Вальков В.Ф., Денисова Т.В. Плодородие почв и сельскохозяйственные растения: экологические аспекты

Подождите немного. Документ загружается.

121

ЕКО, м.-экв на 100 г Объекты наблюдения

35–45

Высокая поглотительная способность, характерная для большинства черно-

земов, слитоземов, глин различного происхождения, обогащенных смекти-

товыми минералами (монтмориллонит, бейделит и др.), слитогенетических и

иллювиально-глинистых горизонтов

45–60

Очень высокая емкость катионного обмена. Это среднегумусные и тучные

черноземы, гумусово-аккумулятивные дерновые горизонты почв различного

происхождения

Более 60

Крайне высокая поглотительная способность. Типична только для отдельных

компонентов почвенной массы: гумусовые вещества, смектитовые минералы,

вермикулит и т. д.

Отдельные поглощенные катионы неравнозначны по резуль-

тативной сущности в многообразных явлениях природы почв. Об

экологической значимости отдельных обменных катионов дает

представление следующая обобщенная сводка (табл. 4.10).

Таблица 4.10

генетическаяиэкологическаярезультативностьобменныхкатионов

Катионы Экологическая значимость катионов

Кальций по праву считается катионом-хранителем плодородия в связи с его много-

гранной значимостью. Он присутствует во всех без исключения почвах, но в разных ко-

личествах и в разных соотношениях с другими катионами. Оптимум его содержания –

80–90 % от ЕКО. Это величина, характерная для типичных черноземов. Присутствие

в таких количествах обеспечивает 99,9 % коагуляцию коллоидных систем и, сле-

довательно, создается необходимая предпосылка для высокого структуроообразова-

ния при активной деятельности корневых систем травянистой растительности и дос-

таточного содержания гумусовых веществ. Однако повышенные количества в почвах

интенсивно набухающих глинистых минералов типа монтмориллонита провоцируют

слитогенетические явления, противоположные зернистому и комковатому структуро-

образованию даже при оптимальном содержании ионов Ca

способен к ионообменному поглощению корнями растений. Однако этот способ

питания растений, как правило, не принимается во внимание, т. к. кальций всегда при-

сутствует в почвенных растворах и не является в биосфере дефицитным

Магний всегда сопровождает Ca

. Типичное соотношение Са:Mg = 5:1. В таких коли-

чествах его действие аналогично действию Ca

. Экологическая дисгармония почвен-

ной среды может возникать в щелочных почвах при повышении количества магния в

ППК за счет снижения содержания Ca

, т. е. при изменении соотношения Са : Mg в

сторону магния. В этом случае сам Mg

вызывает повышение щелочности в связи с

присутствием в почвенной среде карбонатов и бикарбонатов магния, что, например,

наблюдается в лессовидных глинах и суглинках Предкавказья, где щелочность может

достигать рН 8,6 – 9,1. Присутствие магния в ППК поддерживает свойства солонцева-

тости почв и даже приводит в отдельных случаях к образованию особых почв – маг-

ниевых солонцов

В питании растений – основной источник доступного калия. Отмечена тенденция необ-

менного поглощения калия из слоя компенсирующих противоионов в кристаллическую

решетку минералов

Окончание табл. 4.9

122

Катионы Экологическая значимость катионов

Натрий в количествах менее 3 % от ЕКО – необходимый компонент оптимального для

биоценозов функционирования почвенной системы. В этом случае элемент обеспе-

чивает дисперсность коллоидов на уровне около 0,1 %, что важно для подвижности,

динамичности и первоочередной резервности для минерализации гумусовых веществ

и обеспечения почвенных растворов биологически необходимыми компонентами.

Однако следует признать, что эта роль Na

в почвоведении и агрохимии изучена не-

достаточно.

как обменный катион является активным пептизатором коллоидов при концентра-

ции его в почвенном растворе ниже порога коагуляции. При этом в состояние золя пе-

реходят все коллоидные системы, почва приобретает свойства солонцеватости, ста-

новясь текучей, бесструктурной, в растворах появляются щелочные соли, рН может

достигать 9,5 – 10,0. Образуются особые почвы – солонцы. Изучение солонцеватости

почв и солонцов – особый раздел почвоведения

Обменный водород – источник почвенной кислотности. Его присутствие фиксируется

всегда в бескарбонатных почвах, т. е. в почвах не содержащих СаСО

. В нейтральных

почвах при рН от 6,5 до 7,2 H

присутствует в ППК в количествах менее 5 % от ЕКО. В

этих условиях обменный H

экологически нейтрален. В количествах более 5 % от емко-

сти обмена начинают проявляться кислотные свойства почв тем в большей степени, чем

выше количество водородного иона в коллоидно-поглощенном состоянии. Максимум

кислотности почвенной среды наступает, когда среди обменных катионов водорода ста-

новится более 40-50 %, рН почвы при этом становится кислой и сильнокислой (рН 3–5).

Максимальное количество водорода в ППК может достигать 80 % от ЕКО

Алюминий в обменном состоянии – интенсивный коагулятор коллоидов. Является

объектом пристального внимания в кислых почвах. При переходе в почвенный раствор

образует гидролитически кислые соли, способствующие повышенной пептизации Al

в почвенной среде, поэтому учитывается при определении кислотности почв наравне

с ионом водорода. Al

изучается как физиологически токсичный катион

Интенсивный коагулятор коллоидов, как и алюминий во влажных тропических почвах.

Участвует в создании структурных микроагрегатов, придающих ферраллитным поч-

вам эффект опесчаненности почвенной массы. Обычно такие почвы рассматриваются

как псевдопесчаные. Ожелезненные почвы малопластичны, не набухают, склонны к

образованию латеритов

Ион аммония – единственная возможная аккумуляция доступного растениям азота.

Поглощается коллоидами в процессах аммонификации. Легко используется корневы-

ми системами растений. Не накапливается в количествах, превышающих 3 % от ЕКО.

Физическая и физико-химическая значимость не изучена. Аммонийный азот, в том чис-

ле в обменном состоянии, – особый предмет агрохимических исследований

4.3.Реакцияпочвеннойсреды(pH)

Жизнь животных и растений может протекать при рН от 2,5–3

до 10–10,5. За пределами этих концентраций ионов водорода про-

явление жизни крайне ограничено. Этот же, даже несколько боль-

ший, размах рН мы встречаем и в почвах.

Величина рН является наиболее устойчивым генетическим

показателем конкретной почвы. Варьирование рН в границах ти-

Окончание табл. 4.10

123

пичных значений составляет 5–10 %. Всякое изменение реакции

среды приводит к резкой смене характера почвообразования и эко-

логических условий обитания организмов.

Классификация почв по степени кислотности и щелочности и

влияние реакции среды (pH) на основные свойства почв, растения

и микроорганизмы:

pH 4,0–5,0. Резко кислая реакция среды, часто встречается во

влажном климате и характерна для сильноподзолистых и болотных

почв, для желтоземно- и красноземно-подзолистых почв. Эти почвы

сильно промыты от извести, соединений калия, бора, серы, цинка, ко-

бальта, йода. Доступность фосфатов, часто экранированных железом,

понижена. Железо, алюминий и марганец подвижны и оказывают на

многие растения (кроме чая) токсическое воздействие. Деятельность

бактерий подавлена, наблюдается повышенная активность грибов.

Многие сельскохозяйственные растения нуждаются в изменении ре-

акции среды, но известкование нужно применять осторожно. На та-

ких почвах оно может вызвать разрушение органических веществ,

которыми эти почвы, как правило, бедны, и даже ухудшить их фи-

зические свойства. Физические свойства почв нередко весьма благо-

приятны: их коллоиды скоагулированы подвижными А1

и Fe

. В

подобных почвах нет периода весенней спелости, их можно обрабаты-

вать в любое время года. Почвы с таким рН наиболее рационально

использовать под кислотолюбивые и кислотовыносливые культуры.

рН 5,0–5,5. Сильнокислая реакция среды, характерная для

почв влажного климата (подзолистые, дерново-подзолистые, бу-

рые лесные ненасыщенные, желтоземы и красноземы). Состояние

фосфатов, соединения железа, алюминия, марганца, кальция,

калия, бора, кобальта, йода аналогично резкокислым условиям.

Также понижена микробиологическая деятельность и активизи-

рована грибная. Для почв с таким рН при суглинистом и особенно

глинистом механическом составе характерны плохие физические

свойства – склонность к уплотнению. Весной эти почвы не созре-

вают, а постепенно высыхают. Благоприятные условия обработки

бывают только в очень узком диапазоне влажности: то почва сы-

рая и дает пласты, далее легко ссыхающиеся в глыбы, то сухая и

пашня глыбистая. Объясняется это тем, что весной образующаяся

углекислота при этом рН не вытесняет Са

, а соединения алюми-

ния и железа еще не образуют достаточного количества ионов. На

севере эти почвы исправляют известкованием.

рН 6,0–6,5. Слабокислая реакция среды, встречающаяся в поч-

вах влажного климата (выщелоченные черноземы, серые и бурые

124

лесные, насыщенные желтоземы и красноземы). Фосфаты нахо-

дятся в доступном состоянии, токсичность алюминия и марганца

понижена или отсутствует, дефицит серы, кальция, калия, бора,

кобальта, йода невысокий. Условия минерального и азотного пи-

тания близки к оптимальным. Характерны достаточно благопри-

ятные физические условия при некоторой склонности к уплотне-

нию, повышенный уровень жизнедеятельности микроорганизмов

и нитрификационной активности. У этих почв хорошо выражен

период спелости, связанный с обесструктуриванием пересыщенной

влагой почвы за зиму и вновь образованием структуры весной при

прогревании почвы. Процесс созревания таких почв связан с возоб-

новлением микробиологической активности, выделением СO

, вы-

теснением кальция водородом угольной кислоты. Появление Са

в свободном состоянии вызывает коагуляцию коллоидов и восста-

новление утраченной за зиму структуры. Так как созревание поч-

вы происходит без большой потери влаги, то срок оптимальной

обработки после созревания почвы достаточно велик.

рН 6,5–7,5. Нейтральная реакция среды, типичная для черно-

земных почв. Благоприятные физические условия, прекрасная ост-

руктуренность, интенсивная микробиологическая деятельность,

оптимальные условия фосфорного, азотного и вообще минераль-

ного питания, высокий уровень плодородия. Обрабатывать весной

необходимо при спелости почвы, которая наступает быстрее, чем у

слабокислых почв.

рН 7,5–8,5 (8,7). Слабощелочные условия, наблюдаемые в юж-

ных черноземах, в карбонатных почвах, в автоморфных почвах су-

хих и полупустынных степей. Фосфаты, железо, цинк и марганец

могут быть в дефиците. Легко возникает антагонизм между обеспе-

ченностью фосфором, цинком и медью. При систематическом при-

менении фосфора возникает цинковая и медная недостаточность.

Возможен хлороз растений, чаще в относительно более влажных

условиях. Физические свойства – от отличных (карбонатные чер-

ноземы) до неудовлетворительных (солонцеватые почвы). Весеннее

созревание почвы идет быстро. Микробиологическая деятельность,

нитрификационная способность, условия азотного питания, дос-

тупность многих зольных элементов хорошие.

рН 8,5(8,7)–10,0. Сильнощелочные почвы. При рН выше 8,9

в горизонте А

почвы следует отнести в группу резкощелочных.

Основу этой группы составляют почвы с повышенной щелочной

реакцией материнской породы. Такое повышенное рН характерно

для материнских пород многих черноземов и каштановых почв. В

125

этом случае щелочность, не отражаясь существенно на полевых

культурах, неблагоприятна для деревьев, особенно для яблони и

черешни.

рН 10–12. Резкощелочные почвы. Встречаются местами в

аридном климате. Такими могут быть многие солонцы, содовые

солончаки. Доступность фосфатов понижена, железо и марганец

в дефиците, возможен избыток бора. Характеризуются крайне не-

благоприятными физическими условиями, обесструктуренностью

и подавленной деятельностью микроорганизмов. Требуют высоких

доз гипсования, без которого к сельскохозяйственному использова-

нию непригодны.

Значение солей, встречающихся в почвах, в формировании ре-

акции почвенной среды иллюстрирует табл. 4.11.

Таблица 4.11

Реакция(рн)растворовсоединений,встречающихсявпочвах

Соединения pH Соединения рН

12–13 CaSO

7,0

СаСО

без СО

10,2 Н

O 6,7–7,1

СаСОз+СО

8,5 NaSO

,NaCl 6,5–6,8

MgCО

11,5 NH

Cl 4,7

Са(НСО

)

6,1–8,4 Н

СО

3,9–5,7

NaHCO

8,5–9,5 КА1(SiO

)

, АlСl

2–4

Реакция растений на различную кислотность почвы хорошо ил-

люстрирует табл. 4.12. Четко видно, что угнетающее воздействие кис-

лых условий неодинаково сказывается на различных культурах.

Таблица 4.12

Урожайкультурвсевооборотеприразличныхзначенияхрн(поБлеку)

Культура

рН и относительный средний урожай, %

4,7 5,0 5,7 6,6 7,5

Кукуруза 34 73 83 100 85

Пшеница 68 76 89 100 99

Овес 77 93 99 98 100

Ячмень 0 23 80 95 100

Люцерна 2 9 42 100 100

Донник 0 2 49 89 100

Клевер красный 12 21 53 98 100

Клевер розовый 16 27 72 100 95

Соя 65 79 80 100 93

Тимофеевка 31 47 66 100 95

126

Повышенная щелочность ведет заметному снижению урожай-

ности сельскохозяйственных культур. По данным Почвенного ин-

ститута им. В. В. Докучаева, урожайность озимой пшеницы сни

жается в следующей зависимости: нейтральные – 10, слабо щелоч-

ные – 85, щелочные – 65, очень сильно щелочные – 30 %.

Обобщенная сводка требовательности растений к реакции поч-

венной среды приведена в табл. 4.13 (по В. А. Ковде).

Таблица 4.13

значениярнпочвы,оптимальныедлярастенийимикроорганизмов

Растения рН Растения рН

Пшеница 6,6–7,5–8,5 Картофель 5,3–8,0

Ячмень 6,1–7,2 Лен 5,0–6,0

Рожь 5,5–7,2 Табак 4,5–8,0

Овес 5,0–7,5 Хлопчатник 7,0–8,5

Просо 7,0–8,5 Соя 5,5–6,5

Кукуруза 6,0–8,5 Батат 5,5–7,0

Рис 6,0–8,7 Фасоль 7,0–8,0

Суданская трава 7,5–8,7 Горох 6,0–7,5

Люцерна 7,0–8,3 Конопля 6,0–8,0

Клевер 6,0–6,5 Табак 6,5–8,0

Овсяница обыкновенная 7,5–8,5 Морковь 6,5–8,0

Донник 7,0–8,7 Брусника 4,0–6,0

Житняк 7,0–8,5 Клюква 4,5–5,5

Костер безостый 7,0–8,5 Папайа 6,3–7,0

Виноград 7,0–8,7 Чайный куст 4,8–6,3

Яблоня 6,5–7,5 Тунг 4,5–6,5

Абрикос 7,0–8,5 Грибы 3,5–6,0

Слива 6,5–8,0 Азотобактер 6,8

Вишня 6,5–8,5 Нитрификаторы 6,0–8,0

Сахарная свекла 6,5–7,5 Денитрификаторы 7,0–8,0

В разных регионах данные по оптимальным значениям мо-

гут уточняться. Например, по Ставрополью, по данным монито-

ринговых исследований, оптимум реакции среды иллюстрирует

табл. 4.14. (Куприченков и др.). Данные могут быть распростране-

ны на весь Южный регион.

127

Таблица 4.14

оптимальнаяреакциясредыпочвдляростаиразвития

сельскохозяйственныхкультур

Культура pH Культура pH

Озимая пшеница 6,3-7,3 Подсолнечник 6,0-6,8

Яровая пшеница 6,0-7,5 Люцерна 7,0-8,0

Озимая рожь 5,5–7,5 Клевер 6,0–7,0

Ячмень 6,8–7,5 Вика 5,7–6,4

Овес 5,0–7,7 Костер 7,0–7,5

Кукуруза 6,0–7,0 Райграс 6,8–7,5

Просо 5,5–7,5 Капуста 6,5–7,4

Горох 6,0–7,0 Лук 6,4–7,9

Картофель 5,0–5,5 Огурцы 6,4–7,0

Сахарная свекла 7,0–7,5 Томаты 6,3–6,7

Кормовая свекла 6,2–7,5 Соя 6,5–7,1

Исследования реакции почвенной среды особенно важно для

плодовых насаждений. Нормальной реакцией считается pH от 6,0

до 8,0, несколько хуже – 8,3–8,5. На кислых почвах при pH ниже

6 для косточковых пород необходимо известкование. Абрикос не

выносит кислой реакции, но он мало чувствителен к щелочной

реакции глубоких горизонтов. Груша и яблоня, хорошо развиваясь

на слабокислых почвах, совершенно не выносят повышенной ще-

лочности даже в глубоких горизонтах (табл. 4.15).

Таблица 4.15

оценкареакциисредыпочвдляплодовыхнасаждений

3,5–4,5 Пригодны под плодовые насаждения только после известкования

4,5–6,0

Пригодны под плодовые насаждения, желательно известкование для косточковых

пород

6,0–8,0 Пригодны под сады без мелиорации

8,0–8,5 (8,7) Хорошие почвы для косточковых и удовлетворительные для семечковых пород

Более 8,5 (8,7) Под сады непригодны. Возможна посадка абрикоса и вишни после гипсования

В степных условиях, в долинах и дельтах рек часто встреча-

ются почвы с высокой щелочностью глубоких горизонтов почвы

и почвообразующей породы. Эта высокая щелочность обусловлена

присутствием щелочных солей, магния и натрия, а также нахож-

дением этих катионов в обменном состоянии.

Высокая щелочность глубоких горизонтов сокращает срок жиз-

ни садов и делает их нерентабельными. На основании наблюдений

за состоянием плодовых деревьев на почвах с различной глубиной

залегания высокой щелочности разработаны придержки, позво-

ляющие оценивать садопригодность черноземов и дельтово-долин-

ных почв с глубоким мощным рухляковым слоем (табл. 4.16).

12 8

Таблица 4.16

Возможностииспользованияпочвдляплодовыхнасаждений

приразличнойглубинезалеганиявысокойщелочности(неговелов,Вальков)

Ггруппы

почв

pH суспензии почвы в слое, см

Возможности использования почв

0–50 50–150 150–200 200–250 250–300

Менее

6,0

6,0–8,5 6,0–8,7 6,0–8,7 6,0–8,7

Благоприятные почвы для семечковых

насаждений, при известковании – для

косточковых

II 6,0–8,5 6,0–8,5 6,0–8,7 6,0–8,7 6,0–8,7

Благоприятные почвы для всех наса-

ждений

III 7,0–8,5 7,0–8,5 8,5–8,7 8,5–8,7

Более

8,7

Недостаточно удовлетворительные

почвы для зимних сортов семечковых

пород на сильнорослых подвоях

IV 7,0–8,5 7,0–8,5 8,5–8,7

Более

8,7

Более

8,7

Почвы пригодны под косточковые поро-

ды и семечковые при культивировании

последних на низкорослых подвоях.

Допустимы наиболее стойкие сорта яб-

лонь на сильнорослых подвоях

V 7,0–8,5 8,5–8,7

Более

8,7*

Более

8,7*

Более

8,7*

Пригодны под косточковые и особенно

абрикос, допустимы наиболее стойкие

летние сорта яблонь на низкорослых

подвоях. Для зимних сортов яблонь

непригодны

VI 8,0–8,5

Более

8,7*

Более

8,7*

Более

8,7*

Более

8,7*

Под сады непригодны.

Допустима посадка абрикоса

* Проба почвенной суспензии с фенолфталеином дает розовое окрашивание.

Различная глубина залегания высокой щелочности использова-

на как критерий бонитировки садовых почв (табл. 4.17).

В табл. 4.18 приведена схема нуждаемости почв в известкова-

нии. Однако разные культуры реализуют свое отношение к кислой

реакции среды и потребности в известковании почв неодинаковы.

Таблица 4.17

Уровеньплодородиячерноземовидолинно-дельтовыхпочв

дляплодовыхнасажденийвзависимостиотглубинызалегания

высокойщелочности

Глубина появления высокой

щелочности

(рН более 8,5–8,7)

Уровень плодородия Рациональное использование

25 0,09

Не пригодны под сады

50 0,18

75 0,28

Возможна посадка абрикоса и вишни100 0,40

125 0,50

129

Глубина появления высокой

щелочности

(рН более 8,5-8,7)

Уровень плодородия Рациональное использование

150 0,60

Пригодны под косточковые и семеч-

ковые на слаборослых подвоях

150 0,70

200 0,80

225 0,89

Благоприятные почвы для всех пло-

довых насаждений

250 0,95

275 1,00

300 1,00

Таблица 4.18

отношениерастенийккислотностипочвиизвесткованию

(поСапожникову,Кащенко,небольсину)

Культура Отношение к кислотности почв Эффективность известкования

Рожь озимая Чувствительна к сильной кислотности Средняя

Пшеница, ячмень,

горох

Чувствительны к сильной и средней

кислотности

Высокая

Овес Чувствителен к сильной кислотности Слабая

Вика, капуста

Чувствительны к сильной и средней

кислотности

Средняя

Свекла столовая Очень чувствительна Очень высокая

Морковь, огурцы Чувствительны к сильной кислотности Высокая

Помидоры То же Средняя

Лук

Чувствителен к сильной и средней

кислотности

Высокая

Турнепс и брюква

Чувствительны к сильной и средней

кислотности

Средняя

Кукуруза Чувствительна к сильной кислотности Средняя

Картофель, лен Устойчивы Слабая

Клевер красный Очень чувствителен Очень высокая

Клевер розовый

Чувствителен к сильной и средней

кислотности

Высокая

Клевер белый Чувствителен к сильной кислотности Средняя

Тимофеевка То же Слабая или средняя

Овсяница луговая То же Средняя

Люцерна Очень чувствительна Очень высокая

4.4.Солонцеватостьпочв

Солонцеватость почв – свойство почвенной массы, возникающее

при внедрении в почвенный поглощающий комплекс (органические,

минеральные и органо-минеральные коллоиды) обменных ионов Na:

Окончание табл. 4.17

130

ППК Ca + 2Na ⇔ ППК 2Na + Ca.

При этом происходит подщелачивание среды до pH около 9 в

связи с появлением в почвенном растворе соды:

ППК Na + H

O ⇔ ППК H + NaOH.

Коллоидные системы приобретают свойства золей. При увлаж-

нении становятся текучими, структура разрушается, диспергиру-

ется, возникает слитность, безвоздушность почвенной массы, ко-

торая в сухом состоянии становится глыбисто-столбчатой. Резко

ухудшаются условия обитания живых организмов, вплоть до воз-

никновения абиотической среды. Завершается солонцовый процесс

образованием солонцов.

Солонцами называют почвы, содержащие в коллоидах иллю-

виального горизонта обменный натрий в количестве более 15 %

от емкости катионного обмена. Почвы с количеством обменного

натрия менее 15 % относят к солонцеватым. Солонцеватые почвы

выделяются в классификации как роды черноземов, каштановых и

других типов почв. Следует отметить, что обменный натрий прак-

тически встречается во всех почвах, но его количество не превы-

шает 3 %. Это тот максимальный предел, который необходим для

нормальной жизнедеятельности растений.

Неблагоприятные солонцовые свойства – щелочность, дисперс-

ность, набухаемость, дефицит влаги, высокая плотность и другие

проявляются при содержании обменного натрия уже свыше 5–

20 % от емкости обмена. Кроме неблагоприятных характеристик

почвы, связанных с явлениями солонцеватости, обменный натрий

оказывает физиологически отрицательное воздействие на растения.

Происходит нарушение соотношения катионов кальция и натрия,

что затрудняет поступление кальция в растения. Кальций, наобо-

рот, начинает выделяться из корней в почву.

Солонцеватость резко снижает плодородие почв. Ее влияние на

урожайность (ц/га) яровой пшеницы убедительно иллюстрируют

данные Н. И. Панова, полученные в Карагандинской области:

– темно-каштановая – 13,8; каштановая – 8,2;

– темно-каштановая солонцеватая – 6,4;

– каштановая солонцеватая – 5,4;

– солонец темно-каштановый – 4,0;

– солонец каштановый – 2,0.

Солонцеватость снижает урожаи большинства сельскохозяйст-

венных культур. Для различных природных зон А. И. Серый обоб-

щил материалы различных авторов по влиянию солонцеватости на

уровень плодородия почв (табл. 4.19).