннослойные минералы.

7. Почвы , обусловленные слабым выщелачиванием профиля.

Солончаки (solonchaks , от русского термина солончак) - почвы,

Солонцы (solonetz , от русского термина солонец) - почвы, содержащие большое количество обменного натрия в хорошо выраженном глинистом горизонте вмывания.

Гипсисоли (gypsosols, от названия минерала гипс) - почвы, имеющие горизонт с очень большим количеством новообразованного гипса вплоть до плотных гипсовых кор.

Кальцисоли (calcisols - от названия химического элемента кальций) - почвы, имеющие горизонт с очень большим количеством новообразованного карбоната кальция в виде конкреций, местами сливающихся в массивную карбонатную кору.

8. Почвы , обусловленные природной обстановкой степей.

Черноземы (chernozems , от русского термина чернозем) - высоко-

гумусные почвы степей с прохладным климатом.

Каштаноземы (kastanozems , от русского термина каштановые почвы) - низкогумусные почвы сухих степей с жарким климатом.

Грейземы (greyzems , от англ, grey - серый и рус. - земля) - почвы, образовавшиеся на периферии степной зоны в условиях более холодного и влажного климата.

Файоземы (phaeozems , от греч. phaios - тусклый и рус. - земля) - почвы, образовавшиеся в условиях прерий, имеющие темный цвет и богатые органическим веществом.

9. Почвы , обусловленные хорошо выраженным вмыванием глины или железисто-гумусовых соединений.

Лювисоли (livisols , от лат. luere - промывать; имеется в виду перенос глинистых частиц фильтрующимися через почву атмосферными осадками) - почвы с хорошо выраженным горизонтом вмывания глины.

Подзолювисоли (podzoluvisols , от русского термина подзол и международного термина лювисоли) - почвы с хорошо выраженным белесым горизонтом вымывания, нижняя граница которого языками вдается в нижерасположенный горизонт вмывания глины.

Подзолы {podzols , от русского термина подзол - под цвет золы) -супесчаные почвы с хорошо выраженным белесым горизонтом вымывания и ржаво-бурым горизонтом вмывания железогумусовых соединений.

Планосоли (planosols , от лат. planus - плоский; имеются в виду почвы плоского рельефа с затрудненным дренажем и сезонным поверхностным переувлажнением) - почвы с осветленным сезонно переувлажняемым верхним горизонтом, залегающим на плотном глинистом горизонте.

Как видно из приведенной характеристики, почвы в систематике ФАО группируются, с одной стороны, по преобладающему влиянию того или иного фактора почвообразования - почвообразующей породы, рельефа, деятельности человека и т. д. С другой стороны, некоторые группы почв выделяются по характеру почвообразовательных процессов, например, группа почв, обусловленных слабым выщелачиванием солей, или группа почв, обусловленных вымыванием-вмыванием глины и железоорганических соединений.

Почвенные горизонты - слои, формирующиеся в результате естественного расчленения почвы в процессе её образования; отсюда их другое название - «генетические» горизонты. Совокупность почвенных горизонтов образует почвенный профиль. Каждый почвенный горизонт более или менее однороден по механическому, минералогическому и химическому составу, физическим свойствам, структуре, окраске и т. д.; может подразделяться на подгоризонты. Почвенные горизонты обозначают буквенными символами: А - перегнойноаккумулятивный, часто ещё и элювиальный; В - иллювиальный, или метаморфический; С - материнская порода; подгоризонты обозначают с помощью индексов, добавляемых к этим символам, например Ао - лесная подстилка или степной войлок, А[ - гумусовый, А2 - подзолистый и т. д. На обрабатываемых почвах образуется пахотный горизонт А„.

Основные факторы почвообразования - климат, материнская порода, растительный и животный мир, рельеф и геологический возраст территории, а также хозяйственная деятельность человека.

Климат влияет на характер выветривания горных пород, воздействует на тепловой и водный режимы почвы, обусловливая происходящие в ней процессы и их интенсивность, и в значительной степени определяет растительный покров и животный мир.

Материнская порода в процессе почвообразования превращается в почву. От её гранулометрического (механического) состава и структурных особенностей зависят физические свойства почвы - водо- и воздухопроницаемость, водоудерживающая способность и т. д., а следовательно, водный, тепловой и воздушный режимы почвы, скорость передвижения веществ в почве и др. Минералогический состав материнской породы определяет минералогический и химический состав почвы и первоначальное содержание в ней элементов питания для растений.

Растительность непосредственно воздействует на почву: корни рыхлят и оструктуривают почвенную массу, извлекают из неё минеральные элементы. В естественных условиях минеральные и органические вещества поступают в почву и на её поверхность в виде корневого и наземного опада. Годовое количество опада изменяется примерно от 5-6 ц/га в пустынях и 10 ц/га в арктических тундрах до 250 ц/га во влажных тропических лесах. Различен и качественный состав опада: его зольность изменяется от 1 до 15 %. В почве опад подвергается воздействию микрофлоры, минерализирующей до 80-90 % его массы и участвующей в синтезе гумусовых веществ, которые образуются из продуктов распада и микробных метаболитов.

Представители животного мира (главным образом беспозвоночные, живущие в верхних горизонтах почвы и в растительных остатках на поверхности) в процессе жизнедеятельности значительно ускоряют разложение органических веществ и способствуют формированию органо-минеральных почвенных агрегатов, т. е. структуры почвы. Основное влияние рельефа заключается в перераспределении по земной поверхности климатических (влаги, тепла и их соотношения) и других факторов формирования почвы.

Время развития зрелого почвенного профиля для разных условий -от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Возраст территории вообще и почвы в частности, а также изменения условий почвообразования в процессе их развития оказывают существенное влияние на строение, свойства и состав почвы. При сходных географических условиях образования почвы, имеющие неодинаковые возраст и историю развития, могут существенно различаться и принадлежать к разным классификационным группам.

Хозяйственная деятельность человека влияет на некоторые факторы почвообразования, например на растительность (вырубка леса, замена его травянистыми фитоценозами и др.), и непосредственно на почвы путём её механической обработки, мелиорации, внесения минеральных и органических удобрений и т. п. При соответствующем сочетании этих воздействий можно направленно изменять почвообразовательный процесс и свойства почвы. В связи с интенсификацией сельского хозяйства влияние человека на почвенные процессы непрерывно возрастает.

Состав и свойства почвы. Почва состоит из твёрдой, жидкой, газообразной и пластической частей. Соотношение их неодинаково не только в разных почвах, но и в различных горизонтах одной и той же почвы. Имеет место закономерное уменьшение содержания органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов почвы к нижним и увеличение интенсивности преобразования компонентов материнской породы от нижних горизонтов к верхним. В твёрдой части преобладают минеральные вещества. Первичные минералы (кварц, полевые шпаты, роговые обманки, слюды и др.) вместе с обломками горных пород образуют крупные фракции; вторичные минералы (гидрослюды, монтмориллонит, каолинит и др.), формирующиеся в процессе выветривания, - более тонкие. Рыхлость сложения почвы обусловливается полидисперсностью состава её твёрдой части, включающей частицы разного размера (от коллоидов почвы, измеряемых сотыми долями микронов (10), до обломков диаметром в несколько десятков сантиметров). Основную массу почвы составляет обычно мелкозём - частицы размером менее 1 мм. Гранулометрический состав почвы определяется относительным содержанием в ней частиц различной величины, объединяемых в группы - гранулометрические фракции. В России принята следующая классификация почвенных частиц по размерам (в мм): камни > 3, гравий - 3-1, песок крупный - 1-0,5, песок средний - 0,5-0,25, песок мелкий - 0,25-0,05, пыль крупная - 0,05-0,01, пыль средняя - 0,01-0,005, пыль мелкая -0,005-0,001, ил грубый - 0,001 -0,0005, ил тонкий - 0,0005-0,0001, коллоиды

В зависимости от соотношения физической глины (частиц мельче 0,01 мм) и физического песка (крупнее 0,01 мм) почвы по гранулометрическому составу разделяют на фракционные группы (разновидности): песок рыхлый и связный, супесь, суглинок лёгкий и средний, глина лёгкая, средняя и тяжёлая. Более подробное деление проводят по преобладанию среди частиц гравия, песка, крупной пыли, пыли и ила.

Твёрдые частицы в естественном залегании заполняют не весь объём почвенной массы, а лишь некоторую его часть; другую часть составляют поры - промежутки различного размера и формы между частицами и их агрегатами. Суммарный объём пор называется пористостью почвы. Для большинства минеральных почв эта величина варьируется от 40 до 60 %. В органогенных (торфяных) почвах она возрастает до 90 %, в заболоченных, оглеенных, минеральных -уменьшается до 27 %. От пористости зависят водные свойства почвы (водопроницаемость, водоподъёмная способность, влагоёмкость) и плотность почвы. В порах находятся почвенный раствор и почвенный воздух. Соотношение их непрерывно меняется вследствие поступления в почву атмосферных осадков, иногда оросительных и грунтовых вод, а также расхода влаги - почвенного стока, испарения, десукции (отсасывание корнями растений) и др. Освобождающееся от воды по-ровое пространство заполняется воздухом. Этими явлениями определяются воздушный и водный режимы почвы. Чем больше поры заполнены влагой, тем труднее осуществляется газовый обмен (особенно Ог и СО2) между почвой и атмосферой, тем медленнее протекают в почвенной массе процессы окисления и быстрее - процессы восстановления. В порах также обитают почвенные микроорганизмы. Плотность почвы (или объёмная масса) в ненарушенном сложении определяется пористостью и средней плотностью твёрдой

С дисперсностью ^ сопряжена большая суммарная поверхность твёрдых частиц: 3-5 м /г у песчаных почв, 30-150 м/г у супесчаных и суглинистых, до 300-400 м 2 /г у глинистых. Благодаря этому почвенные частицы, особенно коллоидная и илистая фракции, обладают большой поверхностной энергией, которая проявляется в поглотительной способности и буфсрности почвы.

Плодородие почвы - способность обеспечивать растения водой и пищей, позволяет ей участвовать в воспроизведении биомассы. Природное плодородие имеет различный характер, зависящий от состава и свойств почвы и факторов почвообразования. Под влиянием агротехнических, агрохимических и мелиоративных воздействий почва, являющаяся в сельском хозяйстве основным средством производства, приобретает эффективное или экономическое плодородие, показателем которого служит урожайность сельскохозяйственных культур.

Плодородие почв определяется минералогическим составом твёрдой части почв и органическими соединениями. Органических частиц (растительные остатки) содержится немного, и только торфяные почвы почти полностью состоят из них. В состав минеральных веществ входят Б1, А1, Бе, К, Ы, ]У^, Са, Р, Б; значительно меньше содержится микроэлементов: Си, Мо, I, В, Б, РЬ и др. Подавляющее большинство элементов находится в окисленной форме. Во многих почвах, преимущественно в почвах недостаточно увлажняемых территорий, содержится значительное количество СаСОз (особенно если почвы образовались на карбонатной породе), в почвах засушливых областей -СаБ04 и другие легко растворимые соли; почвы влажных тропических областей обогащены Бе и А1. Однако реализация этих общих закономерностей зависит от состава почвообразующих пород, возраста почв, особенностей рельефа, климата и т. д. Например, на основных изверженных породах формируются почвы, более богатые А1, Бе, щёлочноземельными и щелочными металлами, а на породах кислого состава -Бт Во влажных тропиках на молодых корах выветривания почвы значительно беднее оксидами железа и алюминия, чем на более древних, и по содержанию сходны с почвами умеренных широт. На крутых склонах, где эрозионные процессы весьма активны, состав твёрдой части почв незначительно отличается от состава почвообразующих пород. В засоленных почвах содержится много хлоридов и сульфатов (реже нитратов и бикарбонатов) кальция, магния, натрия, что связано с исходной засоленностью материнской породы, с поступлением этих солей из грунтовых вод или в результате почвообразования.

В состав твёрдой части почв входит органическое вещество, основная часть (80-90 %) которого представлена сложным комплексом из гумусовых веществ, или гумуса. Органическое вещество состоит также из соединений растительного, животного и микробного происхождения, содержащих клетчатку, лигнин, белки, сахара, смолы, жиры, дубильные вещества и т. п. и промежуточные продукты их разложения. При разложении органических веществ содержащийся в них азот переходит в формы, доступные для усвоения растениями. В естественных

условиях эти формы являются основным источником азотного питания растительных организмов. Многие органические вещества участвуют в создании органоминеральных структурных отдельностей (комочков). Складывающаяся таким образом структура почв во многом определяет её физические свойства, а также водный, воздушный и тепловой режимы.

Органоминеральные соединения представлены солями, глинистогумусовыми комплексами, комплексными и внутрикомплексными (хелаты) соединениями гумусовых кислот с рядом элементов (в их числе А1 и Ре). Именно в виде таких химических веществ последние перемещаются в почве (табл. 15).

Таблица 15

Классификация почвенных процессов как химии почв

	Химия почв
Химия почвенной	Химия	Химические	Аналитическая
массы	п о чвоо бразую щ их процессов	основы почвенного плодородия	химия почвы
1. Учение о	1. Трансформация
химическом	вещественного	элементов	идентификации и
составе почвы:	состава при		количественного
Элементный	почвообразовании:	Валовые запасы,	определения
	Синтез и разло-	Резервы	элементов и
Фазовый состав,	жение минералов,	элементов
Состав твердых	Разложение		(неспецифические
- состав жидких фаз, - состав газовой фазы	растительных остатков, Синтез гумино- вых веществ, новообразований
2. Строение и	2. Химические	2. Балансы	2. Методы из-
свойства	процессы	элементов	мерения свойств
почвенных	дифференциации
компонентов:	почвенного	Балансы	Определение
Простые соли,		элементов в
Оксиды и		целинных	Измерение
гидроксиды,		ландшафтах,	окислительных
Глинистые		Балансы	потенциалов,
минералы,		элементов в	Определение
Органические вещества, Органоминеральные вещества		агрофитоценозах	коллоидно химических характеристик

Химия почв
Химия	Химия	Химические	Аналитическая
почвенной	почвообразующих	основы	химия почвы
массы	процессов	почвенного
		плодородия
3. Свойства	3. Миграция и	3. Химические
	аккумуляция		определения
Поглотитель-	химических	подвижности и	специфических
ная способность,	соединений в	доступности	почвенных
Реакция среды,		элементов	показателей.
Коллоидно-	ландшафтах	растениями:	Групповой и
химические		Формы соеди-	фракционный
свойства,		нений и их	состав гумуса:
Окислительно-		подвижность,	Обменные
восстановитель-		Термодина-
ные режимы,		мические	Групповой со-
Равновесие в			став минеральных
системе фаз		подвижности и	компонентов,
		доступности
		элементов	кислотности и
			щелочности почв
	4. Зависимость	4. Химические
	свойств и состава
	почв от гидротер-	регулирования
	мических и биоло-	почвенного
	гических условий	плодородия

Жидкая часть, т. е. почвенный раствор, - активный компонент почв, осуществляющий перенос веществ внутри них и снабжение растений водой и растворёнными элементами питания. Обычно содержит ионы, молекулы, коллоиды и более крупные частицы, превращаясь иногда в суспензию. Питание корневой системы растений химическими элементами и соединениями осуществляется за счет осмотического давления.

Г азообразная часть, или почвенный воздух, заполняет поры, не занятые водой. Количество и состав почвенного воздуха, в который входят N2, О2, СО2, летучие органические соединения и пр., не постоянны и определяются характером множества протекающих в почвах химических, биохимических, биологических процессов. Например, количество ССЬ в почвенном воздухе существенно меняется в годовом и суточном циклах вследствие различной интенсивности выделения газа микроорганизмами и корнями растений. Газообмен между почвенным воздухом и атмосферой происходит преимущественно в

результате диффузии ССЬ из почвы в атмосферу и О2 в противоположном направлении.

Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли и др.), представителей многих групп беспозвоночных животных - простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок, а также роющих позвоночных и др. Активная роль живых организмов в формировании почвы определяет принадлежность её к биокосным природным телам - важнейшим компонентам биосферы.

Процессы в почве. В процессе почвообразования материнская порода расчленяется на почвенные горизонты, которые образуют почвенный профиль. В поверхностных горизонтах накапливаются органическое вещество, азот и фосфор, обменные соединения алюминия, кальция, магния, калия, натрия; во многих случаях происходит потеря силикатных соединений (за исключением кремнезёма в форме кварца). Под влиянием факторов почвообразования в почвах протекают разнообразные процессы, которые можно объединить в следующие основные группы:

• 1) обмен веществом и энергией между почвами и другими природными телами;
• 2) процессы превращения веществ и энергии , происходящие в самом почвенном теле без перемещения веществ;
• 3) процессы передвижения веществ и энергии в почвах.

К первой группе относят:

• - многосторонний обмен газами, влагой и твёрдыми частицами в системе: атмосфера - почва - растительность (надземные органы);
• - двусторонний обмен газами и влагой с растворёнными в ней веществами в системе: почва - грунт (породы, залегающие под почвами, включая почвообразующую и подстилающую);
• - обмен коротко- и длинноволновой радиацией в системе: солнце -растительность - почва - атмосфера - космическое пространство;
• - многосторонний обмен тепловой энергией в системе: атмосфера - растительность - почва - грунт;
• - двусторонний обмен зольными веществами, соединениями азота, ССЬ и СЬ в системе: почва - высшая растительность;
• - преимущественно одностороннее поступление влаги из почвы в растения (через корни);
• - одностороннее поступление в почву органического вещества, синтезированного высшими растениями, несущего в себе аккумулированную энергию.

Вторая группа включает огромное количество весьма разнообразных процессов:

• - разложение органических соединений и синтез гумусовых веществ;
• - синтез и распад микробной плазмы; образование и распад органо-минеральных соединений, т. е. процессы, связанные с круговоротом углерода (разложение углеводов, дубильных веществ, лигнина и

• - процессы, связанные с круговоротом азота, - аммонификация, нитрификация и денитрификация, фиксация атмосферного азота;
• - разложение и превращение первичных и вторичных минералов и синтез вторичных;
• - окисление и восстановление, особенно железа и марганца;
• - замерзание и оттаивание почвенной влаги, её внутрипочвенное испарение, конденсация и т. д.

Третья группа :

• - передвижение почвенного воздуха под влиянием меняющихся давлений и температуры;
• - диффузное передвижение газов и водяного пара, передвижение почвенного раствора под действием силы тяжести, капиллярных, сорбционных и осмотических сил; перемещение почвенной массы роющими животными, под влиянием давления корней и др.

В основу классификации почвенных процессов могут быть положены также химические процессы (см. табл. 15).

Почвенные процессы протекают в тесной взаимосвязи и взаимозависимости, охватывая всю почвенную толщу или сосредоточиваясь в отдельных частях. Происходят они в гравитационном поле Земли, имеют циклический характер, связанный с цикличностью поступления на поверхность почвы радиационной энергии (суточные, годовые и многолетние циклы) и с биологической цикличностью живых организмов. Цикличность процессов не означает полного возврата почвы в исходное состояние. Результаты циклических процессов, происходящих в почвенной массе с самого начала формирования, и определяют становление, развитие и эволюцию почвы.

Сущность процессов, их интенсивность в разных объёмах почвы неодинаковы, большое влияние на них оказывает глубина от поверхности. Почва как открытая система связана также с другими природными системами (атмосферой, грунтом, живыми организмами) взаимным и многосторонним обменом веществ.

Совокупности процессов формирования определённых почвенных горизонтов получили наименование элементарных почвенных процессов:

• - образование степного войлока, лесной подстилки, торфа (накопление органических остатков на поверхности почвы);
• - гумусово-аккумулятивный процесс (накопление органоминеральных соединений и зольных элементов в верхних горизонтах);
• - передвижение солей в растворённом состоянии с последующим выпадением из раствора;
• - расселение (вынос растворённых солей в нижние горизонты или за пределы почвы);
• - оглинивание, т. е. превращение первичных минералов во вторичные глинистые минералы (разложение первичных минералов и синтез вторичных);
• - иллювиальные процессы (растворение различных веществ в верхних горизонтах почвы, перемещение растворов в более глубокие горизонты с осаждением некоторых веществ и их аккумуляцией);
• - лессиваж - передвижение под влиянием силы тяжести мельчайших твёрдых частиц в составе суспензии;
• - оглеение (восстановление элементов с переменной валентностью, в первую очередь железа и марганца, и связанное с этим обес-структуривание почвенной массы), осолонцевание, осолодение, опод-золивание, ожелезнение, ферралитизация, педокриогенез и др.

Почвенный раствор - жидкая фаза почвы - вода с растворёнными газами, минеральными и органическими веществами, попавшими в неё при прохождении через атмосферу и просачивании через почвенные горзонты. Вода в зависимости от влажности почвы находится в плёночной, капиллярной и гравитационной формах. Почвенный раствор динамичен, участвует в почвообразовательном процессе, физикохимических, биохимических реакциях, круговороте веществ в почве и питании растений. Состав его определяется процессами почвообразования, растительностью, общими особенностями климата, а также временем года, погодой, деятельностью человека (внесение удобрений и др.). В почвенной влаге растворены:

• - газы - кислород, углекислый газ, азот, аммиак;
• - минеральные вещества - соли кальция, магния, натрия, калия и другие соединения алюминия, железа, марганца, кремнезём (в форме иона 810 4 и в коллоидной форме);
• - органические вещества - органические кислоты жирного ряда и их соли, гумусовые и фолиевые кислоты, сахара, аминокислоты и др.

В незаселенных почвах концентрация веществ в почвенном растворе невелика (обычно не превышает 0,1 %), в солончаках и солонцах - резко увеличивается (до целых и даже десятков процентов). Высокое содержание веществ в почвенном растворе вредно для растений, так как затрудняет поступление в них воды и питательных веществ, вызывая физиологическую сухость. Реакция почвенных растворов в почвах разных типов неодинакова:

• - кислую реакцию имеют подзолистые, серые лесные, торфяные почвы, краснозёмы, желтозёмы;
• - щелочную - содовые солонцы;
• - нейтральную или слабощелочную - обыкновенные чернозёмы, луговые и коричневые почвы.

Слишком кислый и слишком щелочной почвенный раствор отрицательно влияет на рост и развитие растений.

Буферность почвы - свойство почвы препятствовать изменению её реакции (pH) под действием кислот и щелочей. Чем больше в почвенном растворе солей сильных оснований и слабых кислот, тем более буферна почва по отношению к кислым удобрениям; при наличии солей слабых оснований и сильных кислот почва буферна к щелочным удобрениям. Так как раствор находится в постоянном взаимодействии с содержащейся в почве твёрдой фазой, то последняя также оказывает существенное влияние на буферность. Чем больше коллоидных частиц и гумуса в почве (например, чернозёмы) и чем больше они содержат поглощённых оснований, тем буфернее почва по отношению к кислым удобрениям; поглощённый коллоидами водород (подзолистые почвы, краснозёмы) способствует увеличению буферности почвы к щелочным удобрениям. Наиболее буферны почвы тяжёлого (глинистого) механического состава. Атмосферные осадки, грунтовая и оросительная вода могут изменить реакцию почвы, если она не обладает буферностью. Растения реагируют на изменение реакции почвы, поэтому буферность играет большую роль в их росте и развитии. Буферность почвы можно повысить внесением органических удобрений.

Реакция почвы - физико-химическое свойство почвы, функционально связанное с содержанием ионов Н и ОРТ в ее твёрдой и жидкой частях. Если в почве преобладают ионы Н, реакция почвы кислая, если ионы ОРТ - щелочная; при равенстве концентраций [Н ] и [ОРТ] - нейтральная. Реакция почв России колеблется в пределах pH от 4 до 8,2. Реакция почвы играет существенную роль в процессах миграции продуктов выветривания, причём миграционная способность соединений Бе, Мп, Бг, Си возрастает в кислой среде, а соединений Б1 и А1 - в щелочной. Реакция почвы оказывает большое влияние на уровень жизнедеятельности растений. При кислой реакции почвы многие растения страдают от повышенной концентрации ионов [Н ] и [АР ], поэтому кислые почвы необходимо известковать. Сильнощелочные почвы (солонцы, содовые солончаки), характеризующиеся повышенной концентрацией ионов [ОН - ] и бесструктурностью, также весьма неблагоприятны для роста и развития растений. Внесение гипса в сочетании с органическими удобрениями приводит к нейтрализации щелочной реакции почвы и улучшению агрономических свойств. Для количественной оценки реакции почвы употребляют различные показатели: pH суспензии почвы в воде или в растворе КС1; титруемую кислотность или щёлочность и др.

Кислотность - одно из важнейших свойств многих почв, обусловленное наличием водородных ионов в почвенном растворе, а также обменных ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе. Повышенная кислотность почв отрицательно влияет на развитие растений и многих полезных микроорганизмов. Различают две формы кислотности почв: актуальную , или активную, - кислотность почвенного раствора, почвенной суспензии или водной вытяжки из почв, и потенциальную , или пассивную, «скрытую», - кислотность твёрдой фазы почвы. Актуальная кислотность почв обусловлена наличием ионов водорода. Выражается условной величиной pH (отрицательный логарифм концентрации водородных ионов); при pH 7 реакция почвенного раствора нейтральная, ниже 7 - кислая; чем ниже числовое значение pH, тем выше кислотность почв. Потенциальную кислотность почв делят на обменную и гидролитическую. Обменная кислотность почв вызывает значительное подкисление почвенного раствора при взаимодействии почвы с нейтральной солью, что наблюдается при внесении физиологически кислых удобрений (хлористый калий, сернокислый аммоний и др.). По представлениям русского учёного К. К. Гедройца и некоторых других исследователей, обменная кислотность почв обусловлена присутствием в твердой фазе почвы ионов водорода, не вытесняемых нейтральными солями из поглощаемого комплекса, но способных к замещению (обмену) на другие катионы при обработке почвы растворами щелочей или гидролитически щелочных солей (например, раствором ацетата натрия, который и применяется при определении гидролитической кислотности). Степень кислотности почв необходимо учитывать при выборе минеральных удобрений, подготовке их перед внесением в почву. Основной способ борьбы с повышенной кислотностью почв - известкование.

Поглотительная способность почвы - свойство почвы задерживать в себе (сорбировать) различные вещества, соприкасающиеся с её твёрдой фазой. Поглотительная способность почв играет важную роль в процессах выветривания горных пород, выщелачивания почв, оказывает большое влияние на все почвенные процессы, тесно связана с продуктивностью почвы. Учение о поглотительной способности почв- теоретическая основа применения удобрений и химической мелиорации. Основы современного представления о поглотительной способности почвы заложил отечественный учёный К. К. Гедройц в 1912-1932 гг.

Виды поглотительной способности почв:

• -механическая - поглощение высокодисперсных частиц почвенными порами;
• - физическая - поглощение электролитов под влиянием поверхностной энергии;
• - физико-химическая (обменное и необменное поглощение катионов) - обмен между катионами твёрдой фазы и почвенного раствора;
• - химическая - образование малорастворимых и нерастворимых солей, которые выпадают в осадок и примешиваются к твёрдой фазе почвы;
• - биологическая - сорбция веществ микроорганизмами и корнями растений.

Количество всех сорбированных почвой обменных катионов (в мг/экв на 100 г почвы) составляет ёмкость поглощения; величина её может изменяться в зависимости от содержания почвенного поглощающего комплекса (в основном коллоидов почвы), реакции почвенного раствора, природы катионов и т. п.

Азотфиксация - процесс связывания молекулярного азота (N2) атмосферы и перевода его в азотистые соединения. Азотфиксация осуществляется азотфиксирующими микроорганизмами, в том числе клубеньковыми бактериями, и другими микроорганизмами (бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы и сине-зелёные водоросли), обитающими в почвах, пресных водоёмах, морях и океанах.

Азотфиксация - важнейший биологический процесс, играющий большую роль в круговороте азота в природе и обогащающий почву и водоёмы связанным азотом. В воздухе 1 га почвы содержится более 70 000 т свободного азота, и только в результате азотфиксации часть этого азота становится доступной для использования высшими растениями. Свободноживущие азотфиксирующие бактерии связывают несколько десятков килограммов азота на 1 га почвы в год. Сине-зелёные водоросли на рисовых полях фиксируют до 200 кг/га азота в год. Общая прибыль азота (в надземных органах и пожнивных остатках) при культивировании бобовых растений составляет от 57,5 до 335 кг/га в год. Количество азота, внесённого в почву бобовыми растениями за счёт деятельности клубеньковых бактерий, достигает 100-250 кг/га за сезон. Естественно, этот процесс имеет большое значение для улучшения почв и повышения урожайности сельскохозяйственных культур. С этой целью перед посевом семена бобовых смешивают с препаратами клубеньковых бактерий, делают бобовые предшественниками злаков в севообороте, сеют кукурузу с клевером, вику с овсом и пр.

Исследование механизма азотфиксации очень важно. Ещё в 1894 г. С. Н. Виноградский предположил, что в результате азотфиксации образуется аммиак. Современными методами исследования, в том числе с применением тяжёлого изотопа азота (лЧ), это предположение подтверждено. А. Н. Бах полагал (1934 г.), что азотфиксация - результат сопряжённого действия окислительно-восстановительных ферментов. Установлено, что восстановление молекулярного азота (N2) до аммиака (ЫНз) происходит при участии ферментной системы, содержащей железо, молибден, магний и функционирующей как переносчик электронов к N2. Азотфиксирующие ферментные системы катализируют восстановление N2 в присутствии источника энергии - аденозинтри-фосфата (АТФ) - и восстановителя, например молекулярного водорода (Н2) или гидросульфита (ЫагБгОД Таким образом, собственно азотфиксация, осуществляемая с помощью ферментов, не нуждается в кислороде и является восстановительным процессом.

Денитрификация (от лат. de - приставка, означающая здесь завершение действия, nitrogenium - азот и facio - делаю) - широко распространённый в природе процесс восстановления нитратов до молекулярного азота, вызываемый бактериями. Денитрификация протекает с образованием нитритов и закиси азота по следующей схеме:

2HN0 3 2HN0 2 -> N 2 0 N 2 .

Энергию, необходимую для восстановления нитратов, бактерии получают в результате окисления органических веществ (углеводы, спирты, органические кислоты), а кислород нитратов является акцептором электрона и водорода. Денитрификация, происходящая при окислении глюкозы, может быть выражена уравнением:

5С 6 Н, 2 0б + 24KN0 3 -> 24КНС0 3 + 6С0 2 + 12N 2 + 18Н 2 0.

Существуют также особые виды денитрифицирующих бактерий, восстанавливающие нитраты при окислении серы или молекулярного водорода. Денитрификация сильно угнетается и прекращается полностью в присутствии молекулярного кислорода. С денитрификацией не следует смешивать восстановление нитратов до аммиака, связанное с ассимиляцией микроорганизмами нитратов как источника азота. Такой способностью обладают многие бактерии, а также актиномицеты и грибы, которые вообще не способны вызывать денитрификацию. От денитрификации следует отличать ложную денитрификацию, при которой в культуре бактерий или в природе происходит чисто химическое взаимодействие нитритов с аммонийными солями, аминами или амидами, сопровождаемое выделением молекулярного азота. Например, NH 4 C1 + HN0 2 -> N 2 + НС1 + 2Н 2 0. В 1 г почвы содержатся десятки и сотни тысяч денитрифицирующих бактерий. Однако денитрификация в почве может протекать энергично только при определённых условиях: достаточном количестве нитратов и легко разлагаемого микроорганизмами безазотистого органического вещества, оптимальной реакции (pH 7,0-8,2) и температуре (25-30 °С), а главное при анаэробных условиях. Именно поэтому денитрификация протекает весьма интенсивно во влажных, плохо аэрируемых почвах. При денитрификации содержание азота в почве падает в результате выделения молекулярного азота и следов закиси азота, что влечёт за собой снижение урожайности субстрата. После внесения в глинистую почву нитратов и растительных остатков за 10 дней 75 % азота нитратов улетучивается из нее в виде молекулярного азота. Хорошая аэрация почвы (обработка), уменьшение ее влажности в определённые периоды (дренаж), создание условий для лучшего потребления нитратов почвы культурными растениями - всё это может понизить денитрификацию в почве.

Денитрифицирующие бактерии - бактерии, восстанавливающие нитраты до молекулярного азота. К денитрифицирующим бактериям относятся представители Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus и

Micrococcus. Все денитрифицирующие бактерии - аэробы и могут окислять органическое вещество за счёт кислорода воздуха, но, попадая в анаэробные условия, они используют кислород нитратов как акцептор электрона («дыхание за счёт нитратов»). Выращивают денитрифицирующие бактерии на питательных средах с нитратами и индикатором, меняющим цвет при восстановлении нитратов в среде. Денитрифицирующие бактерии распространены в почве, воде и грунте водоёмов.

Засолённые почвы - почвы с повышенным (более 0,25 %) содержанием легкорастворимых в воде минеральных солей. Встречаются преимущественно в южных засушливых областях многих стран (Пакистан, Индия, Китай и др.), часто пятнами среди незасоленных почв. Содержат главным образом соли серной (сернокислые натрий, кальций и магний), соляной (хлористые натрий, кальций и магний) и угольной (натриевая в двух формах: углекислой соли, или нормальной соды, и двууглекислой соли, или питьевой соды) кислот. Иногда в засоленных почвах встречаются натриевая и кальциевая соли азотной кислоты. В зависимости от количества содержащихся в почве солей, характера их распределения по почвенным горизонтам засоленные почвы подразделяются на солончаки (1-3 % солей и более), солончаковые (менее засоленные) и солончаковатые (засоленные ниже пахотного слоя). Для установления степени их засоленности определяют сумму токсичных солей, связанных с ионами хлора и сульфата. От засоленных почв отличают солонцеватые, содержащие поглощённый натрий; иногда солонцеватость сочетается с солончаковатостью. Обычно более токсичны хлористые соли. Кроме того, легкорастворимые соли повышают осмотическое давление почвенного раствора и создают так называемую физиологическую сухость, при которой растения страдают так же, как и от почвенной засухи. Избыток воднорастворимых солей в почве приводит к изреженности растительного покрова и появлению особой группы дикорастущих видов растений -солянок, или галофитов, приспособленных к жизни на засоленных почвах.

Засоленные почвы образуются в результате накопления солей в почве и почвенно-грунтовых водах, а также затопления суши морской солёной водой. Обязательными факторами накопления солей на суше и засоления ими почв являются засушливый климат и затрудненный отток поверхностных и подпочвенных вод. На орошаемых землях часто наблюдается так называемое вторичное засоление, если в подпочвах или грунтовых водах много солей. При орошении бессточных равнин происходит подъём уровня солёных грунтовых вод, что и приводит к засолению почв. Правильным ведением хозяйства можно устранить неблагоприятное течение процессов засоления, изменив его естественную направленность. Достигается это сочетанием промывок почвы с искусственным оттоком грунтовых и промывных вод с помощью дренажа. Промывать засоленные почвы лучше осенью или зимой, так как в это время сокращается испарение, способствующее возврату солей.

Солонцы - почвы, формирующиеся в условиях непромывного водного режима при накоплении в почвенном поглощающем комплексе натрия (от 10-15 до 70 % ёмкости поглощения), поступающего из почвенного раствора или грунтовых вод (процесс осолонцевания). Профиль солонцов расчленён на почвенные горизонты: А - элювиальный, или гумусовый (мощность от 2-3 до 15-25 см, содержание гумуса от 1-5 до 9-10 %); В - иллювиальный, или солонцовый (10-20 см); ВС - переходный (здесь возможно скопление гипса, сульфата натрия и др.); С - материнская порода. Солонцы характеризуются щелочной реакцией, высоким содержанием соды (1ЧаНСОз), особенно в содовых солонцах, вязкостью, липкостью и набуханием во влажном состоянии; сильным уплотнением и твёрдостью - в сухом; столбчатой, призматической или глыбистой структурой иллювиального горизонта; высокой подвижностью коллоидов. Среди солонцов выделяют типы: чернозёмные, каштановые, лугово-чернозёмные, субтропические и др., которые подразделяются на подтипы (солончаковые, типичные, осолоделые, остаточные) и роды (содовые, хлоридно-сульфатные).

Солонцы встречаются пятнами в степных, полупустынных и пустынных зонах Африки, Азии, Южной Америки, Австралии; в СНГ -в Нижнем Поволжье, на Северном Кавказе, в Казахстане и др. При освоении проводят промывку, гипсование почв, глубокую вспашку, вносят органические и минеральные удобрения, применяют травосеяние, искусственные структурообразователи. После окультуривания на солонцах выращивают сахарную свёклу, сою, зерновые культуры (пшеницу, рожь, ячмень, просо) и др.

Агрохимический анализ - определение лабораторными методами химического состава растений, кормов растительного происхождения, почвы, удобрений, пестицидов (ядохимикатов).

В результате анализа растений определяют содержание макро- и микроэлементов (азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, бор, марганец, медь, молибден, цинк, кобальт и др.), получаемых растением из почвы, а также важнейших органических соединений (белки, жиры, углеводы, витамины, аминокислоты и др.), характеризующих качество кормов и многих других растительных продуктов (в сахарной свёкле, например, оценивают содержание сахара, в картофеле - крахмала, в зерне пшеницы - белка и т. д.). Анализ удобрений и пестицидов необходим преимущественно в контрольных целях.

В минеральных и местных удобрениях определяют содержание и формы питательных веществ; в суперфосфате, кроме того, устанавливают кислотность; в известковых удобрениях - содержание кальция и магния; в торфе - влажность, зольность, кислотность, степень разложения; в пестицидах - процент действующих химических соединении (убивающих сорные растения, отравляющих насекомых-вредителей и возбудителей бактериальных, грибных, вирусных заболеваний сель-скохозяйственых культур).

В агрохимическом анализе пользуются различными методами; всё шире применяются хроматография всех видов (газовая, жидкостная и смешанная), спектрофотометрия, пламенная фотометрия, стабильные и радиоактивные изотопы и другие методы.

Эрозия почвы - разрушение почвы водой и ветром, перемещение продуктов разрушения и их переотложение. Водная эрозия проявляется на склонах, где стекает дождевая или талая вода, подразделяется на плоскостную (сравнительно равномерный смыв почвы под влиянием стока воды, не успевающей впитаться), струйчатую (образование неглубоких промоин, устраняемых обычной обработкой) и глубинную (размыв потоками воды почв и горных пород). Ветровая эрозия , или дефляция, развивается на любых типах рельефа, в том числе на равнинах, бывает повседневной (ветры малой скорости поднимают в воздух почвенные частицы и относят их на другие участки) и периодической - пыльные бури (сильные ветры поднимают в воздух верхний слой почвы, иногда вместе с посевами, и переносят почвенные массы на большие расстояния).

По степени разрушения эрозию почв подразделяют на нормальную (естественную) и ускоренную (антропогенную). Нормальная эрозия почв протекает медленно, плодородие почвы не снижается. Ускоренная эрозия связана с хозяйственной деятельностью человека - с неправильной обработкой почвы и орошением, нарушением растительного покрова при выпасе скота, сведением лесов, строительными работами.

При сильном развитии эрозии почв снижается плодородие земель, повреждаются посевы, овраги превращают сельскохозяйственные угодья в неудобные земли и затрудняют обработку полей, происходит заиление рек и водоёмов. Эрозия почв разрушает дороги, линии связи, электропередач и другие коммуникации.

Эрозия почв наносит огромный ущерб сельскому хозяйству. Особо опасные размеры она приняла в США и Канаде, где длительное время практиковалось использование земли «на истощение», а также в странах Средиземноморья, Ближнего Востока, в Индии, Пакистане, Китае, Южной Африке и Австралии. Вследствие эрозии почв на земном шаре выбыло из сельскохозяйственного оборота свыше 50 млн га пахотных земель. В России, по данным государственного учёта земель, в защите от водной эрозии нуждается около 200 млн га (Центральночернозёмные области, в Поволжье, на Дону, на Северном Кавказе, в горных районах Закавказья). Ветровая эрозия угрожает более 100 млн га земель (Южная Сибирь, Заволжье) и проявляется чаще на почвах лёгкого гранулометрического состава.

Борьба с эрозией почв - одна из важнейших государственных задач развития сельского хозяйства. Для её решения разработаны зональные комплексы взаимодополняющих агротехнических, лесомелиоративных, гидротехнических и организационно-хозяйственных противоэрозионных мероприятий. Агротехнические мероприятия (обработка участков и посев поперёк склонов; глубокая, более 22 см, вспашка, чередуемая через 2-3 года с обычной вспашкой; плоскорезная и безотвальная обработка почвы; весеннее рыхление зяби полосами; щелевание и залужение склонов) способствуют регулированию стока талых и дождевых вод и значительно уменьшают смыв почвы. В районах распространения ветровой эрозии вместо вспашки применяют плоскорезную обработку почвы культиваторами (плоскорезами) и другими устройствами с сохранением стерни на поверхности (почвозащитная технология обработки почвы), что уменьшает распыление и способствует большему накоплению почвенной влаги. Во всех районах, подверженных эрозии почв, большое значение имеют почвозащитные севообороты, а также посевы сельскохозяйственных культур между кулис из высокостебельных растений. Из лесомелиоративных мероприятий эффективны защитные лесные насаждения (полезащитные, приовражные и прибалочные лесные полосы). Из гидротехнических мер применяют террасирование на крутых склонах, сооружают водозадерживающие валы и водоотводящие канавы, быстротоки и перепады в руслах оврагов и ложбин. Противоэрозионные организационно-хозяйственные мероприятия обычно разрабатывают при землеустройстве.

Полезащитное лесоразведение - выращивание полезащитных лесных полос по границам полей севооборотов (а при больших полях - и внутри них). Входит в систему защитного лесоразведения, составляющего основу агролесомелиорации. Полезащитные лесные полосы предохраняют почву от эрозии, задерживая поверхностный сток, улучшают её водный, температурный и питательный режимы, уменьшают скорость ветра, сохраняют снег на полях, что повышает почвенное плодородие, улучшает климатические и гидрологические условия местности, ослабляя влияние засух и суховеев, увеличивает урожай сельскохозяйственных культур. По многолетним опытным данным урожаи на полях, расположенных среди лесных полос, на 20-25 % выше, чем на участках в открытой степи. Наибольшую прибавку урожая под защитой лесных полос дают озимые зерновые, технические культуры, травы и корнеплоды.

Полезащитные лесные полосы размещают на плоских водоразделах и пологих склонах (до 1,5°). Продольные (или основные) полосы располагают поперёк направления господствующих ветров (с возможным отклонением от перпендикулярного не более 30°), вдоль длинных сторон полей и параллельных им линий внутри полей; поперечные -вдоль коротких сторон полей. Расстояние между продольными поло-

сами на серых лесных почвах, оподзоленных и выщелоченных чернозёмах должно быть не больше 600 м, на типичных, обыкновенных и предкавказских чернозёмах - 500 м, на южных и других развеваемых чернозёмах - 400 м, на темно-каштановых и каштановых почвах -350 м; между поперечными - в 2-4 раза больше, чем между продольными, но не более 2000 м. В местах стыка оставляют разрывы длиной 25 м. Ширина полезащитных лесных полос от 7,5 до 15 м.

В полезащитном лесоразведении применяют ветропроницаемые 3-5-рядные полосы из высокоствольных быстрорастущих деревьев, которые способствуют равномерному распределению снега на полях, снижают скорость ветра на 40-50 %, испарение влаги с поверхности почвы на 20-30 %, повышают влажность воздуха по сравнению с открытой степью на 5-10 %. Полосы ажурной конструкции - узкие, с равномерными небольшими просветами по всему профилю, продуваемой конструкции - с крупными просветами между деревьями в нижней части, ажурно-продуваемой - с крупными просветами внизу и небольшими вверху. В Заволжье, Западной Сибири, Северном и Западном Казахстане создают полезащитные лесные полосы ажурно-продуваемой и продуваемой конструкции; в Украине, в Центральночернозёмных областях - продуваемой конструкции; в Северном Кавказе, Молдавии и Средней Азии - ажурной.

Породы, выращиваемые в полезащитных лесных полосах, разделяют на главные и сопутствующие. Главные породы (дуб, лиственница, сосна, берёза бородавчатая, ясень зелёный и обыкновенный, тополи, акация белая и др.) обеспечивают наибольшую высоту, устойчивость и долговечность насаждения; сопутствующие (липы, клёны, вяз обыкновенный, ильм, берест, груша лесная, яблони, алыча, шелковица, граб обыкновенный и др.) создают условия для лучшего роста и развития главных пород, обеспечивают необходимую плотность полос в верхнем ярусе, затенение почвы и защиту её от сорняков.

Полезащитные лесные полосы выращивают рядовым (наиболее распространён) и групповым способами. При рядовом способе расстояние между рядами в лесостепной, северной и центральной частях степной зоны от 2,5 до 3 м, в южной части степной зоны - от 3 до 4 м; между растениями в ряду - от 1 до 3 м. Групповой способ иногда применяют при выращивании в полосах дуба из семян; в лунку высевают по 5-6 желудей, площадь питания групп молодых дубков такая же, как и при выращивании рядовым способом дуба из сеянцев, или 60>

При уходе за полезащитными лесными полосами применяют агротехнические меры: почву в междурядьях рыхлят культиваторами, а между растениями - тракторными рыхлителями; сорняки уничтожают гербицидами (симазин с прометрином, трисбеном и др.; доза 2- 4 кг/га действующего вещества); против вредителей и болезней древесных насаждений используют пестициды; молодые полосы поливают. Обработку почвы и уничтожение сорняков проводят до смыкания крон деревьев (до 5-10-го года жизни). Лесоводственные меры ухода: в полосах из одних главных пород обрезают нижние сучья до высоты 1-2 м и удаляют больные деревья, в насаждениях из главных и сопутствующих пород вырубают сопутствующие и некоторые главные (в первую очередь больные деревья) породы и уничтожают их поросль арборицидами.

Полезащитное лесоразведение распространено в зарубежных странах - США (особенно на Великих равнинах), Канаде (штаты Манитоба, Саскачеван, Альберта и др.), Италии, Франции, Великобритании, Дании и др.

Защитные лесные насаждения - искусственно созданные посадкой или посевом насаждения для защиты сельскохозяйственных угодий, почв, водоёмов, дорог, населённых пунктов от неблагоприятных природных факторов. Защитные лесные насаждения выращивают преимущественно в степных, лесостепных и полупустынных районах. В России - на родине степного лесоразведения - лес в открытой степи стали разводить впервые в 1696 г. по указанию Петра I (роща «Дубки» около Таганрога и др.). В более значительных объёмах к созданию защитных лесных насаждений в засушливых районах приступили в конце XVIII - начале XIX вв. Землевладелец И. Я. Данилевский в 1804-1817 гг. заложил около 1000 десятин соснового леса на песках вдоль реки Северский Донец. Лесоразведением с защитными целями занимались также землевладельцы В. Я. Ломиковский с 1809 г. в Полтавской губернии и В. П. Скаржинский с 1812 г. в Херсонской губернии. Преимущественно лощинно-балочные насаждения с 1821 г. выращивал землевладелец И. Н. Шатилов. Большую роль в создании защитных лесных насаждений в безлесных районах сыграли военные поселения на юге Украины, за время существования которых в 1817- 1857 гг. было заложено более 17 тыс. десятин искусственных лесов, главным образом на песках. Опытные работы в области степного лесоразведения начинаются с организации в 1843 г. под руководством лесничего В. Е. Граффа Великоанадольского лесничества (ныне Донецкая область). Начало научной разработке вопроса о природе степей, возможностях и методах выращивания в них защитных лесных насаждений положила экспедиция В. В. Докучаева (1892-1898 гг.).

До 1917 г. под защитными лесными насаждениями было занято 130 тыс. га. В более позднее время расширяется сеть опытных агролесомелиоративных участков, сельскохозяйственных и овражных станций, лесничеств, разрабатывающих способы создания защитных лесных насаждений для борьбы с засухой, водной и ветровой эрозией.

Совершенствуются также методы восстановления плодородия эродированных почв. Выявляется влияние защитных лесных насаждений на сток, микроклимат, снегораспределение, гидрологический режим почвы, разрабатываются приёмы выращивания защитных лесных насаждений, устанавливаются их типы, конструкция, ширина, размещение на сельскохозяйственной территории, определяется ассортимент древесных и кустарниковых пород. В России насчитывается более 2 млн га защитных лесных насаждений, в том числе полезащитных более 800 тыс. га, овражно-балочных - 540 тыс. га, на песках - 615 тыс. га.

В категорию защитных лесных насаждений входят полезащитные лесные полосы, которые закладываются по границам полей севооборотов (на больших полях и внутри них). Они уменьшают скорость и турбулентность ветров на прилегающих полях, улучшают микроклимат, распределение снега, влажность почвы, защищают почву от ветровой и водной эрозии, что повышает урожаи сельскохозяйственных культур. На пахотных склонах крутизной свыше 2° полезащитные полосы, уменьшая сток талых и ливневых вод и смыв почвы, играют важную водорегулирующую роль и называются водорегулирующими.

Защитные лесные насаждения на орошаемых землях закладывают вдоль оросительных каналов с одной или двух сторон узкими полосами из 1-4, а вдоль каналов, расположенных вне орошаемых площадей, - из 5-6 и более рядов деревьев. Эти полосы сокращают непродуктивные потери влаги на испарение из каналов и с полей, перехватывают фильтрационную воду из каналов, препятствуют подъёму грунтовых вод и вторичному засолению почвы, защищают сельскохозяйственные культуры от суховеев, пыльных бурь, каналы - от засыпания мелкозёмом, а их берега - от зарастания сорняками. Защитные лесные насаждения вокруг прудов, защищающие их от испарения и заиления, создают в виде полос из деревьев и кустарников (шириной 10-20 м) выше уреза высоких вод, при крутых берегах - выше бровки лощин. На плотинах по мокрому откосу создают 1-2-рядные закрепляющие и затеняющие защитные лесные насаждения преимущественно из ветлы; ближайшую к зеркалу воды часть водопроводящих тальвегов (длиной 20-50 м и во всю ширину паводка) засаживают кустарниками, служащими в качестве илофильтров.

Приовражные и прибалочные защитные лесные насаждения выращивают вдоль бровки оврагов и балок полосами шириной 15-30 м. Они уменьшают сток, скрепляют почву и грунт, препятствуя их размыву, и способствуют хозяйственному использованию малопродуктивных земель. Если к оврагам и балкам примыкают границы пахотных земель, то приовражные и прибалочные насаждения заменяют здесь полезащитные полосы. Овражные и балочные защитные лесные насаждения, сплошные или колковые, создаваемые по откосам, склонам и дну оврагов и размытых балок, препятствуют их дальнейшему размыву. Водорегулирующие на склонах, прибалочные и приовражные, овражные и балочные защитные лесные насаждения помогают бороться с эрозией почвы. Полосные, колковые, кулисные и массивные защитные лесные насаждения на песках способствуют хозяйственному использованию песчаных земель, предохраняя их от развевания.

Защитные лесные насаждения вокруг садов, различных плантаций, питомников создают из 3-5, внутри них - 1-2 рядов деревьев. Они благоприятно влияют на рост и продуктивность возделываемых культур. Защитные лесные насаждения на пастбищах, около животноводческих ферм и в местах отдыха скота закладывают в виде полос и колков. Полосные насаждения способствуют повышению продуктивности пастбищ, предохраняют фермы от холодных ветров и снежных заносов; крестообразные защитные лесные насаждения на пастбищах («затишки») оберегают скот от холодных ветров. Колковые насаждения создают преимущественно в виде зеленых зонтов для укрытия скота от солнцепёка.

Защитные лесные насаждения вдоль железных дорог ограждают их от снежных и песчаных заносов, закрепляют крутые склоны, размываемые откосы, снижают скорость сильных ветров, препятствуют выходу скота на железнодорожные пути. Снегозадерживающие защитные лесные насаждения проектируют в зависимости от вычисленного объёма снега, приносимого к каждой стороне железной дороги, и обычно размещают с обеих её сторон. Они состоят из широкой или нескольких узких параллельных полос. Пескоукрепительные защитные лесные насаждения вдоль железных дорог закладывают в виде системы полос из деревьев и кустарников в сочетании с посевом трав. Почвоукрепительные защитные лесные насаждения имеют вид куртин, полос, участков и т. д., их обычно создают в сочетании с водоотводящими канавами. В местах, продуваемых сильными боковыми и встречными ветрами, формируют ветроломные защитные лесные насаждения, значительно снижающие скорость ветра в зоне движения поездов, их делают по типу снегозадерживающих. Оградительные защитные лесные насаждения закладывают из наклонно посаженных ивовых кольев, образующих живой решётчатый забор, не проходимый для скота.

Защитные лесные насаждения вдоль автомобильных дорог, ограждающих их от снежных заносов, состоят из одной или двух узких 4-6-рядных полос, удалённых от дороги на 20-80 м (в зависимости от объема переносимого снега).

Вокруг городов и других населённых мест защитные лесные насаждения создают в виде массивов леса, широких или системы узких лесных полос. Они предохраняют населённые пункты от пыльных бурь, сильных ветров и т. д. Эти насаждения обычно сочетаются с насаждениями различных парков, садов, скверов, бульваров и др.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Что, по мнению В. В. Докучаева, представляет собой почва?
• 2. Назовите все почвенные горизонты.
• 3. Перечислите основные факторы почвообразования.
• 4. Охарактеризуйте состав и свойства почвы.
• 5. Какие процессы участвуют в образовании почв? Как они называются в совокупности?
• 6. Дайте характеристику почвенного разреза.
• 7. Что такое реакция почвы?
• 8. Что такое кислотность почвы?
• 9. Назовите основные типы почв. Как они распространены в природе?
• 10. Что такое азотфиксация в почве?
• 11. Что такое денитрификация в почве? И какова роль денитрифицирующих бактерий в почве?
• 12. Охарактеризуйте засоленные почвы и солонцы. Чем они отличаются друг от друга?
• 13. Какие методы входят в агрохимический анализ?
• 14. Дайте характеристику эрозии почв.
• 15. Для чего необходимо проводить полезащитное лесоразведение?

Почва является средой и основным условием развития растений. В почверастения укореняются и из нее черпают все необходимые дляжизнедеятельности питательные вещества и воду. Под понятием почваподразумевается самый верхний слой твердой земной коры, пригодный дляобработки и выращивания растений, который в свою очередь состоит издостаточно тонких увлажняемого и гумусного слоев.

Увлажняемый слойтемного цвета, имеет незначительную толщину в несколько сантиметров,содержит наибольшее число почвенных организмов, в нем идет бурнаябиологическая деятельность.

Гумусный слой толще; если его толщинадостигает 30 см, можно говорить об очень плодородной почве, в немобитают многочисленные живые организмы, перерабатывающие растительныеи органические остатки на минеральные составляющие, в результате чегоони растворяются грунтовыми водами и всасываются корнями растений. Нижерасполагаются минеральный слой и материнские породы.

Химический состав почвы

По химическому составу минеральной компоненты почва состоит из песка иалеврита (формы кварца (кремнезёма) SiO 2 с добавками силикатов (Al 4(SiO 4) 3 , Fe 4 (SiO 4) 3 , Fe 2 SiO 4) и глинистых минералов(кристаллические соединения силикатов и гидроксида алюминия)).

Единая международная классификация почв пока ещё не разработана. Почвыодного типа обычно образуют широтные зоны, вытянутые вдоль областей содинаковым увлажнением и среднегодовой температурой. В горах чёткопрослеживается высотная зональность почв.

Определение типа почвы по растениям, растущим на ней

Преобладание в растительном покрове влаголюбивых растений свидетельствует о близком залегании грунтовых вод.

Почвы с высоким содержанием азота - крапива двудомная, осот, мята, крестовик обыкновенный.

Почвы с низким содержанием азота - клевер полевой, лядвенец, ясколка, льнянка.

Истощенные почвы - ромашка аптечная, пастушья сумка.

Уплотненные почвы - Подорожник большой, лапчатка гусиная, лисохвост.

Перегнойные почвы - звездчатка средняя, вероника полевая, яснотка пурпурная, одуванчик лекарственный, поповник

Переувлажненные и заболоченные почвы - влаголюбивая растительность, осока, хвощ, пикульник, щучка, камыш.

К физическим свойствам почвыотносятся:

пористость (зависит от величины и формы зерен) крупнозернистые почвы содержат мало пор, примерно до 25% на песке или гравии, а на черноземе пористость достигает 85%, на глинистой почве пористость составляет 40-45%.

Капиллярность почвы. Способность почвы поднимать влагу. Капиллярность выше у мелкозернистых почв, а, значит высота поднятия грунтовых вод, скажем, у чернозема выше, чем на песчаной почве. Поэтому строительство благоприятнее на крупнозернистых почвах, меньше сырость. ниже грунтовые воды.

Влагоемкость почвы - то есть способность почвы удерживать влагу: высокую влажность будет иметь чернозем, меньше подзолистая и еще меньше песчаная почва. Это имеет значение для создания оптимального по влажности микроклимата внутри зданий. Считается, что почвы с большой влагоемкостью являются нездоровыми.

Гигроскопичность почвы - это способность притягиваь водяные пары из воздуха. Минмальной гигроскопичностью обладают крупнозернистые почвы, свободные от загрязнений.

Почвенный воздух. Он заполняет поры меду частицами почвы, находясь в непосредственном контакте с атмосферным воздухом, отличается по составу от атмосферного. Если в атмосферном воздухе содержание кислорода достигает 21%, то в почвенном воздухе содержание кислорода занчительно меньше - 18-19%. В чистой почве содержится в основном кислорода и углекислый газ, в загрязненных почвах добавляется водород и метан. Чем больше кислорода в почвенном воздухе, тем лучше идут в почве процессы самоочищения. Например, в куче мусора, где нет доступа кислорода преобладают процессы гинения,а если отходы обезвреживются в незагрязненной почве (то есть мало отходов, много чистой почвы) то процессы самоочищения идут до конца, заканчиваясь минерализацией и гумификацией то есть образованием гумуса.

Почвенная влага - существует в химически связанном, в жидком и газообразном состоянии. Влага почвы оказывает влияние на микроклимат и на выживание микроорганизмов в почве.

Химический состав почвы. В почве могут содержатся все химические элементы. Тело человека по качественному составу содержит те же макро и микроэлементы, что и почва, поскольку почва участвует в круговороте веществ в природе, а, значит почва влияет на состояние здоровья человека.

Почвы состоят из частиц различного размера, начиная от крупных валунови заканчивая мелким грунтом (частицы мельче 2 мм в диаметре) иколлоидными частицами (< 1 мкм). Обычно частицы, составляющие почву,делят на глину (мельче 0,002 мм в диаметре), ил (0,002–0,02 мм), песок(0,02–2,0 мм) и гравий (больше 2 мм). Механическая структура почвыимеет очень важное значение для сельского хозяйства, определяет усилия,требуемые для обработки почвы, необходимое количество поливов и т. п.Хорошие почвы содержат примерно одинаковое количество песка и глины;они называются суглинками . Преобладание песка делаетпочву более рассыпчатой и лёгкой для обработки; с другой стороны, в нейхуже удерживается вода и питательные вещества. Глинистые почвы плоходренируются, являются сырыми и клейкими, но зато содержат многопитательных веществ и не выщелачиваются. Каменистость почвы (наличие крупных частиц) влияет на износ сельскохозяйственных орудий.

По степени содержания гумуса (перегноя) почвы подразделяются на бедноили незначительно гумусные (1% гумуса и меньше), умеренно гумусные (до2% гумуса), среднегумусные (2-3%) и, наконец, гумусные, содержащиеболее 3% перегноя. Благоприятными для разведения любыхсельскохозяйственных культур считаются почвы, содержащие не менее 3-5%гумуса.

Чернозем - это тип почвы, встречающийся в луговой и степной зонах,характеризуется повышенным содержанием гумуса (до 15) и высоким уровнемприродного плодородия. Из названия данного типа почвы следуетхарактеристика его окраски, которой чернозем обязан гумусу.

Важной характеристикой почвы является ее способность поглощать солнечное тепло.

От этого зависит тепловой режим почвы в целом, что влияет наразвитие растений, которое происходит в определенных условияхтемпературного режима. Изменения температурного режима почвы в сторонуповышения или понижения могут отрицательно сказаться на прорастаниисемян и последующем развитии растений.

На способность почвы поглощать тепло влияет целый ряд факторов:

структурный состав почвы: чем больше в почве крупных частиц(песка), тем быстрее она нагревается и меньше тепла требует длядостижения определенного температурного показателя;

цвет почвы: темные почвы лучше аккумулируют тепло, так как темная поверхность быстрее нагревается, весной темные почвы быстрее оттаивают;

уровень содержания влаги в почве: сухие почвы нагреваются значительно быстрее, чем влажные, степень прогревания почвы вглубь также выше;

степень насыщенности почвы гумусом и другими органическими субстанциями: гумусные почвы прогреваются лучше и быстрее за счет темного цвета,рыхлой пористой структуры, обеспечивающей теплопроводность,и оптимального содержания влаги в составе почвы.

Изучение почв

Твердая фаза почв и поровое пространство.

Дисперсность почвы. Два уровня дисперсности почв - уровень элементарных почвенных частиц (ЭПЧ) и агрегатный уровень. Гранулометрический состав почвы как характеристика ее дисперсности. Происхождение ЭПЧ. Классификации ЭПЧ по размерам. Вещественный состав и свойства гранулометрических фракций и их влияние на свойства почвы в целом. Изменение гранулометрического состава в процессе почвообразования. Методы гранулометрического анализа (способы пептизации почвы, разделения и учета фракций). Уравнение Стокса и условия его применимости к почвенным суспензиям. Понятие об эффективном диаметре ЭПЧ. Интерпретация данных гранулометрии. Вероятностные показатели гранулометрического состава (по П.Н. Березину). Отечественные и зарубежные классификации почв по гранулометрическому составу. Использование данных гранулометрии при диагностике почв и почвенных процессов, при картировании и агроэкологической оценке почв.

Микроагрегатный состав почв. Понятие о микроагрегате. Условия и механизмы агрегирования ЭПЧ и их связь с особенностями осадкои почвообразования. Свойства фракций микроагрегатов. Микроагрегатный анализ почвы. Способы сопоставления данных гранулометрического и микроагрегатного анализа. Коэффициенты дисперсности и структурности.

Макроагрегатный состав почвы. Почвенные агрегаты высших порядков - макроагрегаты (педы). Условия образования. Морфологическая классификация педов и их диагностическое значение. Сравнительная характеристика агрегатного состояния главных типов почв. Агрономически ценная структура: свойства, условия формирования и разрушения. Влияние макроструктуры на свойства, режимы почв и их плодородие. Значение агрегированности для мелиорации и охраны почв. Механические, физические, физико-химические, химические и биологические способы оптимизации агрегатного состояния почв. Система методов оценки агрегатного состояния почв.

Удельная поверхность почвы как характеристика ее дисперсности. Связь величины удельной поверхности с гранулометрическим, химическим, минералогическим составом и агрегатным состоянием почв.

Плотность почв. Плотность твердой фазы (р s) как показатель ее вещественного состава. Удельный объем твердой фазы, его значения. Величины р s характерные для различных почв и их компонентов. Профильные изменения р s и их значения для диагностики почв. Использование в разных разделах почвоведения. Методы определения р s .

Плотность сложения (объемная масса) почв (р b) как показатель вещественного состава и упаковки. Характерные величины р b . Понятие об оптимальной и о равновесной плотности. Проблема переуплотнения почв в сельском хозяйстве. Изменения р b во времени. Применение р b в разных разделах почвоведения. Расчеты с использованием величин р b . Методы определения р b в полевых и лабораторных условиях.

Поровое пространство почв. Общая порозность (пористость) и ее величины в различных горизонтах и типах почв. Активная и неактивная, капиллярная и некапиллярная порозность. Текстурное (внутриагрегатное), межагрегатное, межфрагментное поровое пространство. Проихождение пор (поры упаковки, трещины, биогенные поры). Функции пор различного размера и происхождения (поры аэрации, инфильтрации, влагопроводящие, влагосберегающие поры; поры транзитного межгоризонтного перемещения жидкой, газовой, живой и твердой фазы). Изменение порозности во времени. Особенности порового пространства набухающих почв. Методы измерения и расчета общей и дифференциальной порозности.

Органическое вещество и гранулометрическая система почвы

В монографии обобщены данные по проблеме органо-минеральных взаимодействий в почве. Показано, что распределение органического вещества в почве по разным структурным фракциям является фундаментальным свойством почвы, во многом определяющим условия се формирование и функционирования, ее экологические функции, продуктивность, а также устойчивость к агрогенным воздействиям. Выявлена роль и функции разных групп органического вещества почвы в процессах почвообразования, в структурной организации почвы и устойчивого функционирования почвы и биосферы в целом, а также возможность использования характеристик пулов органического вещества для экологической оценки разных агрогенных воздействий. Подчеркивается важность исследования всего пула органического вещества почвы, включая исследование детрита, как неотъемлемой его составляющей, наряду с собственно гумусовыми веществами для понимания функций и роли всех пулов органического вещества почвы.

Помимо обобщения большого накопленного опыта, в монографии приведены многочисленные собственные экспериментальные результаты автора.

Книга рассчитана на широкий круг специалистов, интересующихся органическим веществом почвы.

Все свойства почвы, относящиеся к категории физических, можно разделить на основные и функциональные. К первой группе относятся удельный и объемный вес, пластичность, твердость, пористость, связность, спелость и липкость, а ко второй – воздушные, водные и тепловые характеристики.

Водные свойства отражают способность грунта впитывать, пропускать и удерживать влагу, поступающую в виде осадков или поливной воды, а также переносить ее из глубинных слоев в поверхностные, к растениям. Влага способна оказывать существенное влияние на химические, физические, воздушные и тепловые качества почвы. Физические характеристики грунта, находясь в тесной связи с другими его свойствами, обусловлены процессом почвообразования, который, в свою очередь, изменяется в зависимости от основных и функциональных качеств.

Объемный и удельный вес

Объемным весом почвы принято называть единицу объема сухого грунта в его природном сложении. Для определения этого параметра проводится взвешивание образца почвы, имеющего ненарушенную структуру и определенный объем.

Удельный вес – единица веса твердой массы грунта без пор. Это выражение соотношения веса твердой фазы почвы заданного объема и веса воды, имеющего такой же объем и температуру 40 °C.

Пористость

Пористостью, или скважностью, называется общий объем пор между составляющими твердой фазы почвы, который выражается в соотношении объема грунта к объему пор.

Величина пор, их сочетаемость и форма могут быть разнообразными, поскольку они образуются в результате случайного взаимодействия полидисперсных частиц. Промежутки, образующиеся между ними, обычно различаются также качеством поверхности. Их основные характеристики – форма и размер – способны изменяться с течением времени вследствие биологических, механических и физических процессов, происходящих в толще грунта. При этом одни поры могут вовсе исчезнуть, а другие – только сформироваться. Нередко в почве происходит так называемая уплотненная укладка, которая приводит к заполнению пор агрегатами, имеющими тот же диаметр.

Пластичность

Пластичность почвы – это ее способность при создании определенного влажностного уровня изменять первоначальную форму и сохранять новую, заданную. Такое качество она получает за счет формирования гидратированных уплотненных оболочек, которые образуются вокруг мелких ее частиц. Максимальными показателями пластичности обладает жирная глина, в структуру которой входят тончайшие чешуеобразные частицы, расположенные слоями – одна поверх другой.

Липкость

Липкость – такое свойство почвы, при котором она, находясь во влажном состоянии, прилипает к поверхности соприкасающихся с ней предметов. Показатели этого параметра обусловлены главным образом составом почвы и уровнем ее влажности. Липкость способна проявляться при влажности от 40 до 60% в бесструктурных грунтах и от 60 до 70% – в структурных.

При условии дальнейшего увлажнения она переходит в разряд текучести, а при высушивании материала такое свойство может быть полностью утраченным. Таким образом, можно говорить о том, что липкость – это качество почвы, которое зависит от уровня влажности в соответствующий момент времени.

Связность

Связность – термин, которым обозначено свойство почвы, выражающееся в соединении составляющих ее частиц. Для измерения данной величины используются показатели силы, которая способствует удерживанию и сцеплению частиц друг с другом. Связность зависит от когезии, адсорбции, степени увлажненности грунта и его цементирующей способности, которая, в свою очередь, обусловлена структурой и составом почвы.

Твердость

Твердостью, или плотностью, считается степень сопротивления почвы действию твердого предмета. На основании данного параметра различают почвы следующих видов:

– рыхлые (частицы грунта легко соскальзывают с поверхности воздействующего предмета);
– рыхловатые (обладает несколько меньшей сыпучестью);
– уплотненные (степень сопротивления такого грунта предмету воздействия можно назвать удовлетворительной);
– твердые (частицы грунта прилипают к поверхности действующего предмета, а стенки среза остаются плотными);
– очень твердые (не поддается разрезанию лопатой или ножом).

Структура почвенных горизонтов неоднородна. В ней даже невооруженным глазом легко можно рассмотреть различные ячейки, полости, трещины и поры. Такие составляющие грунта различаются величиной и формой. Одна из классификаций почв основана именно на форме и величине пустот и пор. Таким образом выделяют следующие виды грунтов:

– тонкопористые (диаметр пор не превышает 1 мм; являются признаком лессов и сформировавшихся из них грунтов);
– пористые (диаметр пор составляет от 1 до 3 мм; считаются признаком лессовых пород, сероземов и дерново-подзолистых грунтов);
– губчатые (диаметр пор достигает 5 мм; встречаются в подзолистых горизонтах);
– дырчатые, или ноздреватые (диаметр пор равен 5–10 мм; являются характерным признаком сероземов; образуются вследствие жизнедеятельности землероющих животных);
– ячеистые (диаметр пор составляет не более 10 мм; такие почвы, располагаются в тропических и субтропических зонах);
– трубчатые (диаметр пор превышает 10 мм; образование таких почв обусловлено жизнедеятельностью крупных землероющих животных).

По внешнему виду полости, составляющие структуру почвы того или иного вида, могут быть различными:

– щелевато-вертикальными (пустоты диаметром более 10 мм; располагаются главным образом в столбчатых горизонтах солонцеватых грунтов);
– трещиноватыми (полости имеют вид трещин величиной от 3 до 10 мм; встречаются в столбчатых и призматических почвах);
– тонкотрещиноватыми (полости размером менее 3 мм, имеют вид трещинок, направленных по вертикальным линиям).

Почвенная корка и плужная подошва

Говоря о физических качествах грунта, следует назвать также такие явления, как почвенная корка и плужная подошва. Первая часто образуется после интенсивного увлажнения на поверхности участков с глинистой и суглинистой почвой. Такая корка представляет собой заплывшую прослойку пахотного среза грунта, испещренную вертикально располагающимися трещинами. Она способствует выходу значительного количества влаги из пахотного слоя грунта, что приводит к снижению показателей всхожести высеянных растений, замедлению их роста и развития. В целом, почвенная корка снижает урожайность культур.

Плужная, или пахотная, подошва – это участок, который формируется на уровне подпахотного горизонта на глинистых и суглинистых грунтах. Данное явление также отрицательно влияет на показатели урожайности выращиваемых на подобных участках культур. Для устранения плужной подошвы рекомендуется изменять глубину копки или вспашки, а также проводить мероприятия по гипсованию щелочных почв либо известкованию – кислых.

Водные качества

Воду можно отнести к группе главных факторов, которые оказывают существенное влияние на характер формирования почв. Кроме того, достаточный уровень влажности является важным условием их плодородия. Особое значение вода приобретает как составляющая мелиоративных мероприятий.

Как известно, низкий уровень влажности почвы обусловливает невысокую урожайность выращиваемых на них культур. У культивируемых растений она будет удовлетворительной только при условии, если удастся добиться баланса между содержанием в грунте воды и питательных компонентов, а также создать благоприятный для них температурный и воздушный режим.

Уровень влажности почвы зависит не только от климатических условий того или иного района. В значительной степени он обусловлен также таким качеством грунта, как влагоудерживающая способность. Добиться достаточно высоких показателей качества почвы можно, используя различные методы ее окультуривания. Важным считается насыщение ее не только минеральными и органическими вещества, но и влагой. Для этого следует улучшить такие параметры грунта, как влажность, влагоемкость и водопроницаемость.

Влажность

Уровень влажности в почве может изменяться в пределах от переувлажнения до полного иссушения. Под данным термином следует понимать определенное количество воды, которое отмечается в толще грунта в данный момент времени. Выражается уровень влажности в процентах относительно сухого почвенного комка.

В том случае, если известна степень влажности почвы, установить объем запаса влаги не составит труда. Известно, что на одном участке грунт может иметь разный уровень влажности, что зависит от глубины залегания почвенного слоя. Кроме того, данный показатель обусловлен водонепроницаемостью, капиллярностью, влагоемкостью и прочими факторами, оказывающими влияние на увлажненность.

Регулировать уровень влажности почвы можно с помощью специальных агротехнических методов. При их использовании следует обязательно учитывать скорость изменения степени увлажненности грунта, которая варьируется при переходе от одного слоя к другому.

Существуют также понятия абсолютной и относительной влажности грунта. В первом случае подразумевается количество влаги в почве на том или ином участке в конкретный момент времени. Оно выражается в процентах от объема или веса грунта. А относительная влажность – это показатель увлажненности, зависящий от пористости почвы.

Влагоемкость

Влагоемкость, или влагоудержание, – это свойство грунта, проявляющееся в способности сохранять и поглощать максимальный объем влаги. Данный параметр обусловлен уровнем влажности, температурой почвы, ее структурой, составом и качеством окультуренности. При этом влагоемкость и температура грунта и среды находятся в обратной зависимости. Чем выше последняя, тем ниже уровень влагоемкости. Исключением являются лишь богатые перегноем грунты.

Показатели влагоемкости грунтов, находящихся на разных уровнях, различны. Существует несколько видов влагоемкости:

– максимальная (адсорбционная);
– полная;
– капиллярная;
– минимальная полевая;
– предельная полевая.

Все они преобразовываются в зависимости от характера развития почвенного слоя в естественных условиях и особенностей проводимых мероприятий по его окультуриванию. Было замечено, что однократно выполненное рыхление грунта способно значительно повысить его водные характеристики.

Улучшению водных свойств способствует также обогащение почвы органическими и минеральными удобрениями (торф, навоз, компост), которые отличаются высокими качествами влагоемкости. Кроме того, в этих же целях нередко применяются влагоудерживающие вещества, характеризующиеся высокой степенью пористости. К ним относятся керамзит, перлит и вермикулит.

Теплоемкость

Помимо естественной тепловой энергии, исходящей от солнца, почва получает тепло, источником которого являются вещества, вступающие в физико-химическую, экзотермическую или биохимическую реакцию. Однако это не вызывают изменения температурного уровня грунта.

Как известно, в летний зной происходит значительное повышение температуры предварительно увлажненной почвы. При этом образуется тепловая энергия, получившая наименование «теплота смачивания». Особенно ярко подобное явление выражено на участках с почвой, содержащей большое количество минеральных и органических компонентов.

Незначительному повышению температуры может способствовать так называемая внутренняя теплота планеты. Кроме того, существует такое явление, как скрытая теплота. Она образуется вследствие процессов конденсации, замерзания и кристаллизации воды.

Все почвы условно можно разделить на две группы – теплые и холодные. Величина температурного параметра зависит от ряда факторов, наиболее значимыми среди которых являются состав грунта, количество содержащегося в нем перегноя и уровень влажности. Причем чем выше последний параметр, тем ниже показатели теплоемкости песчаных почв и тем выше – глинистых и торфяных, которые считаются холодными.

Создание оптимальной температуры почвы является одним из главных условий успешного выращивания растительных культур. Температурный режим в толще грунта может быть как положительным (при этом в почве сохраняется больше тепловой энергии, чем выходит), так и отрицательным (отдается больше тепловой энергии, чем удерживается). В настоящее время разработаны способы суточного, сезонного, годичного и даже многолетнего регулирования температуры почвы. Среди таких методик известны не только гидромелиоративные, но и агротехнические, лесо– и агромелиоративные.

Выращивание растений на том или ином участке способствует эффективной регуляции температурного режима почвенного покрова. При этом наблюдается уменьшение годового теплооборота. Создание благоприятной для культур воздушно-тепловой среды возможно, например, при размещении посевных участков у водоемов либо на грядах и гребнях, где обычно отмечается более высокая температура, чем в низинах.

Теплопроводность

Еще одной важной характеристикой почв является их теплопроводность. Данный термин означает способность грунта проводить тепловую энергию.

Было замечено, что сухая почва отличается меньшей теплопроводностью по сравнению с увлажненной. Такое явление можно объяснить значительным тепловым контактом, происходящим между частичками почвенного комка, разделенными водной пленкой.

Плодородие

Плодородие – это способность грунта снабжать растения необходимыми для их нормального роста и развития питательными веществами, а также водой, теплом и воздухом. Такое его качество напрямую связано с характером процесса почвообразования.

Показатели плодородия почвы обусловлены рядом природных и социально-экономических факторов. Действительно, урожайность зависит не только от условий естественной среды, но также от проводимых мелиоративных и агротехнических мероприятий. Известно, например, что разницу в показателях урожайности на плодородных и неплодородных почвах можно сделать минимальной, если регулярно вносить в бедные грунты органические и минеральные удобрения. Однако следует заметить, что результат возрастает не только вследствие повышения уровня плодородия почвы за счет подкормки. Дело в том, что плодородие можно соотнести со сложной системой, состоящей из нескольких компонентов. В данном случае таковыми являются структура и состав грунта, его физические, химические и биологические качества. Степень плодородия обусловлена также мероприятиями, которые регулируют содержание в почве микроэлементов, азотистых и зольных веществ, а также позволяют оптимизировать воздушный, температурный и водный режимы.

Ученые утверждают, что все почвы являются потенциально плодородными. К факторам, оказывающим влияние на уровень скрытого плодородия, относятся наличие в грунте тех или иных питательных веществ, их количество и сформировавшиеся в данный период времени водные, воздушные, химические, физические и биологические условия. Для повышения урожайности культур и уровня плодородия необходимо учитывать и улучшать параметры всех указанных выше характеристик почвы.

Величина потенциального плодородия грунта формируется в процессе почвообразования и является выражением его состояния в конкретный момент времени. Однако нужно отметить, что не во всех случаях качество плодородия повышается одновременно с процессами природного и искусственного окультуривания. Для достижения ожидаемого результата при проведении агротехнических мероприятий следует обязательно учитывать, анализировать и прогнозировать динамику роста показателей потенциального плодородия. Это позволит активизировать скрытые возможности почвы при освоении.

Плодородие грунта относится к числу непостоянных величин, которые изменяются вместе с трансформацией условий. Его показатели зависят от методов использования почвенного горизонта, воздушного, водного и температурного режимов, характеристик культивируемых растений, состава используемых для обогащения удобрений и т. д.

Более того, плодородие – это характеристика почвы, которая не относится к категории неисчерпаемых ресурсов. При неправильном использовании грунт быстро истощается. Чтобы предотвратить это, важно своевременно проводить специальные мероприятия по его обогащению. При подготовке статьи использовалась литература: Хворостухина С.А. Как повысить плодородие почвы.



Поглотительная способность . Во всех почвах содержатся коллоидные частицы (< 0,0001 мм). Они обладают многими специфическими свойствами. Поэтому от их количества зависит плодородие почвы. Содержанием коллоидных частиц прежде всего определяется поглотительная способность почвы - способность поглощать из окружающей среды и удерживать растворимые и взмученные в воде твёрдые вещества, пары воды и газа. Коллоидные и близкие к ним частицы почвы, обладающие способностью поглощения, называют почвенными поглощающим комплексом (ППК).

Учение о поглотительной способности почв разработано русским учёным К. К. Гедройцем (1872-1932). Различают несколько видов поглощения: механическое, физическое (молекулярное), химическое, физико-химическое и биологическое.

Механическое поглощение - способность почвы задерживать при фильтрации частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, превышающее по диаметру почвенные поры. Механически задерживаются также частицы почвы, попадающие в трещины, образующиеся на поверхности почвы. Чем больше в почве тонких фракций механического состава, тем выше механическое поглощение.

Физическое поглощение (или молекулярная адсорбция) основано на способности коллоидов почвы притягивать к поверхности и удерживать на ней молекулы вещества (воды, растворов, газов, например аммиака), не изменяя их свойств.

Химическое поглощение . Вещества, входящие в почвенный раствор и твёрдую фазу почвы, вступают в химическое взаимодействие с находящимися в почве солями с образованием слаборастворимых или нерастворимых в воде соединений.

Физико-химическое поглощение , или обменная адсорбция (обменная поглотительная способность). Она основана на способности почвенных коллоидов поглощать из почвенного раствора и удерживать на поверхности катионы в обмен на другие катионы в ППК.

Энергия поглощения разных катионов зависит от их валентности и атомной массы: чем выше валентность, а в пределах одной валентности чем выше атомная масса, тем выше и энергия поглощения. Исключением является водород (Н). В порядке возрастающей энергии поглощения катионы располагаются в следующей последовательности:

Na < NH < K < Mg < H < Ca < Al < Fe

Количество катионов, которое способна поглотить почва, называется ёмкостью катионного поглощения, или ёмкостью обмена и выражается в миллиграмм-эквивалентах (мг-экв.) на 100 г почвы. Величина ёмкости поглощения (Т) у разных почв неодинакова и зависит от наличия минеральных и органических коллоидов почвы. Так, у супесчаных почв она составляет всего 5-10 мг-экв., у суглинистых малогумусных - 15-20, а у суглинистых чернозёмов - 40-50 мг-экв. и выше.

Чем больше в ночве глинистых частиц и гумуса, тем больше емкость поглощения.

Очень большое значение для плодородия почв имеет и состав поглощенных оснований. В нем могут быть кальций, магний, во­дород, калий, натрии, аммоний, железо и алюминий. Двухвалент­ные катионы (Са^, Mg^+) хорошо коагулируют коллоиды, способствуют 1от_(х)1)1^ом^1ию_с11^"кту11ь1, создают нр.йтря.цБную или близкую к ней реакцию почвы. В агрономическом отношении это наиболее ценные катионы.

Одновалентные катионы (К+, _Ма+) диспергир_уют_. цочведные коллоиды, разрушают лочвр"нные. яг.рега_ц)и-.-а_с_ними и структуру, при большом количестве вызывают щелочную реакцию. .

Поглощенный водород разрушает почвенные коллоттТГы и под­кисляет почву. Подкисляющее действие может оказывать на поч­ву II алюминий. Будучи вытесненным:.; из поглощенного состояния, îí в почвенном растворе переходит в соединение АlСlз, которое!! результате взаимодействия с водой образует соляную кис­лоту.

В зависимости от наличия в поглощенном состоянии, с одной стороны, водорода (II) и алюминия (Аl), а с другой-двухва­лентных катионов (Са и Mg) различают почвы, насыщенные. осно­ваниями и не насыщенные ими. К первым относятся ночвы, в по­глощающем комплексе которых; ".находятся

только катионы каль­ция, магния, калия и отсутствует водород; ко вторым - почвы, в поглощающий комплекс которых наряду с другими катионами входят водород, алюминий. Насыщены основаниями черноземы, каштановые почвы, сероземы, а не насыщены дерново-подзолистые почвы, красноземы, болотные. Почвами с высокой насыщенностью натрием являются солонцы. Они бесструктурны, расплываются от дождя, а при высыхании сплываются в плотную массу.

Для характеристики агрохимических свойств почвы важное зпачепне имеет сумма поглощенных оснований (S). При ее опре­делении учитывают количество содержащихся в.поглощенном состоянии катионов.. (в подзолистых почвах Са, Mg), за исключением! водорода. Этo количество выражают также в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. У разных почв оно колеблется от 2 до 50 мг-экв. и выше. Например, на легких дерново-подзолисты.х почвах S может быть всего 2-5 мг-экв., на легкосуглиннстых- 5-10, на тяжелых суглинках-15--20, на лесостепных почвах и чернозема":-от 20 до 50 мг-экв. Чем больше S. тем агрономиче­ски ценнее ночва.

С суммой поглощенных оснований связано вычислен не степе­ни насыщенности почвы основаниями (V). Она показывает, какую часть от емкости поглощения почвы занимают поглощенные ос­нования, выражается в процентах от общей емкости поглощения, включающей содержание ионов водорода (Н), и вычисляется по формуле:

Считается, что если насыщенность основаниями меньше 75%, то такую почву надо известковать.

Биологическое поглощение. Этот вид поглощения в почве осуществляется жизнедеятельностью растений и микроорга­низмов. Одной из важных особенностей биологического поглоще­ния является избирательная способность микроорганизмов и ра­стений, проявляющаяся в том, что они берут из почвы преиму­щественно те вещества, которые им необходимы для построения своего тела, для жизни.

Реакция почвы. Формы кислотности. С насыщенностью почвы различными катионами непосредственно связана реакция почвен­ной среды.

Почвы, насыщенные Са, Mg (черноземы), имеют нейтральную или слабокислую реакцию, благоприятную для большинства сель­скохозяйственных культур. Почвы, не насыщенные основаниями, характеризуются кислой реакцией. Таковы почвы дерново-подзо­листые. Высокая кислотность их может быть вредной для многих сельскохозяйственных культур.

Кислотность почвы. В почвах, не насыщенных" основа­ниями, различают две формы кислотности: актуальную и потен­циальную.

Актуальная кислотность обусловлена ионом водорода, находя­щимся в почвенном растворе. Обычно она наблюдается при нали­чии в почве растворимых органических кислот, углекислого газа или таких соединений алюминия и железа, которые, взаимодей­ствуя с водой, образуют кислоту.

Реакция почвенного раствора (водной вытяжки из почвы) вы­ражается величиной рН, характеризующей в нем концентрацию водородных ионов. Сама величина рН представляет собой отри­цательный логарифм концентрации водородных ионов. Чем ниже рН, тем выше кислотность почвы. рН сильнокислых почв 4,0- 4,5; нейтральных 7,0; сильнощелочных 8,0-9,0 *.

Потенциальную кислотность обнаруживают при обработке почвы растворами различных солей, вызывающими вытеснение ионов водорода и алюминия из поглощенного состояния.

Принято различать две формы потенциальной кислотности: обменную и гидролитическую. Обменная кислотность появляется при обработке почвы 1 н. раствором нейтральной соли, например КСl. В этом случае из почвы вытесняются водородные ноны (Н+).

* Для установления реакции почвы все же редко пользуются определением рН почвенного раствора. Чаще устанавливают кислотность в солевых вытяжках из почвы.

Обменную кислотность выражают, как и актуальную, знаком рН, но обязательно указывают «рН солевой вытяжки» (или рН в КСl). Величина рН солевой вытяжки для разных почв следующая:

очень сильнокислые.......... < 4,0

сильнокислые........... 4,1-4,5

среднекислые. ........... 4,6-5,0

слабокислые. .......... 5,1-5,5

близкие к нейтральным........... 5,6-6,0

нейтральные. .......... 6,0

щелочные.......... 7-8

Точнее выражать обменную кислотность почв в миллиграмм-эквивалентах (мг-экв.) водорода и алюминия (в сумме) на 100 г почвы.

Гидролитическая кислотность обнаруживается при обработ­ке почвы гидролитически щелочной солью (солью сильного осно­вания и слабой кислоты). Чаще всего для ее определения пользу­ются 1 н. раствором уксуснокислого натрия (CHsCOONa).

Величина этой формы кислотности характеризует способность почвы связывать основания из растворов гидролитически щелоч­ных солей. Гидролитическую кислотность выражают в милли­грамм-эквивалентах на 100 г почвы.

Гидролитическая кислотность, как правило, больше обменной и включает в себя обменную и актуальную кислотность, а обмен­ная, в свою очередь, включает в себя актуальную кислотность. Гидролитическая кислотность зависит от типа почвы, абсолютная величина ее бывает от 2 до 8-10 и даже до 15 мг-экв. на 100 г почвы.

Наиболее опасна для растений обменная кислотность. В практике определением рН почвенного раствора широко обосновыва­ют применение известкования и установление дозы извести.

Снизить почвенную кислотность можно не только известкованием, но и другими способами, например длительным обильным унавоживанием одним из приемов окультуривания почвы.

Щелочность почвы . Щелочная реакция почвенного раствора появляется при взаимодействии поглощенного натрия с поч­венным раствором, в котором находится углекислота или Са(НСОз)2. Щелочность различают также актуальную и потенци­альную. Первая обусловлена наличием в почвенном растворе гид­ролитически щелочной соли.

В зависимости от содержания обменного натрия (в % от суммы поглощенных оснований) различают:

солонцы. ............. 20

солонцеватые почвы......... 10-20

слабосолонцеватые почвы......... 5-10

Почвы, в которых обменного натрия больше 10%, нуждаются в гипсовании и других приемах улучшения.

Буферность почвы- это способность почвы противостоять резкому изменению ее реакции. Буферность зависит от емкости поглощения, состава почвенных коллоидов и наличия в почвенном растворе буферных смесей, например бикарбонатов кальция. Буферность очень ценное свойство почвы.

Песчаные малогумусные почвы имеют очень небольшую буферность, в них легко смещается реакция, например, при внесесении кислых или щелочнных форм минеральных удобрений. Богатые перегноем суглинистые почвы с высокой степенью насыщенности основаниями обладают высокой буферностью: хорошо противо­стоят влиянию внешних факторов, изменяющих реакцию почвы.

Поглотительная способность почвы, насыщенность основания-ми, кислотность, щелочность играют очень большую роль для аг­рономической оценки почв и устанавливаются при почвенных об­следованиях. Соответствующие показатели (рН, S, Н обм, Н гидр. Т, У) приводятся в характеристиках почв и служат обоснованием äëÿ тех или иных приёмов их улучшения.

Структура почвы. Частицы почвы могут склеиваться между со­бой, образовывать структурные комочки - агрегаты, не размывае­мые водой. Почва с большим количеством агрегатов называется структурной. Бесструктурными почвами называются такие, в ко­торых отдельные механические элементы (песок, пыль) не связа­ны между собой. Свойство почвы образовывать структурные агре­гаты называются структурностью.

В агрономическом отношении наиболее ценна мелкокомковатая и зернистая структура пахотного горизонта с размерами ко­мочков от 1 до 5 мм. Очень важное качество почвенной структу­ры - ее водопрочность, т. е. неразмываемость агрегатов водой.

В структурной почве создается и поддерживается лучший воз­душно-водный режим, а следовательно, и микробиологическая деятельность, и питательный режим. Структурную почву легче обрабатывать.

Однако нельзя переоценивать значение структуры почвы. Известно, например, что песчаные почвы бесструктурны, но при достаточном увлажнении и удобрении могут давать очень высокие урожаи.

Физические и физико-механические свойства. К физическим свойствам почвы относятся плотность, плотность твердой фазы почвы, скважность, а также водные, воздушные и тепловые свойства.

Плотность почвы - масса единицы объема (1 см куб) сухой почвы в ее естественном состоянии. Плотность пахотного слоя грубозернистой песчаной почвы 1,8; подзолистой суглинистой 1,2; типичного чернозема 1,0. Исходя из плотности почвы, вычисляют массу пахотного слоя на 1 га. Для подзолистых суглинков он бу­дет 2,5-3 тыс. т (при глубине 20 см).

Величина плотности определяется плотностью твердой фазы почвы и зависит от ее зональных особенностей.

Плотность твердой фазы почвы - отношение массы твердой фазы (почвенных частиц) к массе того же объема воды при 4° С. Наибольшую плотность твердой фазы имеет минераль­ная почва, например песчаная с высоким содержанием кварца (2,65), у перегноя и торфа 1,6, поэтому почвы с большим количе­ством гумуса отличаются меньшей плотностью твердой фазы (так у мощного чернозема она 2,37).

Пористость, или скважность . Почва состоит из твердой фазы (почвенных комочков) и промежутков между ними, или пор. Общий объем пор в процентах по отношению ко всему объ­ему почвы называется пористостью, или скважностью, почвы. По­ры могут быть заняты водой или воздухом. Наиболее благоприя­тен в агрономическом отношении такой объем, при котором поры почвы заняты водой примерно наполовину.

Скважность различают капиллярную (объем промежутков капиллярного сечения), некапиллярную (промежутки более широ­кие, чем капилляры) и общую. Последняя в пахотном слое состав­ляет около 50%.

Физико-механические свойства почвы: связность, пластичность, .липкость, набухание и усадка имеют значение при механической обработке, так как от них зависит удельное сопротивление почвы орудиям обработки.

Для агрономической характеристики состояния почвы приме­няется термин спелость почвы. Под спелостью почвы понимают ее пригодность для механической обработки. Она зависит от состояния влажности, связности, пластичности, липкости.

Спелая почва легко обрабатывается орудиями, не прилипает к ним, не мажется, не образует глыб, а крошится при обработ­ке на мелкие комки.

Неблагоприятное сочетание перечисленных физических свойств почвы может привести к образованию почвенной корки, ухудшаю­щей условия жизни растений.

В результате систематического уплотнения почвы плугом при вспашке на одну и ту же глубину в верхней части подпахотного слоя образуется плотная прослойка почвы, так называемая плужная подошва. Для предупреждения ее возникновения следует па­хать поля на разную глубину и в разных направлениях.

Водные свойства и водный режим почв. Вода может находить­ся в почве в разных состояниях и в зависимости от этого имеет неодинаковое значение для питания растений. Различают следую­щие главные формы воды в почве.

Гравитационная вода занимает в почве крупные поры (некапиллярные), передвигается сверху вниз под собственно^ тяжестью. Это самая доступная для растений вода. Однако если она заполняет все поры, то наступает переувлажнение почвы. На песчаных почвах гравитационная вода легко уходит вглубь, в зону, недоступную для корней.

Капиллярная вода занимает капилляры почвы. По ним она продвигается от более влажного слоя к более сухому. По ме­ре испарения воды с поверхности почвы такой восходящий ток ее может иссушить почвы. Капиллярная вода вполне доступна растениям.

Гигроскопическая вода находится в почве в виде мо­лекул в поглощенном состоянии, удерживается поверхностью поч­венных частиц, почти недоступна растениям, передвигается между частицами почвы в форме пара.

Названные формы воды не являются постоянными. Вода может из одной категории переходить в другую. При переувлажнении почвы все промежутки между ее частицами заняты водой. При подсыхании почвы расходуется в первую очередь свободная (не­капиллярная) вода, а затем капиллярная. Если запасы капиллярной и некапиллярной воды исчерпаны, то растения уже почти не могут получать ее из почвы через корневую систему, так как в почве остается только вода, малодоступная растениям. Степень увлажнения почвы, при которой растения начинают завядать, от недостатка влаги, называется влажностью завядания (ÂÇ). Влажность завядания равна обычно двойной максимальной гигроскопичности на песчаных почвах она ниже 1% на супесчаных" 1-3, на суглинистых 4-10, а на глинистых 15% и выше.

Количество воды, которую почва прочно удерживает, а растения не могут использовать, составляет мертвый запас воды. обыч­но равный полуторной максимальной гигроскопичности.

В глинистых почвах, водоудерживающая способность которых очень велика, мертвый запас влаги составляет 10-15% массы почвы, а в песчаных почвах- меньше 1 %. Это значит, что при оди­наковой влажности (допустим, 20%) глинистая и песчаная почвы имеют разное количество доступной растениям воды: глинистая 5-10%, песчаная 19%.

Воду, которая содержится в почве сверхвлажности завядания (некоторые считают сверх мертвого запаса), т.е. больше двойной максимальной гигроскопичности, называют продуктивной (или доступной) влагой. Процент продуктивной влаги в почве равен приблизительно влажности почвы, выраженной в процентах, за вычетом двойной максимальной гигроскопичности.

Однако более точно количество продуктивной влаги исчислять в весовых единицах Каждый миллиметр осадков соответствует 10 т воды на 1 га.

Запас продуктивной влаги (W) вычисляют с учетом мощности и плотности каждого слоя почвы по формуле: W = 0,1 П h (B - BЗ),

где 0,1-коэффициент перевода в миллиметры водяного слоя; /7 -плотность почвы (в r на 1 см куб); h - мощность слоя почвы, для которого рассчитывается запас влаги (в см); В- влажность почвы и ВЗ- влажность завядания (в % от абсолютно сухой почвы).

Почва способна впитывать и удерживать воду, а затем отдавать ее растениям. Для получения высокого урожая необходимо, чтобы в почве всегда содержалось нужное растениям количество воды. Зерновые культуры расходуют на создание урожая 2-3 тыс. т воды на 1 га, а другие растения и больше.

В почву вода попадает прежде всего с осадками, а также из атмосферы в виде водяных паров. Наибольшее количество воды, которое может удержать (вместить) почва при заполнении всех пор, называется общей, или полной, влагоемкостью (ПВ), Она зависит от механического состава почвы, содержания в ней перегноя и от общей пористости. Например, глинистые почвы отличаются высокой влагоемкостью (60-80 г воды на 100 г почвы), а песча­ные-низкой (15-25 г). Особенно велика она в торфяных почвах. При полном насыщении торфа масса ее в несколько раз превышает массу воздушно-сухого торфа. Наиболее благоприятный для ра­стений водный режим создается в минеральных почвах при насы­щении их водой на 60-80% полной влагоемкости.

Отличают еще полевую влагоемкость. Величина полевой влагоемкости (в % массы сухой почвы) песчаных почв 3-5, супесча­ных 10-12, суглинистых и глинистых 13-22. В гумусовом горизонте чернозема она может быть 40-45%. Влажность почвы бо­лее высокую считают избыточной.

Способность почвы пропускать через себя воду носит название водопроницаемости. При плохой водопроницаемости вода осадков стекает по поверхности почвы. В то же время при очень высокой во­допроницаемости, какой, например, обладают песчаные почвы, осадки очень быстро проникают через почву и не используются растениями. Наиболее благоприятны условия для водопроницае­мости в структурных почвах.

Водный режим почвы зависит прежде всего от количества вы­падающих атмосферных осадков и от величины расхода влаги на испарение и транспирацию. Соотношение этих величин и опреде­ляет тип водного режима почвы. Он может быть промывным (от­ношение осадков к испарению больше единицы), переходным (это отношение около единицы) и непромывным (осадков меньше, чем величина испарения). Промывной тип преобладает в лесолу­говой зоне, непромывной - в степной зоне, а переходный - в ле­состепи. При близком расположении грунтовых вод возникает еще выпотной тип водного режима, а при высоком уровне грунтовых вод - застойный тип.

Воздушные и тепловые свойства почвы. В почве содержится воздух, состав которого отличается от атмосферного большим ко­личеством углекислого газа, меньшим количеством кислорода. При недостатке воздуха в почве замедляется прорастание семян, ненормально развивается корневая система, подавляется микро­биологическая деятельность.

Важно, чтобы непрерывно шел интенсивный обмен воздуха ме­жду почвой и атмосферой (аэрация), чтобы воздух, более бога­тый кислородом, поступал в почву, а бедный кислородом удалялся из нее.

Различные почвы имеют неодинаковые тепловые свойства. Поч­вы темноцветные быстрее прогреваются солнцем, чем светлоокрашенные. Почвы с меньшим содержанием воды скорее прогревают­ся весной, переувлажненные почвы медленно прогреваются и охлаждаются.

В практике земледелия имеет значение теплопроводность почв. Почвы, бедные органическим веществом, отличаются высокой теплопроводностью, а почвы с большим содержанием его, например торфяные, - низкой.