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

Подождите немного. Документ загружается.

141

Таблица 4.34

Количествоисоставвредныхсолейвметровомслоепочвы,определяющее

состояниерастенийвинограда,%ксухойпочве(Крылатов)

Почвы

Сумма

вредных

солей

В том числе

NaCl Na

MgSO

Виноград гибнет

Суглинистые и

глинистые разных типов

почвообразования

0,4 Данных нет 0,1 0,2 0,2

0,5 – || – 0,6–0,1 0,3 0,1

0,5 – || – 0,06 0,4–0,5 Следы

Супесчаные и песчаные 0,2–0,25 – || – 0,06–0,08 0,1–0,15 0,1–0,15

Виноград в плохом состоянии

Суглинистые и

глинистые разных типов

почвообразования

0,4–0,6 – || – 0,06 0,2–0,25 0,2–0,25

0,3–0,4 – || – 0,06 0,2 0,1

Растет и плодоносит нормально

Суглинистые и глинистые раз-

ных типов почвообразования

0,3 0,002 0,06 0,2 0,1

Таблица 4.35

Уровеньплодородияпочвподмноголетниминасаждениями

взависимостиотглубинызалеганияповышенныхконцентрации

вредныхсолей(Вальков,Фиськов)

Глубина залегания

солей, см

Плодовые Виноградники

семечковые

косточковые

технические

столовые

красные белые

275 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

250 0,95 1,00 1,00 1,00 1,00

200 0,80 0,90 1,00 1,00 1,00

175 0,70 0,80 0,90 0,90 0,90

130 0,60 0,65 0,75 0,75 0,75

125 0,50 0,40 0,60 0,60 0,60

100 0,40 0,30 0,50 0,50 0,50

75 0,28 0,25 0,25 0,25 0,25

50 0,08 0,08 0,05 0,05 0,05

25 0,01 0,01 0,01 0,01 0,1

142

Засоленные почвы используются для лесопосадок. Древесные

породы так же, как и другие растения, неодинаково реагируют на

степень засоления, качественный состав солей и глубину появле-

ния токсических концентраций их. Для Юга Украины разработа-

на группировка засоленных почв по степени их лесопригодности

(Мигунова).

Лесопригодны несолонцеватые и слабосолонцеватые черноземы,

каштановые и луговые почвы для засухоустойчивых древесных и

кустарниковых пород, если не содержат легкорастворимых солей в

количествах, оказывающих угнетающее воздействие на растения,

до глубины 1,5 м (CO

0,01–0,02, Cl 0,03–0,08, SO

0,3–0,5 %).

Ограниченно лесопригодны в черноземной зоне для дуба, бере-

ста, груши, клена полевого; в каштановой зоне для белой акации,

гледичии, софоры, туи восточной, если содержание угнетающих

количеств легкорастворимых солей начинается с глубины 1,0 м.

Условно лесопригодны почвы при угнетающих количествах со-

лей с глубины 0,5–1,0 м. К культурам для этих почв относятся вяз

мелколистный, айлант, ясень зеленый, лох.

Пригодны только под культуру тамарикса почвы с засолением

в пределах верхнего 50-сантиметрового слоя.

Не пригодны для лесопосадок почвы с содержанием хлоридов

0,4–0,6 % в верхних горизонтах.

4.6.Карбонатностьивыщелоченностьпочв

Наиболее распространены в почвоведении понятия «карбонат-

ность», «выщелачивание карбонатов» и «карбонатный профиль».

Карбонатность – содержание в почве или почвообразующей по-

роде карбоната кальция (СаСО

). Это одна из характеристик вещест-

венного состава почвы. Карбонаты рассматриваются не как причина

или способ изменения реакции среды, что общеизвестно, а как поч-

венная масса, постоянно присутствующая в горизонтах почвенного

профиля. Причем, карбонатные профили как почвенно-генетические

образования адекватны современной биоклиматической обстановке.

Карбонатность почв определяет кальцит – СаСО

. Присутствие

в почве других минералов с этой химической формулой (арагонит

и др.), а также кальцийгидратов (СаСО

O) проблематично

(Минкин и др., 1995) хотя арагонит за пределами почв и кор вы-

ветривания весьма распространен. В почвах его можно обнаружить

во включениях раковин моллюсков. Кальцит в почвах всегда со-

143

провождается доломитом (СаСО

⋅ MgСО

) в количествах, не превы-

шающих 15–20 %. Существующие в практике методы определения

карбонатов по выделению СO

обычно большей частью затрагивают

кальцит, не разлогая доломит. Употребляющиеся понятия «кар-

бонаты», «содержание карбонатов» обычно предполагают наличие

в почвах кальцита, но никоим образом других форм карбонатов

(Nа

СО

, NaHСО

и т. д.).

Генетическая классификационная значимость карбонатности

показана в табл. 4.36–4.38.

Таблица 4.36

Вскипаниепочвыот10%HClипримерноесодержаниеCaCO

Характер вскипания Содержание СаСО

, %

Нет 0–0,3

Слабое 0,3–1,0

Среднее 1,0–2,5

Сильное 2,5–5,0

Бурное более 5,0

Таблица 4.37

СтепенькарбонатностипочвпосодержаниюCaCO

Таксономическое определение почв Начало вскипания от 10 %

Карбонатные С поверхности

Слабо карбонатные В пределах горизонта А

Слабо выщелоченные В пределах горизонта АВ

Выщелоченные В нижней части горизонта АВ или в пределах горизонта В

Сильно выщелоченные За пределами гумусового профиля

Бескарбонатные Вскипание не обнаруживается в материнской породе

Таблица 4.38

Степенькарбонатностиивыщелоченностипочвпоглубиневскипания

Степень карбонатности Содержание СаСО

, %

Бескарбонатные (выщелоченные) Нет

Слабо карбонатные Менее 1,0

Мало карбонатные 1,0-3,0

Средне карбонатные 3,0-8,0

Сильно карбонатные 8,0-20,0

Высокая карбонатность на уровне элювия известняков и мергелий 20,0-40,0

Мергелистая карбонатность 40,0-95,0

Выщелачивание карбонатов. Вынос карбонатов, или декарбо-

низация почв и кор выветривания, представляет глобальное эколо-

гическое и геохимическое явление, достигающее на земном шаре

огромных размеров. В составе солей речных вод и предшествую-

щих им грунтовых вод и верховодки углекислые соли кальция

144

занимают одно из первых мест. В. А. Ковда (1973) рассчитал, что

ежегодный химический сток углекислого кальция с суши в океан

речными водами составляет около 558 млн т. Содержание карбона-

тов в земной коре составляет 1,7 %. Однако, несмотря на большой

сток углекислого кальция в океан, значительные его количества

задерживаются в ландшафтах суши, в почвах и породах коры вы-

ветривания, определяя во многом облик сухопутной биосферы.

Выщелачивание карбонатов как почвенное явление представ-

ляет передвижение и вынос с растворами за пределы отдельного

горизонта, почвы и коры выветривания карбоната кальция и дру-

гих растворимых солей. В генезисе почв особое положение зани-

мает карбонат кальция, в силу его относительной устойчивости по

сравнению с легкорастворимыми солями и высокой подвижности в

сравнении с силикатами и алюмосиликатами. Подвижность опре-

деляется гидролизом карбонатов:

2СаСО

+ 2Н

О = Са(ОН)

+ Са(НСО

)

СаСО

+ Н

О + СО

↔ Са(НСО

)

Бикарбонат кальция (соль) существующий в природе только в

растворимом состоянии, представляет, в сущности, главный ком-

понент выщелачивания. Растворимость же самого кальцита край-

не незначительна и не принимается во внимание. Са(НСО

)

при

изменении концентрации раствора и содержания в нем СО

легко

снова переходит в кальцит. Эта переходная форма кальцита фор-

мирует в почвах различного рода карбонатные новообразования,

представляющие в той или иной форме карбонатный профиль.

Карбонатный профиль – распределение карбонатов по гене-

тическим горизонтам почвы. В почвах с периодическим промыв-

ным режимом нижняя граница максимума карбонатов совпадает

с нижней границей почвы в целом. К таким почвам относятся се-

рые лесные, черноземы оподзоленные. выщелоченные, типичные,

слитоземы, серые лесостепные почвы, коричневые субтропические

почвы и др. В почвах с непромывным водным режимом нижняя

часть карбонатного профиля располагается практически в иллю-

виальном горизонте гипса и легкорастворимых солей. Это черно-

земы обыкновенные и южные, каштановые, бурые полупустынные

и серо-бурые пустынные почвы суббореального пояса, а также

серо-коричневые почвы и сероземы субтропиков. Нижняя граница

карбонатного профиля совпадает с наличием равномерного содер-

жания карбонатов в почвообразующей породе, типичной для кон-

кретных ландшафтов.

145

Главное в определении типа миграции и аккумуляции карбо-

натов по почвенному профилю и за его пределы зависит от кон-

центрации в растворах бикарбоната кальция. Динамика растворов

этой соли зависит, в первую очередь, от концентрации СО

, т. е.

от интенсивности биологических процессов по сезонам и годам.

Такова сущность системности явлений в природе: чисто химиче-

ские и физико-химические процессы определяются биологической

активностью объекта. Высокая динамичность биологических про-

цессов и погодных условий определяет наибольшую степень ва-

риабельности почвенно-генетических характеристик, связанных с

карбонатностью и выщелоченностью.

Экологические аспекты карбонатности почв. Карбонатность

как экологический фактор плодородия почв имеет давнюю историю

изучения. Карбонатные почвы используются как пахотные земли,

под виноградники и сады. На обширных равнинах Предкавказья

встречаются карбонатные черноземы (обыкновенные южно-евро-

пейской теплой фации). Такие богатейшие почвы содержат в верх-

ней корнеобитаемой толще 1–6 % СаСО

. Однако это не умаляет

высокого плодородия почв для многих растений. Большие урожаи

на них зерновых культур, сахарной свеклы, подсолнечника, пло-

довых и винограда известны всей стране. На сильнокарбонатных

рендзинах и в Крыму, и на Кавказе, и во Франции, и в Испании

и т. д. виноградные растения находят лучшие условия. Однако в

отношении содержания карбонатов существует определенный ко-

личественный предел, после которого могут проявляться неблаго-

приятные свойства карбонатности. Так, в условиях вегетационного

опыта (Аnter и др., 1973) изучалось влияние степени карбонатно-

сти почвы на рост зерновых культур и поступление в них фосфора

и железа. Установлено, что при содержании в почве 8 % и более

СаСО

рост растений резко тормозится. При увеличении содержа-

ния СаСО

до 5 и 10 % относительная урожайность озимой пше-

ницы на Ставрополье составляла 82 %, при 20 % содержании из-

вести – 71 %, а при 30 % опускалась до 62 % (Куприченков и др.,

2002). Карбонат кальция при добавлении к образцам выщелочен-

ного чернозема увеличивал численность микроскопических грибов

на 4–42 %, способствуя минерализации послеуборочных остатков

злаковых культур (Коржов, Коронев, 2004).

Индикаторами карбонатных почв с рН 7,5–8,7 являются расте-

ния – обязательные кальциефилы. На почвах с содержанием СаСО

свыше 3 % с высоким обилием произрастают венерин башмачок,

дремлик темно-красный, язвенник крупноголовчатый, мордовник

146

обыкновенный, астра ромашковидная и меловые растения – ит-

сечек, полынь солянковидная. Переменными индикаторами яв-

ляются факультативные кальциефилы – желтушник левкойный,

язвенник обыкновенный, горичник олений, пупавка красильная.

Существуют растения, для которых карбонатность – экологическое

благо. К ним относятся особая флора меловых отложений (иссоп

меловой, льнянка лиловая, венерин башмачок и др.). Хорошо про-

израстают на почвах с СаСО

карагана (акация желтая), абрикос,

вишня, грецкий орех и, конечно, виноград, несомненный карбона-

тофил (Пелипенко, 2004).

В большинстве случаев карбонатов в основной корнеобитаемой

толще нет и при промывном водном режиме, типична кислая реак-

ция среды и создаются благоприятные условия для растений аци-

дофилов: чайный куст, люпин, клевер, вереск, клюква, брусника и

др. Отсутствие СаСО

при периодическом промывном и непромыв-

ном режиме определяет нейтральную или слабокислую реакцию

среды и экологический оптимум для большинства культурных рас-

тений: пшеница, кукуруза, сахарная свекла, яблоня, груша, сли-

ва, вишня и др.

Таким образом, отношение растений к содержанию карбонатов

в почвах неоднозначно. Для многих культур, а их большинство,

невысокие концентрации СаСО

в почвах благоприятны, а извест-

кование является важнейшим агромелиоративным приемом повы-

шения плодородия кислых почв. Однако положительное действие

карбонатов или отсутствие негативных последствий наблюдается до

определенного порога. Этот порог лежит в пределах 5–15 % СаСО

При большем количестве извести в корнеобитаемой толще снижение

продуктивности почв по мере возрастания карбонатности обусловле-

но физической и биологической инертностью балластного кальцита,

занимающего места других, более активных в почве минералов.

На почвах с повышенным содержанием карбонатов иногда у

плодовых растений появляется хлороз. В карбонатной почве под

пораженными хлорозом деревьями и под здоровыми в содержании

подвижного фосфора, калия, гумуса, а также рН существенных

различий не отмечается. Высокое содержание СаСО

в почве не на-

рушает общей закономерности в динамике золы и отдельных золь-

ных элементов. Оно не влияет на поступление воды в растение, не

способствует тому, что плодовые деревья быстрее заканчивают рост

и раньше начинают отмирать (Молчанов, 1971). На фоне высокого

количества СаСО

, в почве проявлению и усилению интенсивности

хлороза способствуют (по Молчанову):

147

· пониженная температура и повышенная влажность почвы и

воздуха;

· уплотнение почвы и подпочвы, ведущее к нарушению газооб-

мена и аэрации и, как правило, затрудняющее рост активной

части корневой системы;

· наличие солонцеватости, содержание в почве и почвообразую-

щей породе, кроме СаСОз, легкорастворимых солей;

· близкое залегание уровня минерализованных грунтовых вод

и колебание их зеркала.

В Краснодарском крае хлороз на карбонатных почвах на-

блюдается не всегда и развивается только в тех случаях, когда

почвы переувлажнены (Неговелов и др., 1985). На карбонатных

сухих почвах хлороз встречается крайне редко, более того, он

исчезает при подсыхании переувлажненных почв. В Анапском

районе отмечены хорошие сады из яблони и груши па перегной-

но-карбонатных почвах с количеством СаСОз в верхнем гори-

зонте от 7 до 12 %. В степной части Краснодарского края и

Ростовской области сплошное распространение имеют карбонат-

ные черноземы, и на них получают высокие урожаи плодов во

многих хозяйствах.

На основании обширного материала по почвам Краснодарского

края, нами была произведена сравнительная оценка по урожайно-

сти семечковых и косточковых многолетних насаждений на почвах

типичных и выщелоченных, с одной стороны, и карбонатных – с

другой. Уровень плодородия для садов карбонатных черноземов на

10–25 % ниже в сравнении с выщелоченными и типичными черно-

земами. Следовательно, при бонитировочной оценке почв в качест-

ве поправочного коэффициента на карбонатность для семечковых

может быть взято значение 1,2 в ряду от выщелоченных к карбо-

натным или 0,8 в ряду от карбонатных к выщелоченным.

Неизученная сторона карбонатности почв в степных условиях –

карбонатность пахотного горизонта не способствует оптимизации

оструктуривания. Бытует мнение, что карбонатные черноземы бы-

стрее распыляются, больше подвержены ветровой эрозии. Однако

это пока еще просто визуальное наблюдение, не подтверждаемое

исследовательским опытом.

Есть еще один важнейший аспект карбонатности почв, а

именно – карбонаты в составе геологических пород биологиче-

ского происхождения (мергели, известняки, доломиты и др.).

Эти породы и элювий из них биологически активны в силу сво-

его происхождения как остатки организмов, что отражается на

148

продуктивности многих растений (эфиромасличные культуры,

виноград и др.) и в первую очередь, на качественных характери-

стиках растительной продукции. Обломочный материал мерге-

листого и известнякового происхождения высоко ценится вино-

градарями и придает виноматериалам особую экологическую и

географическую специфику.

Таким образом, общая экологическая оценка карбонатности

почв включает следующие положения:

· в профиле почвы карбонатов нет. В этом случае типична

кислая реакция среды и создаются благоприятные условия

для растений ацидофилов: чайный куст, люпин, клевер, ве-

реск, клюква, брусника и др. Отсутствие СаСО

при перио-

дически промывном режиме определяет нейтральную или

слабокислую реакцию среды и экологический оптимум для

большинства культурных растений: пшеница, кукуруза, са-

харная свекла, яблоня, груша, слива, вишня и др;

· слабо- и среднекарбонатные почвы, т. е. содержащие СаСО

до 8 %, обычно снижают биологическую продуктивность для

большинства сельскохозяйственных растений на 10–15 % по

сравнению с почвами выщелоченными. Снижение продуктив-

ности почв по мере возрастания карбонатности обусловлено

физической и биологической инертностью балластного каль-

цита, занимающего места других, более активных в почве

минералов;

· существуют растения, для которых карбонатность – эколо-

гическое благо. К ним относится особая флора меловых от-

ложений (иссоп меловой, льнянка лиловая, венерин башмачок

и др.). Хорошо произрастают на почвах с СаСО

карагана

(акация желтая), абрикос, вишня, грецкий орех и, конечно,

виноград, несомненный карбонатофил.

· карбонатность профиля и пахотного горизонта не способ-

ствует оптимизации оструктуривания. Черноземы быстрее

распыляются, больше подвержены ветровой эрозии.

4.7.неспецифическиеорганическиесоединения

ибиологическаяактивностьпочв

Из массы органических веществ биологического происхожде-

ния в почвоведении широко представлены углеводы (целлюлоза,

моносахариды, дисахариды, гемицеллюлоза, пектиновые вещест-

149

ва), лигнин, белки, жиры, липиды, дубильные вещества, воски и

смолы и др. Особую роль играют ферменты и фенолы.

Углеводы – большая группа органических веществ, куда входят

моносахариды, дисахариды, крахмал, целлюлоза (клетчатка), ге-

мицеллюлоза и др. Большая часть приходится на долю целлюлозы.

Особенно много ее в древесине – 50–60 %. В листьях и травах ее

содержится около 30 %.

Углеводные компоненты, поступающие в почву с растительны-

ми и животными остатками, довольно быстро подвергаются раз-

личным превращениям: ферментативному гидролизу, окислению,

конденсации. Их химическая трансформация в дальнейшем может

происходить различными путями:

а) в условиях высокой биологической активности наблюдается

распад углеводных соединений до мономеров с их дальней-

шей конденсацией;

б) низкая биологическая активность способствует накоплению

высокомолекулярных соединений за счет процессов арома-

тизации и карбоксилирования. Наиболее быстро процессам

разложения подвергаются простые углеводы (моно- и дисаха-

риды). Максимальное разложение углеводов наблюдается в

первые три месяца при значительном накоплении новообра-

зованных гемицеллюлоз.

Специфические функции углеводов в почве:

· формирование почвенной структуры за счет образования во-

допрочных агрегатов и усиления их стабильности, определяе-

мых высокой клеящей способностью микробных слизей, обу-

словленных различными углеводами;

· образование органоминеральных золей с полуторными окис-

лами и глинистыми частицами; ускорение выветривания ми-

нералов за счет образования хелатных соединений;

· участие в ионообменных процессах, т. е. значительное влия-

ние на поглотительную способность почвы;

· влияние на питание растений как путем непосредственного

поглощения (моносахариды), так и косвенным, через образо-

вание различных соединений (полисахариды);

· трансформация гумусовых веществ микроорганизмами ускоряет-

ся в присутствии углеводов как источника энергии и углерода.

Хотя вопросы о распространении углеводов в почвах, влиянии

типа почвы на их содержание и распределение пока изучены не-

достаточно, в целом, можно сделать вывод о существенной роли

углеводов в почвообразовании.

150

Гемицеллюлоза сопутствует целлюлозе и составляет 15–30 %

растительной массы.

Лигнин отличается высоким содержанием углерода, наличи-

ем бензольных колец с гидроксильными (ОН) и метоксильными

(ОСН

) группами, которые входят затем как структурные компо-

ненты гумусовых веществ. В растительных остатках содержание

лигнина может достигать 35 %.

Белки и аминокислоты – главные химические компоненты не-

специфических органических веществ, содержащие азот и фосфор.

Содержание белков в биомассах крайне неодинаково: древесина –

<1, сено (трава) – 5–10, грибы – 10–50; бактерии – 40–80 %.

В процессах почвообразования эти химические соединения

подвергаются действию протеолитических и дезаминирующих

ферментов. Аминокислоты в почвах могут быть свободными и

связанными. Однако в отличие от углеводных соединений коли-

чество свободных аминокислот больше содержится в связанных

фармах, а роль их более существенна, так как они являются

структурными элементами в синтезе белка, субстратом эндоген-

ного дыхания, регулятором ферментативных реакций. По профи-

лю наблюдается снижение как количества, так и разнообразия

состава аминокислот. При этом в сумме свободных аминокислот

возрастает относительное количество нейтральных соединений,

устойчивых к минерализации. Одной из особенностей аминокис-

лотного состава почв является корреляция последних с запасами

общего и гидролизуемого азота, почвенного гумуса. Таким обра-

зом, аминокислоты в почве являются важным звеном в системе

органическое вещество – питание растений

, обеспечивая усло-

вия для развития почвообразовательного процесса и возделыва-

ния сельскохозяйственных растений.

Смолы имеют различное химическое строение. Чаще всего

встречаются в хвойных деревьях.

Воски выполняют функции защитных веществ, содержатся в

незначительных количествах.

Дубильные вещества содержатся почти во всех растениях. Их

много в коре древесных пород (5–20 %), мало в травах и микроор-

ганизмах.

Смолы, воски и дубильные вещества плохо разлагаются в поч-

ве, а в некоторых случаях угнетают почвенную микрофлору.

Зольные вещества составляют золу, оставшуюся после сжига-

ния растительных и животных остатков. Содержание зольных эле-

ментов в живых объектах варьирует в зависимости от вида, возрас-