Реакция почвенного раствора
Смотреть что такое «Реакция почвенного раствора» в других словарях:
типы почв — Природные зоны, сменяющие друг друга от полюсов к экватору, различаются по типам почв. Полярная зона (зона арктических пустынь). Арктическая суша – это острова и узкие участки материковых побережий Азии и Северной Америки. Арктическая зона… … Географическая энциклопедия
Кислотность почвы — 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 К. п. отрицательно влияет на развитие растений и … Большая советская энциклопедия
кислотность почвы — кислотность почвы, свойство почвы, обусловленное содержанием ионов; водорода (H ионов) в почвенном растворе, а также обменных ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе. При неполной нейтрализации придаёт почве кислую реакцию.… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь
Солончаки — Соляные насыпи на солонч … Википедия
Солончак — Соляные насыпи на солончаке Уюни, Боливия Солончак почва, характеризующаяся наличием в верхних горизонтах легкорастворимых солей в количествах, препятствующих развитию большинства растений, за исключением галофитов (солерос, солянка, сведа,… … Википедия
Кила — крестоцветных, болезнь корней растений семейства крестоцветных, вызываемая грибом Plasmodiophora brassicae. Наиболее часто поражает капусту. На корнях образуются наросты и вздутия (опухоли), впоследствии загнивающие и разрушающиеся;… … Большая советская энциклопедия
Лесные зоны умеренных поясов — природные зоны материков Северного и Южного полушарий, характеризующиеся распространением лесной растительности преимущественно из хвойных и листопадных видов и преобладанием подзолистого и буроземного типов почвообразования. В рельефе… … Большая советская энциклопедия
ГОСТ 27593-88: Почвы. Термины и определения — Терминология ГОСТ 27593 88: Почвы. Термины и определения оригинал документа: 72. Абсолютно сухая проба почвы Проба почвы, высушенная до постоянной массы при температуре 105 °С Определения термина из разных документов: Абсолютно сухая проба почвы… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Пшеница — (Wheat) Пшеница это широко распространенная зерновая культура Понятие, классификация, ценность и питательные свойства сортов пшеницы Содержание >>>>>>>>>>>>>>> … Энциклопедия инвестора
Вода — С древнейших времен стали понимать великое значение воды не только для людей и всяких животных и растительных организмов, но и для всей жизни Земли. Некоторые из первых греческих философов ставили воду даже во главе понимания вещей в природе, и… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Почвенный раствор | Реакция почвенного раствора
Непосредственным источником минерального корневого (почвенного) питания растений служат почвенные растворы. Поэтому человек, воздействуя на почву в процессе сельскохозяйственного производства, регулирует состав почвенного раствора, чтобы сделать его оптимальным для выращиваемых растений.
Минеральные, органические и органоминеральные вещества, входящие в состав жидкой фазы почвы, могут иметь форму истинно растворенных или коллоидно-растворимых соединений.
Железо, алюминий и многие микроэлементы (Си, Со, Ni и др.) в почвенных растворах содержатся преимущественно в форме комплексных органоминеральных соединений, где органическая часть представлена гумусовыми кислотами, полифенолами и другими органическими веществами.
Концентрация почвенных растворов обычно невысока и колеблется в разных почвах от десятков миллиграммов до нескольких граммов вещества на 1 литр раствора. В засоленных почвах содержание растворенных веществ может достигать нескольких десятков или даже сотен граммов в 1 литре.
В почвенном растворе находятся свободные кислоты и основания, что определяет его реакцию — кислотность, или напротив, щелочность.
Реакция почвенного раствора
Реакция почвенного раствора определяется концентрацией свободных водородных (Н + ) и гидроксильных (ОН — ) ионов и измеряется водородным показателем рН — отрицательным логарифмом концентрации ионов водорода.
Кислотно-основные свойства почвы — это одна из важных характеристик ее плодородия. В природе распространение кислых почв связано с определенными условиями почвообразования. В одних случаях этот процесс приводит к потере оснований (Са, Мg) и подкислению почвы (подзолистый процесс), в других — к обогащению почв основаниями (дерновый процесс).
Растительность также оказывает влияние на почвенную реакцию. Хвойные леса и мох сфагнум способствуют усилению кислотности благодаря кислым свойствам их растительных остатков. Напротив, лиственные леса и травянистая растительность лугов благоприятствуют накоплению оснований и поэтому почву не подкисляют.
Сельскохозяйственная деятельность человека вызывает изменение почвенной реакции. Вынос из почвы с урожаем оснований (Сa и Мg) приводит к усилению кислотности почвы. Длительная механическая обработка почвы также может привести к ее обеднению основаниями.
Кислая реакция почв губительна для многих с/х растений и полезных микроорганизмов. Кислые почвы имеют плохие физическими характеристиками. Так как в этих почвах не хватает оснований, органические вещества в таких почвах не закрепляются, почвы обеднены питательными веществами.
Сильнощелочная реакция почвы также губительна для большей части растений. При рН около 9-10 почвы имеет большую вязкость, липкость, водонепроницаемость.
Химические реакции и процессы в почвах
Химические реакции и процессы в почвах
В формировании химических свойств почв окислительно-восстановительные процессы занимают одно из ведущих мест. Важнейшими факторами, определяющими окислительно-восстановительное состояние почвенных горизонтов, является кислород почвенного воздуха и почвенных растворов, окисные и закисные соединения железа, марганца, азота, серы, органическое вещество, микроорганизмы.
Реакции окисления и восстановления всегда протекают одновременно. Окисление одного вещества, участвующего в реакции, сопровождается восстановлением другого вещества.
Под окислительно-восстановительными процессами понимается процессы, в которые в качестве возможной стадии входит переход электронов от одной частицы вещества к другой. Окисление является реакцией, при которой происходит присоединение кислорода к веществу или потеря веществом водорода или электронов. Восстановление – это потеря веществом кислорода, присоединение к веществу водорода или электронов.
Способность почвы вступать в окислительно-восстановительные реакции измеряется с помощью окислительно-восстановительного потенциала (ОВП).
Окислительно-восстановительный потенциал по отношению к водороду называют Eh. Эта величина зависит от концентрации и соотношения окислителей и восстановителей, образующихся в процессе почвообразования. Благодаря существованию в почвенных горизонтах определенных окислительно-восстановительных систем, можно определить разность потенциалов (Eh) в милливольтах при помощи пары электродов, погруженных в почву. Величины Eh в различных типах почв и почвенных горизонтах изменяются в пределах 100-800 мв, иногда имеет и отрицательные значения. Величина Eh существенно зависят от кислотно-щелочных условий среды, растительности и микроорганизмов.
В почвенных условиях значительная часть участвующих в окислительно-восстановительных реакциях компонентов представлена твердыми фазами. В реакциях с участием твердых фаз почва будет проявлять высокую буферность до тех пор, пока эти компоненты не прореагируют. Буферность – это способность почвы противостоять изменению ОВП при любых внешних воздействиях. Это понятие характеризует устойчивость окислительно-восстановительных систем почвы в природных динамических условиях и ее можно назвать динамической буферностью. В природной обстановке с малыми скоростями реагируют гумусовые вещества, минералы гидроокислов железа.
Различают обратимые и необратимые окислительно-восстановительные системы. Обратимыми являются такие системы, которые в процессе изменения окислительно-восстановительного режима не меняют суммарный запас компонентов. Необратимые системы в процессе изменения окислительно-восстановительного режима утрачивают часть веществ. Эти вещества переходят в газообразное состояние или выпадают в осадок. Как правило, в почвах преобладают необратимые системы.
К обратимым окислительно-восстановительные системам относятся:
Система Fe3+ ⇆Fe2+. Эта система занимает особое место среди обра-тимых систем. Она чутко реагирует на малейшие изменения окислительно-восстановительной обстановки. Растворимость соединений трехвалентного железа крайне низкая. Миграция соединений железа возможна главным образом в форме соединений двухвалентного железа в условиях повышенной кислотности и пониженного Eh.
Система Mn2+ ⇆ Mn4+. Данная система является крайне чуткой к измене-нию ОВП. Соединения четырехвалентного марганца нерастворимы в условиях, характерных для почвенных горизонтов. Обменный марганец двухвалентен. Концентрация ионов двухвалентного марганца при повышении кислотности и понижении Eh возрастает в десятки тысяч раз. Миграция соединений марганца в ходе почвообразовательных процессов в вертикальном и горизонтальном направлениях сходна с миграцией соединений железа.
К необратимым окислительно-восстановительным системам относятся:
Система NO3 → NO2 → NО → N. Процесс нитрификации и накопления нитратов происходит в условиях окислительного режима и при высоких Eh 400-500 мв. Увлажнение почвы снижает Eh и способствует развитию процессов денитрификации.
Система сульфаты ⇆ сульфиды. Данная окислительно-восстановительная система играет большую роль во всех почвах, где присутствуют сернокислые соли. При участии микроорганизмов система сульфаты – сульфиды в присутствии органического вещества и недостатке кислорода сдвигается в сторону сульфидов. Происходит процесс восстановления сульфатов до сернистых металлов:
Na2SO4 + 2C = Na2S + CO2↑
Под действием присутствующей в почве углекислоты сернистые металлы легко разлагаются и образуют бикарбонаты и карбонаты щелочных и щелочно-земельных металлов. При этом происходит процесс восстановления сульфатов:
Na2S + H2CO3 = Na2CO3 + H2S↑
Однако в почвенном растворе содержание элементов с переменной валентностью достаточно мало. Поэтому почвенный раствор обладает невысокими ОВ-емкостью и буферностью, а величина Eh неустойчива.
Более существенное влияние на ОВ-процессы в почвах оказывает раство-ренный в почвенном растворе кислород, почвенная микрофлора и вода.
Почти все почвенные реакции происходят в водной среде, а сама вода мо-жет выступать и в качестве окислителя, и в качестве восстановителя.
По особенностям протекания окислительно-восстановительных процессов выделяется три ряда почв: 1) автоморфные почвы с преобладанием окислительной среды, 2) почвы с восстановительной глеевой обстановкой, 3) почвы с восстановительной сероводородной обстановкой.
С ОВ-процессами тесно связаны превращения растительных остатков, на-копление и состав образующихся органических веществ, и как следствие, формирование профиля почвы.
Почвенные растворы
Почвенные растворы — это жидкая фаза почв, которую упрощенно называют почвенной водой. Процессы почвообразования, выветривания минералов и горных пород, жизнедеятельность растений и почвенных микроорганизмов неразрывно связаны с почвенными растворами.
Почвенные растворы — один из основных источников питания растений. Поэтому важно знать их концентрацию, состав и изменения в динамике.
Формирование почвенных растворов
Источниками почвенных растворов являются атмосферные осадки, вода водоносных горизонтов и конденсационная влага.
В конденсационной воде содержится некоторое количество растворенных газов, в воде, поднимающейся по капиллярам от водоносных горизонтов, также катионы и анионы растворенных солей, а в атмосферной воде, кроме того, частицы пыли и ила.
Дополнительным источником почвенной воды являются поливные воды с растворенными в них минеральными компонентами и взвесями механических элементов.
Попадая в почву, вода изменяет свой состав, взаимодействуя с твердой, газовой и жидкой фазами почв. Устанавливается равновесное состояние состава растворов, характерное для каждого типа почв.
Концентрация, состав и свойства почвенных растворов характеризуются динамичностью, так как изменяется их сезонное взаимодействие с твердой, газовой и жидкой фазами почв, а также в связи с колебаниями влажности почв.
Методы выделения почвенных растворов
Для изучения почвенных растворов их выделяют отпрессовыванием под давлением, центрифугированием (если почвы переувлажненные) и замещением (вытеснением) другой жидкостью.
Использование для анализов водных вытяжек из почвы и лизиметрических вод не дает истинного представления о составе и свойствах почвенных растворов.
При приготовлении водных вытяжек происходит высокое разбавление твердой фазы между жидкой и твердой фазами.
Лизиметрические же воды являются разбавленными почвенными растворами, так как образуются при просачивании талых и дождевых вод в основном через трещины и крупные поры почв в периоды их переувлажнения.
Лизиметрические воды собирают в специальные приемники. Тем не менее анализы водных вытяжек и лизиметрических вод широко используют для характеристики солевого состава почв, интенсивности выноса из почв различных элементов и соединений в грунтовые воды.
Концентрация, состав и свойства почвенных растворов
Концентрация почвенных растворов (по сухому остатку) в незасоленных почвах разных типов колеблется от десятых долей грамма до нескольких граммов на литр, а в засоленных почвах — от десятков до сотен граммов на литр.
Концентрация почвенных растворов неодинакова в разных генетических горизонтах, а также в зависимости от сезона года, при неполивном и поливном земледелии.
В почвенных растворах содержатся минеральные, органические и органо-минеральные вещества в ионной, молекулярной и коллоидной формах, а также растворенные газы — кислород, диоксид углерода и др.
Железо, алюминий и многие микроэлементы находятся в почвенных растворах в основном в виде устойчивых комплексов с органическими веществами.
В почвенных растворах всегда содержатся водорастворимые органические вещества различной природы (продукты разложения отмерших растительных и животных организмов, продукты их жизнедеятельности, гумусовые вещества и др.); в гидроморф-ных, полугидроморфных и солонцовых почвах их количество больше.
Коллоидно-растворимые формы веществ представлены в почвенных растворах органическими, органо-минеральными и минеральными соединениями.
Для минеральных коллоидных форм характерны золи кремниевых кислот, а также гидроксидов железа и алюминия. В таблице 34 в качестве примера приведен средний состав некоторых компонентов почвенных растворов дерново-подзолистых и дерново-карбонатной почв Среднего Предуралья.
Из таблицы 34 видно, что разные типы почв и их генетические горизонты, а также целинные и пахотные почвы одного и того же типа имеют большие различия по составу почвенных растворов.
34. Химический состав почвенных растворов (средние значения показателей* за май-октябрь 1965-1966 гг.) (Дзюин, Ковриго, 1974)
Дерново-срсднсподзолистая среднесуглинистая почва
Преобладающими в этих почвах были ионы кальция, магния, калия и гидрокарбонатные, а в пахотных почвах, кроме того, нитратные ионы.
В этом важную роль играют более высокая катионная емкость поглощения дерново-карбонатных почв, насыщенность ППК кальцием и низкая потенциальная кислотность.
Обращает на себя внимание реакция почвенных растворов кислых дерново-подзолистых почв. Она близка к нейтральной вследствие вытеснения водородными ионами почвенных растворов обменно-поглощенных катионов оснований при развитии потенциальной кислотности.
Катионы же оснований, переходя в почвенный раствор, снижают его кислотность. Следовательно, чем выше катионная емкость поглощения и степень насыщенности почв основаниями, тем благоприятнее для растений реакция почвенного раствора.
Это важно в физиологическом отношении, так как именно при реакции, близкой к нейтральной, у большинства сельскохозяйственных культур происходит нормальное усвоение корнями элементов питания (Сабинин, 1955; Журбиц-кий, 1963).
Величина окислительно-восстановительного потенциала почвенных растворов пониженная (rН2 большей частью 25-29 ед.) по сравнению с rН2 почв в целом, как трехфазных систем (Ковриго, 1982).
Это также имеет важное физиологическое значение в жизнедеятельности растений, так как величины окислительно-восстановительного потенциала их клеточного сока тоже пониженные (Сердобольский, I960).
Из таблицы 34 видно, что в целинной дерново-подзолистой почве в отличие от пахотной меньше магния, калия и особенно кальция, ниже общая концентрация растворов генетических горизонтов (исключая лесную подстилку А0).
Это связано как с более низкой их биологической активностью, так и с постоянным удалением продуктов выветривания и почвообразования из почвенного слоя в результате промывного типа водного режима.
В лесных почвах процесс нитрификации подавлен, анион NO3 – в минимальных количествах встречается только в растворах лесной подстилки.
При освоении целинных дерново-подзолистых почв под пашню в них изменились направление и активность биологических процессов, активизировались процессы нитрификации, в почвенных растворах в довольно больших количествах стал содержаться нитратный азот.
Возросло количество кальция, магния и калия, так как уменьшился вынос этих элементов в связи с изменением водного режима почв.
Влияние сельскохозяйственных культур на состав почвенных растворов
Многие изменения состава почвенных растворов под сельскохозяйственными культурами связаны с их питанием. Особенно заметные сдвиги происходят в растворах в июле — августе. В это время в растворах повышается содержание элементов питания растений и усиливается поглотительная функция корней.
Это происходит потому, что в июле — августе нитрификационные процессы в почвах достигают наивысшего уровня, повышаются фосфатазная активность почв и концентрация диоксида углерода в почвенном воздухе.
В результате этого в почвенных растворах становится больше нитратного азота, фосфора и аммонийного азота.
Наряду с этим к середине лета в почвах накапливаются кислотные продукты, следствием чего является возрастание кислотности почвенных растворов, сопровождаемое вытеснением иона кальция из ППК в раствор, и повышение обменной кислотности.
В последующий период благодаря регуляторной роли растений количество иона кальция в почвенных растворах уменьшается, а иона калия увеличивается, поэтому соотношение К + : Са 2+ расширяется (Ковриго, 1979).
От этого соотношения зависит поступление в корни питательных веществ: чем оно шире в растворах и уже в растениях, тем сильнее проявляется поглотительная функция корней и наоборот (Гунар с сотр., 1969; 1970; Петров-Спиридонов, 1970).
Изменение соотношения К + и Са 2+ в почвенных растворах наблюдается и в течение суток. К вечеру и в ночные часы оно более широкое, что приводит к более активному поступлению в это время в растения питательных элементов из почвенных растворов.
Для жизнедеятельности растений большое значение имеет также осмотическое давление почвенных растворов, которое зависит от их концентрации и степени диссоциации растворенных веществ.
Сосущая сила корней большинства сельскохозяйственных культур не превышает 100-120 МПа. Если осмотическое давление клеточного сока растений равно или ниже осмотического давления почвенных растворов, то поступление воды и питательных веществ в растения прекращается и они погибают.
Разные типы почв отличаются по осмотическому давлению почвенных растворов, так как концентрация этих растворов неодинаковая.
Растворы незасоленных почв имеют осмотическое давление обычно около 10 МПа, но оно может повышаться от избыточных доз минеральных удобрений и снижения влажности почв в засушливые периоды года, что отрицательно сказывается на развитии растений, урожае и его качестве.
Осмотическое давление почвенных растворов при уменьшении влажности почв от наименьшей влагоемкости до влажности завядания возрастает в 5-6 раз.
Наиболее высокое осмотическое давление наблюдается у засоленных почв (более 150 МПа), которое выдерживают только определенные сельскохозяйственные культуры и растения-галофиты.
Регулирование состава почвенных растворов
В земледельческой практике нет специальных агроприемов по регулированию состава и свойств почвенных растворов, но по существу их постоянно проводят. К таким мероприятиям относятся:
Контрольные вопросы и задания
Лекция 11. Реакция почвы. Плодородие почв
Концентрацию ионов водорода в растворе принято выражать условной величиной рН (отрицательный логарифм концентрации Н + ионов).
Различают две формы кислотности почв: актуальную (активную) и потенциальную (скрытую)кислотность. Последняя подразделяется, в свою очередь, наобменнуюигидролитическую.
(ППК)Н + +КС1=(ППК)К + +НС1,
в результате чего почвенный раствор подкисляется. Это – обменная потенциальная кислотность почвы, выражается рН в КС1. В почвах Беларуси обменная кислотность, как правило, на порядок выше актуальной и включает ее.
Принято следующее деление минеральных и торфяно-болотных почвреспублики Беларусь в зависимости от обменной кислотности (таблица 3.1):
Градация почв Беларуси по степени кислотности (pH в KCl)
и относительное содержание почв различной кислотности
Улучшенные сенокосы и пастбища, %
близкие к нейтральным и нейтральные
близкие к нейтральным и нейтральные
нейтральные и слабощелочные
Минеральные почвы с рН + Н + +2СН3СООNа = (ППК)Nа + Nа + +2СН3СООН.
Эта часть потенциальной кислотности получила название гидролитической. Кислотность, обнаруживаемая при обработке почвы растворомCH3COONa, включает актуальную и потенциальную кислотность – как обменную, так и собственно гидролитическую (которая не обнаруживается при обработке КС1). Гидролитическая кислотность выражается в мгэкв на 100 г почвы или, по современной системе, смоль(+)/кг, что одно и то же.
Свойства почвы характеризуются также степенью насыщенности основаниями– количеством обменно поглощенных оснований, выраженным в процентах от емкости поглощения:
где V– степень насыщенности почвы основаниями, %;
S– сумма поглощенных оснований (кроме Н и Аl);
Т – поглотительная способность всех катионов, включая ионы водорода.
Степень насыщенности основаниями показывает, какая часть общей емкости приходится на поглощенные основания и какая — на ионы водорода.Например,V= 80 % означает, что 80 % от общей емкости (Т) занимают основания и 20 % — ионы водорода.
По современным понятиям наиболее точно степень насыщенности основаниями можно определить через сумму основных катионов (Сa,Mg,K), непосредственно определенных в нейтрально-солевых вытяжках, и величину емкости катионного обмена (ЕКО). Их соотношение в процентах будет представлять собой степень насыщенности почв основаниями.
Буферная способность почв.Почвенный раствор подкисляется в результате выделения углекислоты при дыхании корней, образовании НNО3при нитрификации и от продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Реакция почвы изменяется также от удобрений. Изменение реакции разных почв под действием этих факторов неодинаково.Способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора в кислую или щелочную сторону называется буферной способностью почвы.Буферность почвы в целом зависит от буферных свойств ее твердой и жидкой частей.Буферность растворасоздается слабыми кислотами и их солями. Слабые кислоты диссоциируют не полностью, большая часть их находится в виде недиссоциированных молекул:
Если к этому раствору прибавить NaOH, то произойдет связывание ионов Н + с образованием воды и рН изменится мало. Иными словами, слабая кислота будет противодействовать подщелачиванию раствора.
Раствор слабой кислоты и ее соли будет буферным также и против подкисления:
Буферность почвенного раствора обусловливается также водорастворимыми органическими кислотами и их солями:
Чем больше общая емкость поглощения и степень насыщенности почвы основаниями, тем сильнее почва противостоит подкислению:
Чем больше ионов водорода в почве, тем сильнее она будет противостоять подщелачиванию.
На почвах с низкой буферной способностью (песчаных, супесчаных, бедных гумусом) при внесении физиологически кислых удобрений возможны резкие сдвиги реакции в кислую сторону. На таких почвах вносят также меньшие дозы извести, чем на суглинистых, так как они слабо противостоят подщелачиванию. Это нужно учитывать при внесении минеральных удобрений и извести.
Плодородиеявляется неотъемлемым свойством почвы. От него зависит жизнь растений и животных. Под плодородием в современной научной литературе принято понимать способность почвы обеспечивать рост и воспроизводство растений всеми необходимыми им условиями.
Растения для своей жизни нуждаются в воде, элементах питания, свете, тепле, кислороде, углекислом газе. Все это (кроме света) в той или иной мере дает почва.
К. Маркс в «Капитале» различал три категории плодородия почвы: естественное (природное), искусственное (эффективное) и экономическое.
Естественноеплодородие определяется свойствами природных почв, формирующихся в процессе их эволюции под влиянием природных факторов почвообразования. Естественным плодородием обладают целинные почвы.
Эффективноеплодородие свойственно почвам сельскохозяйственного использования и проявляется в виде способности поддерживать некоторый уровень урожая культурных растений. Эффективное плодородие – та часть потенциального плодородия, которая реализовывается в виде урожая растений при данных погодных и агротехнических условиях.
Экономическоеплодородие связано с разной оценкой конкретных земельных участков в зависимости от их расположения и удобства использования. Экономическое плодородие – экономическая оценка почвы в связи с ее потенциальным плодородием и экономическими характеристиками земельного участка.
Потенциальноеплодородие – суммарное плодородие почвы, определяемое ее свойствами, как естественными, так и измененными человеком.
Относительноеплодородие – плодородие почвы по отношению к определенной группе или виду растений. Плодородная для одних культур почва может быть неплодородна для других.
Воспроизводство плодородия– совокупность природных почвенных процессов и целенаправленных антропогенных воздействий для поддержания эффективного плодородия почв на уровне, приближающемся к потенциальному плодородию.
Рост и продуктивность растений зависят от плодородия почвы, но и плодородие зависит от количества поступающего органического вещества и направленности биологического круговорота. В этой связи на Земле растительные и почвенные зоны находятся в естественной связи. В природных биогеоценозах устанавливается динамическое равновесие между почвой и растительностью, почве любого плодородия находится свой вид растительности, по отношению к которому она наиболее плодородна. Болотные или лесные растения не могут расти на черноземе, например.
Плодородие почвы формируется в процессе образования самой почвы и определяется всей совокупностью свойств почвы. При этом не следует забывать, что плодородие формируется в процессе образования самой почвы и формируется всей совокупностью свойств почвы, а не только верхним ее слоем, где находится большая часть гумуса, корней, питательных веществ.
Важнейшими свойствами почв, определяющими ряд соподчиненных свойств и, в конечном счете, плодородие, являются гранулометрический состав, структурность, водно-физические свойства, тепловые свойства, содержание органического вещества, поглотительная способность почв, биологическая активность почв.
Гранулометрический составпочвы определяет тепловой, воздушный, водный и пищевой режимы. Легкие почвы прогреваются раньше тяжелых, и их называют «теплыми почвами». Они имеют хорошую водо- и воздухопроницаемость. Благодаря высокой аэрации органическое вещество в таких почвах быстро минерализуется, а гумификация ослаблена. Из-за малой влагоемкости влага не накапливается, а элементы питания активно вымываются. Их поглотительная способность и буферность низка.
Тяжелые почвы более «холодные», слабопроницаемы, значительная часть их влаги недоступна растениям. При сезонном переувлажнении возможен дефицит воздуха и развивается оглеение.
Структурностьопределяет плотность почвы, ее физические свойства и связанные с ними тепловой, водный, воздушный и пищевой режим, что в конечном счете сказывается на величине урожая. В бесструктурной почве обычно наблюдается дефицит либо воды, либо воздуха. В структурных почв вода удерживается в капиллярах, а воздух – в межагрегатных пустотах, обеспечивая постоянный газообмен с атмосферой, удаляя углекислый газ. Структурность почв обеспечивает одновременное наличие в почве и аэробных, и анаэробных микроорганизмов. Для плодородия почвы очень важны размеры структурных агрегатов, при величине агрегатов менее 0,5 мм резко падает порозность аэрации, имеется явный недостаток кислорода. Уже при величине агрегатов 1-2 мм порозность аэрации увеличивается до оптимальных 30 %, а содержание нитратов, например, увеличивается в 4 раза.
Тепловые свойства почв, то есть их способность поглощать и отражать лучистую энергию солнца, проводить и удерживать тепло, также во многом определяют рост и развитие растений. Тепловой режим почвы зависит от цвета почвы, водно-воздушных свойств, теплоемкости заполняющей ее воды или воздуха.
Органическое вещество почвсодержит основную массу азота, 80 % серы, 60 % фосфора, много других элементов питания. Эти элементы не вымываются, но постепенно могут использоваться растениями. Органическое вещество – источник энергии для микроорганизмов, мобилизующих элементы питания для растений из растительных остатков и минеральной части почвы. С количеством и качественным составом гумуса связано образование водопрочной структуры и формирование благоприятных водно-физических и технологических свойств почв. Органические коллоиды вносят существенный вклад в создание поглотительной способности почв.
Поглотительная способность почвобуславливает ряд жизненно важных для растений свойств почвы – пищевой режим, химические и физические свойства. Благодаря ей элементы питания удерживаются почвой и меньше вымываются осадками, оставаясь доступными для растений. От емкости и состава обменных катионов зависит реакция почв, дисперсность, способность к агрегированию, водопрочность. Поглощенные водород, алюминий, железо разрушительно действуют на структуру почв и поглощающий комплекс в целом, а «кальций» называют стражем плодородия.
Биологическая активностьпочвы определяется численностью, составом и активностью почвенной фауны, микроорганизмов, ферментов. Они непосредственно участвуют в трансформации недоступных растениям элементов питания, участвуют в образовании гумуса, биологически удерживают элементы питания. В биомассе отмирающих микроорганизмов, а их количество может достигать 6 т/га, содержится около 12 5 азота, 3 % фосфора, 2,2 % калия. Биологическая активность определяет фиксацию атмосферного азота и образование углекислоты для процессов фотосинтеза.
Те или иные свойства почв могут иметь положительную или отрицательную роль в формировании почвенного плодородия. В агрономии и агрохимии известен закон минимума, согласно которому урожай растений определяется тем фактором, который находится в минимуме в данный момент. «Бочка» Либиха в настоящее время не считается вещью абсолютно бесспорной, но такая закономерность в почве, несомненно, есть.
В почвоведении основная практическая задача – ликвидация или минимизация лимитирующих почвенное плодородие факторов с помощью коренных почвенных мелиораций и агротехнологических приемов. Основными приемами являются:
Промывка и дренаж вод (избыток солей)
Пескование, оструктуривание и глубокое рыхление (глинистость)
Оструктуривание, рыхление, травосеяние (высокая плотность)
Орошение, агротехнические приемы накопления воды
Минеральные и органические удобрения
Дренаж, щелевание, оструктуривание (недостаток аэрации)
Планировка поверхности (микрорельеф)
Террасирование, полосно-контурная обработка (уклон)
В отношении требований к плодородию почвы естественных фитоценозови агроценозов существенно отличаются. В естественной среде растительный покров представлен растениями разных видов, которые отличаются по биологической стойкости и требовательности к потреблению элементов питания и воды как в количественном аспекте, так и в плане периодичности потребления в течение вегетации. Ярусность растительности позволяет полнее использовать свет и тепло. В целом природный фитоценоз – устойчивое растительное сообщество, приспособленное к климатическим и иным условиям местности и к почве.
Агроценозобычно представлен популяцией одного вида. Этот вид растений потребляет много воды и пищи, причем периоды максимального потребления резко совпадают. Человек постоянно стремился создавать оптимальные условия для наиболее нужных ему популяций растений, подбирал и видоизменял сорта в расчете на максимальную продуктивность, в значительной мере за счет утраты устойчивости к неблагоприятным условиям среды. Культурные растения хуже естественных способны извлекать питательные элементы из труднодоступных соединений, их продуктивность подвержена капризам погоды, они без помощи человека не способны справиться с сорняками.
Свойства большинства почв не соответствуют тем высоким требованиям, которые предъявляют современные культурные растения. Почти все культурные растения нуждаются в почве с умеренной плотностью и такой аэрацией, чтобы был хороший газообмен и не было чрезмерной минерализации органического вещества. При плотности сложения почвы выше 1,45-1,60 г/см 3 продуктивность многих растений резко снижается. При высоком уровне урожая отдельные виды культурных растений могут потреблять до 500 кг/га азота и кальция, 350 кг/га калия, 120 кг/га фосфора. Суммарное отчуждение элементов питания составляет в среднем для разных почв 300-600 кг/га. Огромную роль играет и наличие микроорганизмов, высокая активность которых крайне важна для высокой продуктивности. В пахотных почвах обычно численность и активность бактерий и других микроорганизмов значительно выше, чем в целинной. Культурные растения предъявляют высокие требования к содержанию и составу гумуса почвы. Гумус в пахотных почвах активно минерализуется, и для поддержания баланса гумуса даже на среднем для Беларуси уровне 2,0-2,5 % необходимо по разным данным вносить от 8 до 12 т/га навоза ежегодно.
Культурные растения предъявляют повышенные требования и к наличию воды, в них не отработана система экономного водопотребления и влагоудержания, высокая транспирация. Плодородная почва должна обладать высокой влагоемкостью, то есть быть структурной и иметь доастаточное количество коллоидных частиц.
Большинство культурных растений хорошо растет лишь в определенном диапазоне кислотности среды, они крайне негативно относятся к сильнокислой или щелочной реакции среды. Важную роль играет и буферность, так как угнетение растений может быть и после кратковременного подкисления в результате применения физиологически кислых удобрений, например. Плодородные почвы обычно имеют высокую емкость поглощения, насыщенную преимущественно кальцием.
Культурные растения произрастают лишь в определенном тепловом режиме, в гораздо более узком интервале, чем естественная растительность, отдельные представители которых могут переносить и очень высокие, и очень низкие температуры. С тепловым режимом связаны сроки сева и тем самым урожаи культур.
В целом плодородная почва должна обладать мощным, оструктуренным, биологически активным, богатым гумусом слоем с большими запасами элементов питания, благоприятным вводно-воздушным, тепловым и пищевым режимом. Преобразование почв в соответствии с требованиями культурных растений называется окультуриванием, а степень соответствия почв требованиям культурных растений – окультуренностью. По мнению ряда авторов, в плодородных почвах идет своеобразный, отличный от природного культурный почвообразовательный процесс.
Плодородие почвы растет вместе с уровнем развития науки и носит относительный характер, оно не может быть выражено какой-то отдельной величиной. Параметры свойств почв разной степени окультуренности одновременно являются мерой уровня плодородия почвы на данной ступени развития науки и техники.
После вовлечения целинной почвы в сельскохозяйственную культуру ее плодородие меняется в зависимости от степени окультуривания почвы, оно может иметь направление улучшения и деградации. Основными факторами воздействия на почву являются: обработка почвы, удобрения и сами культурные растения. Все они действуют на почву двояко, зачастую негативно. Механическая обработка разрушает структуру, способствует минерализации гумуса, с урожаями выносятся элементы питания. Длительное применение кислых минеральных удобрений может существенно подкислить почву и она начнет деградировать. Почва при длительной монокультуре, особенно люцерны, льна, сахарной свеклы, начинает страдать от почвоутомления, поэтому непременным приемом использования плодородных почв должно быть чередование культур.
При культурном земледелии все негативные последствия предусмотрены: возмещается вынос элементов, оструктуривается почва, проводится известкование и т.п. Особенно важное значение имеют гуматы кальция, то есть оптимизация состава обменных катионов и внесение навоза – важнейшие факторы окультуривания.
Почва – основное и незаменимое средство производства, обеспечивающее существование человечества. Вопросы плодородия почв всегда имели социально-экономическое значение, его нельзя рассматривать без контекста социально-экономических отношений. При правильном использовании почва постоянно улучшается, хотя в мире популярна точка зрения, высказанная еще в 1766 году французом А. Тюрго, о наличии закона убывающего плодородия почвы.
