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

Подождите немного. Документ загружается.

201

При известной значимости в аэрации почвы диффузии и фи-

зического изменения объема воздушной массы важным фактором

аэрации следует признать постоянную изменяемость воздухоемко-

сти почвы, а это в первую очередь связано с динамикой влажно-

сти. Увлажнение почвы осадками или орошением, испарение воды,

транспирация ее растениями – факторы постоянного газообмена

почвы и атмосферы. С влажностью почвы также связано измене-

ние поровых пространств при набухании и усадке твердой фазы

почвы.

При аэрации почвы постоянна тенденция уравнивания вещест-

венного состава воздуха почвы и атмосферы. Но равновесие всегда

нарушается в сторону накопления продуктов жизнедеятельности

организмов и тем в большей степени, чем выше биологическая ак-

тивность. В связи с этим различают суточную и сезонную динами-

ку почвенного воздуха.

Суточная динамика определяется суточным ходом атмосферно-

го давления, температур, освещенности, изменениями скорости фо-

тосинтеза. Эти параметры контролируют интенсивность диффузии,

дыхание корней, микробиологическую активность.

Суточные колебания состава почвенного воздуха затрагивают

лишь верхнюю полуметровую толщу почвы. Амплитуда этих из-

менений для кислорода и диоксида углерода невелика. Наиболее

существенно в течение суток изменяется интенсивность почвенного

дыхания.

Сезонная (годовая) динамика определяется годовым ходом ат-

мосферного давления, температур и осадков и тесно связанными с

ними вегетационными ритмами развития растительности и микро-

биологической деятельности. Годовой воздушный режим включает

в себя динамику воздухозапасов, воздухопроницаемости, состава

почвенного воздуха, растворения и сорбции газов, почвенного ды-

хания.

Сезонная динамика состава почвенного воздуха отражает

биологические ритмы. Концентрация диоксида углерода имеет в

верхней толще четко выраженный максимум в период наивысшей

биологической активности. В это время происходит насыщение

почвенной толщи углекислотой. По мере затухания биологической

деятельности происходит отток СО

за пределы почвенного профи-

ля. Концентрации кислорода имеют обратную зависимость.

Воздушная фаза – важная и наиболее мобильная составная

часть почв, изменчивость которой отражает биологические и био-

химические ритмы почвообразования. Количество и состав поч-

202

венного воздуха оказывают существенное влияние на развитие и

функционирование растений и микроорганизмов, на растворимость

и миграцию химических соединений в почвенном профиле, на ин-

тенсивность и направленность почвенных процессов. Кроме того,

почва является поглотителем, сорбирующим токсичные промыш-

ленные выбросы газов и очищающим атмосферу от техногенного

загрязнения.

Воздействие кислорода на жизнь растений проявляется в актах

дыхания. При недостатке О

дыхание ослабляется, что уменьшает

метаболическую активность и в конечном итоге снижает их уро-

жай. Повышение аэрации почвы способствует лучшему развитию

корней, более интенсивному поглощению питательных веществ

растениями, усилению их роста и увеличению урожая при дос-

таточном количестве почвенной воды. При отсутствии свободного

кислорода в почве развитие растений прекращается. Оптимальные

условия для них создаются при содержании кислорода в почвен-

ном воздухе около 20 %.

При недостатке О

в почве создается низкий окислительно-вос-

становительный потенциал, развиваются анаэробные процессы с

образованием токсичных для растений соединений, снижается со-

держание доступных питательных веществ, ухудшаются физиче-

ские свойства, что в совокупности снижает плодородие почвы.

Большая часть углекислого газа почвенного воздуха образует-

ся в процессах работы макро- и микроорганизмов, причем около

30 % за счет дыхания корней высших растений и около 65 % – при

разложении органических остатков микроорганизмами. Избыток

углекислоты угнетает развитие корней и прорастание семян.

Однако современная концентрация СО

в атмосферном воздухе не

вполне достаточна для потенциальной возможности биологической

продуктивности зеленого листа (Ковда). Следует помнить, СО

исключительных концентрациях – быстродействующий яд и при

почвенных исследованиях разрезы, особенно в болотных почвах,

должны быть хорошо проветриваемые, так как СО

как тяжелый

газ воздуха склонен к накоплению в понижениях.

Существует высокоинформативный показатель биологической

активности почв, так называемое «дыхание почв», которое харак-

теризуется скоростью выделения СО

за единицу времени с еди-

ницы поверхности. Интенсивность «дыхания почв» колеблется от

0,01 до 1,5 г/м

/ч и зависит не только от почвенных и погодных

условий, но и от физиологических особенностей растительных и

микробиологических ассоциаций, фенофазы, густоты раститель-

203

ного покрова. «Почвенное дыхание» характеризует биологическую

активность экосистемы в каждый конкретный период времени.

Сравнительный уровень плодородия почв, фиксируемый при опре-

делении «дыхания» по выделению СО

, производят в оптимально

насыщенной влагой почвенной массе (60 % от наименьшей влаго-

емкости). Различия в уровнях могут изменяться в широких преде-

лах (10–100 %) при анализе генетически отдаленных и антропоген

но измененных почв.

Оценивать воздухоемкость почв и ее экологическую значимость

необходимо всегда в комплексе с другими характеристиками поч-

вы, от которых напрямую зависит объем воздуха. Об этом сви-

детельствуют расчетные данные табл. 5.18, полученные на основе

полевых наблюдений.

Таблица 5.18

Состояниекорневойсистемыяблонивпочвахразличного

гранулометрическогосоставаиплотности(г/см

)принасыщенииихвлагойдо

наименьшейвлагоемкости,атакжесодержаниеприэтомпродуктивнойвлаги,

втомчислетруднодоступной,присоответствующемобъемевоздуха

(понеговеловуиВалькову)

Легкий суглинок Средний суглинок Тяжелый суглинок Глина Тяжелая глина

Влажность завядания, %:

7,0 11,0 15,0 18,0 22,0

При этом наблюдается хорошее развитие корневой системы, продуктивной влаги 16 %, в том числе

труднодоступной 8 %, объем воздуха в почве 14 %, когда плотность почвы составляет:

1,59 1,46 1,34 1,25 1,19

Снижение густоты корней в почве, продуктивной влаги 16 %, в том числе труднодоступной 8 %,

объем воздуха 8 % при плотности:

1,50 1,58 1,46 1,38 1,29–1,36

Ограниченной проникновение корней из-за плотности почвы и недостатка кислорода, продуктивной

влаги 16 %, в том числе труднодоступной 8 %, объем воздуха 4 % при плотности:

1,73 1,66 1,53–1,57 1,45–1,53 1,40–1,43

Проникновение корней встречает значительное физическое сопротивление, продуктивной влаги

15 %, в том числе труднодоступной 8–10 %, объем воздуха 3 % при плотности:

1,81 1,71-1,75 1,61 1,60 1,59

Почва не преодолима для корней, продуктивной влаги 5–15 %, в том числе труднодоступной 5–9 %,

объем воздуха 3 % при плотности:

– 1,83–1,90 1,69–1,91 1,66 1,70

5.4.Структурапочв

Почвенные горизонты состоят из агрегатов или структурных

отдельностей определенной формы и размеров. Структурные аг-

регаты сформированы из механических элементов фракций пыли

204

или ила. Они удерживаются в сцепленном виде в результате коа-

гуляции коллоидов, склеивания, слипания, остаточных валентно-

стей и водородных связей, адсорбционных и капиллярных явлений

в жидкой фазе, а также с помощью корневых тяжей, грифов гри-

бов и слизи микроорганизмов. Песчаные фракции механических

элементов могут присутствовать в составе агрегатов. Однако, чем

больше крупных фракций механических элементов, тем меньше

вероятность структурной агрегированности почв. Песчаные и су-

песчаные почвы, как правило, бесструктурны, а оструктуривание

почв начинается проявляться с легкосуглинистых почв и достигает

своего максимального проявления в глинистых.

Агрегаты различают по форме и размерам. В почвоведении

применяется детальная классификация структурных отдельно-

стей, разработанная С. А. Захаровым. В обобщенном виде выделя

ют структурные агрегаты:

– по форме – кубовидные (зернистые, комковатые, глыбистые),

призмовидные и плитовидные;

– по размерам (мм) – микроагрегаты (< 0,25), мезоагрегаты

(0,25–7) и макроагрегаты (> 7).

Каждая полноразвитая почва характеризуется типичной для

этой почвы структурным сложением, которое сформировалось в

определенных экологических условиях генезиса ландшафтов и

почв как их компонента. Так, с большой достоверностью можно

сказать, что в природе не существуют бесструктурные почвы, разве

что только среди песков.

Кроме морфолого-генетического понимания структуры суще-

ствует агрономическое (агрофизическое) понимание структурных

и бесструктурных почв. В агрономическом смысле почва счита-

ется структурной, если в ее составе преобладают агрономиче-

ски ценные мезоагрегаты, т. е. отдельности размером от 0,25 до

7 (10) мм. Иные почвы считаются бесструктурными.

В значительной степени экологическая оценка почв определя-

ется их структурным состоянием и в первую очередь количеством

и качеством зернистой и мелкокомковатой структуры. Эти агрега-

ты создают среду экологически гармоничного соотношения в поч-

венной массе воды и воздуха. При влажности на уровне наимень-

шей влагоемкости вода занимает 60, а воздух 40 % объема почвы.

Условия оптимальны для развития корневых систем растений и

почвообитающих животных. Успешно развиваются аэробные мик-

роорганизмы в межагрегатной среде и на поверхности агрегатов, а

анаэробные формы – в массе самих агрегатов.

20 5

В почвах с зернистой комковатой структурой резко сокраща-

ется расход влаги на непродуктивное испарение, повышается ус-

тойчивость к водной эрозии и дефляции. При обработке требуются

меньшие затраты труда, создаются условия для прорастания се-

мян, роста и развития возделываемых растений.

При оценке структурного состояния важно, чтобы агрегаты

были водопрочными, долговечно устойчивыми, что обеспечивает

стабильность экологической ситуации. Разрушение структуры мо-

жет происходить только при резком изменении условий внешней

среды: механические воздействия (машинная деградация, паст-

бищная нагрузка), изменение физико-химической обстановки (осо-

лонцевание, содовое засоление и др.). Практически оценка струк-

турного состояния приведена в табл. 5.19, 5.20.

Таблица 5.19

оценкаструктурыисложенияпахотногослояпочв(поКузнецову)

Содержание водопрочных

агрегатов более 0,25 мм, %

Оценка

водопрочности структуры

устойчивости сложения по

структуре

Менее 10 Неводопрочная Неустойчивое

10–20 Неудовлетворительная

20–30 Недостаточно удовлетворительная Недостаточно устойчивое

30–40 Удовлетворительная

40–60 Хорошая Устойчивое

60–75 (80) Отличная Высокоустойчивое

Более 75 (80) Избыточно высокая

Таблица 5.20

Шкаладляоценкиструктурногосостоянияпочвы(системаРосгипрозема)

Содержание агрегатов размером 0,25–10 мм к весу, %

Оценка структурного состояния

воздушно-сухих водопрочных

80 70 Отличное

80–60 70–55 Хорошее

60–40 55–40 Удовлетворительное

40–20 40–20 Неудовлетворительное

20 20 Плохое

206

5.5.плотностьпочв

Плотность почв относят к общим физическим свойствам. Различают

плотность твердой фазы почвы и собственно плотность почвы.

Плотность твердой фазы



– средняя плотность почвенных

частиц – масса сухого вещества почвы (М) в единице его истинно-

го объема (V

), т. е. в единице объема твердой фазы почвы, выра-

женная в г/см

или т/м

d = M/V

Различные типы почв имеют неодинаковую плотность твердой

фазы. Ее величина для минеральных почв колеблется от 2,4 до

2,8 г/см

и зависит от минералогического состава почвы и содержа-

ния органических компонентов. Типична следующая закономер-

ность: чем больше в почвах органических веществ, тем ниже их

плотность, и чем больше в почвах минералов окислов железа, тем

выше плотность твердой фазы.

Плотность почвы

– масса сухого вещества почвы (М) в еди-

нице ее объема ненарушенного естественного сложения (V), выра-

женная в г/см

или т/м

= M/V.

Неблагоприятный для растений водно-воздушный режим почв

тесно связан с их плотностью. Плотность почвы определяет соотно-

шение между твердой, жидкой и газообразной фазами. Величины

ее связаны со структурным состоянием почвы. В то же время плот-

ность является показателем, который можно учесть сравнительно

просто, поэтому ее используют как основной количественный пока-

затель оценки качества почвы со стороны ее физических свойств.

Различают плотность сухой почвы и плотность при естествен-

ном увлажнении. Однако расчет всегда ведется на сухую почву.

При определении плотности почвы важно указание на влажность,

так как разноувлажненные почвы имеют неодинаковую плотность,

которая зависит от содержащихся в почве набухающих минералов

(В. И. Морозов). Так, плотность сухого образца слитозема остав-

ляет около 2,00, а влажного на уровне нулевой воздухоемкости

1,45 кг/дм

Синоним – удельный вес почвы (уст.).

Синонимы – объемный вес почвы, объемная масса почвы (уст.).

207

Растения неодинаково реагируют на плотность профиля.

Выделяются культуры генетически приспособленные только к

рыхлым почвам: черешня, яблоня, виноград, абрикос, картофель

и другие клубнеплоды, овощные культуры и др. Растения хорошо

приспособленные к повышенной плотности почвенного профиля на

всю глубину корнеобитаемой толщи: люцерна, подсолнечник, ку-

куруза, слива, вишня, рис и др.

Визуальная оценка сложения проводится по плотности и порис-

тости почв, оцениваемые в сухом состоянии.

По плотности почв различают:

Слитое (очень плотное) сложение –

лопата или нож при силь-

ном ударе входят в почву на незначительную глубину, не более

1 см; характерно для слитых черноземов, иллювиальных горизон-

тов солонцов.

Плотное сложение – лопата или нож при большом усилии вхо-

дят в почву на глубину 4–5 см и почва с трудом разламывается

руками; типично для иллювиальных горизонтов суглинистых и

глинистых почв.

Рыхлое сложение –

лопата или нож легко входят в почву, почва

легко разламывается руками, хорошо оструктурена, но структур-

ные агрегаты слабо сцементированы между собой; наблюдается в

хорошо оструктуренных гумусовых горизонтах.

Рассыпчатое сложение – почва обладает сыпучестью, отдель-

ные частицы не сцементированы между собой; характерно для па-

хотных горизонтов супесчаных и песчаных почв.

Представление о плотности твердой фазы отдельных компонен-

тов почвы и о плотности разных почв дает табл. 5.21.

Таблица 5.21

плотностьтвердойфазыминеральных

иорганическихкомпонентовпочвы,г/см

Минералы

и органические компоненты

Плотность

Минералы

и органические компоненты

Плотность

Гипс 2,30–2,35 Роговая обманка 2,90–3,40

Кварц 2,60–2,65 Лимонит 3,50–4,00

Мусковит 2,76–3,00 Торф, лесные подстилки 0,40–0,90

Слюда 2,80–3,20 Гумус 1,30–1,40

Монтмориллонит 2,10 Оливин 3,30–3,40

Каолинит 2,60 Гранит 3,40–4,30

Магнетит 5,10–5,30 Ортоклаз 2,50–2,60

208

Плотность почвы в среднем определяется величинами 1,2–1,4.

К ним оказались экологически приспособленными большинство

растений. Однако отклонения от средних величин могут быть зна-

чительными, как правило, создавая экстремальные условия для

живых организмов в почвенной среде.

Важное значение имеет оценка оптимальной и негативной

плотности пахотного горизонта, где обычно располагается основ-

ная масса активных корней большинства сельскохозяйственных

культур. Сводка этих данных приведена в табл. 5.22, 5.23.

Таблица 5.22

плотностьнекоторыхпочвигрунтов,г/см

Почвы, грунты Плотность Почвы, грунты Плотность

Торф 0,2–0,5 Солонцовый горизонт 1,5–1,7

Пухлый солончак 0,8–1,0 Глыбы после вспашки 1,7–1,9

Подзолистый горизонт 1,2–1,5 Корка после полива 1,6–1,9

Болотные почвы 1,1–1,3 Третичные глины 1,7–2,0

Лессы

Целинный чернозем

1,3–1,5

1,2–1,3

Слитой горизонт в сухом

состоянии

1,9–2,0

Свежая вспашка 1,0-1,1 Иллювиальные горизонты 1,6-1,8

Таблица 5.23

оптимальныеинеблагоприятныевеличиныплотностипахотногогоризонта

почвдлясельскохозяйственныхкультур

Культуры Почвы

Плотность, г/см3

Авторы

оптимальные

значения

неблагоприятные

величины

Ячмень, лен Дерново-подзолистые <1,5 >1,5 Жученков

Яровая пшеница – || – <1,4 >1,4

Бобовые и горох – || – <1,3 >1,3

Сахарная свекла Серые лесные 1,0–1,2 1,4 Наумов

Картофель 1,0–1,2 1,4

Пшеница, кукуруза Черноземы выщелоченные 1,2–1,3 1,50 Вербов

Подсолнечник – || – 1,26 <1,05

Подсолнечник Черноземы обыкновенные 1,20–1,25 >1,25

Борисов,

Сакко

Хлопчатник Сероземы 1,2–1,3 1,4

Слесарева,

Рыжова

Люцерна Разные почвы До 1,60 1,60 Озимов

Люпин, вика Кислые почвы 1,1–1,2 1,2 Филимонов

Рис Лугово-черноземные 1,45–1,55 >1,45 Кандауров

Сахарный тростник Ферраллитно-кальциевые 1,0–1,2 >1,35 Агафонов

209

Создание оптимальной плотности пахотного слоя – важнейший

прием повышения урожайности. По данным С. Н. Тайчинова, оп-

тимальная плотность пашни дает следующую прибавку урожая

в сравнении с излишне уплотненными почвами: яровая пшеница

1,5, просо 2,5, кукуруза на силос 25–40, сахарная свекла 8–10,

картофель 15 ц/га.

На основе изучения почв Предкавказья установлено, что макси-

мальные урожаи сельскохозяйственных культур получают на чер-

ноземах с плотностью в горизонте АВ порядка 1,30–1,35 при других

оптимальных показателях почвенных свойств. Поэтому граница оп-

тимальных значений плотности нижней толщи почвы определяет-

ся величиной 1,35. Последовательное увеличение плотности почвы

ведет к постепенному снижению урожайности (табл. 5.24). Обычно

увеличение плотности почвы в ее корнеобитаемом слое на 0,1 сни-

жает урожай зерновых культур на 10–15 % (Иванов, Стойнев).

Таблица 5.24

плотностьпочвыпахотногослоя,г/см

(Бондарев,Медведев)

Показатель

Оптимальный параметр

значение интервал

Культурная свежевспаханная пашня 1,00–1,10

То же, по отношению к сельскохозяйственным

культурам в условиях среднего по увлажнению года

Дерново-подзолистая тяжело- и срсднесуглимистая:

зерновые колосовые 1,22 1,10–1,40

кукуруза 1,15 1,10–1,20

кормовые бобы 1,21 1,10–1,30

картофель 1,11 1,00–1,20

То же, легкосуглинистая и супесчаная:

зерновые колосовые 1,27 1,25–1,35

кукуруза 1,22 1,10–1,45

Черноземы типичные, оподзоленные и серые лесные

почвы лесостепи тяжело- и среднесуглинистые:

зерновые, колосовые 1,21 1,05–1,30

сахарная свекла 1,14 1,00–1,26

То же, легкосуглинистые:

зерновые, колосовые 1,23 1,10–1,40

Черноземы обыкновенные, южные и каштановые

почвы степи тяжелосуглинистые и легкосуглинистые:

зерновые, колосовые 1,19 1,05–1,30

кукуруза 1,19 1,05–1,30

Сероземы:

хлопчатник 1,26 1,20–1,40

210

Важное значение имеет оценка плотности почвы для плодовых

насаждений. Критическая величина зависит от гранулометриче-

ского состава почвы. Для тяжелых почв – она меньше, для легких

несколько больше (табл. 5.25, 5.26, 5.27).

Таблица 5.25

Снижениепродуктивностичерноземов

померевозрастанияплотностигоризонтааВ

Плотность Продуктивность Плотность Продуктивность

1,35 1,00 1,55 0,75

1,40 0,94 1,60 0,69

1,45 0,87 1,65 0,64

1,50 0,82 1,70 0,58

Таблица 5.26

Реакцияплодовыхкультурнастепеньуплотнениясуглинистых

иглинистыхпочв(Вальков,неговелов)

Состояние

плодовых культур

Горизонты

почв, см

Черешня,

абрикос

Яблоня, груша,

айва, персик

Слива,

вишня

Примечание

Деревья

долговечны,

обильно

плодоносят

20–80 Менее 1,45 Менее 1,50 Менее 1,50

Глубокое

уплотнение не

имеет значения

для сливы на

дренированных

почвах

80–150 Менее 1,45 Менее 1,50 Менее 1,55

150–200–300 Менее 1,50 Менее 1,50 Менее 1,50

Деревья растут

и плодоносят

удовлетворительно

20–80 Менее 1,45 Менее 1,50 Менее 1,55

80–150 Менее 1,48 Менее 1,55 1,60–1,70

150–200–300 Менее 1,50 1,55–1,75 1,65–1,75

Деревья

удовлетворительны

только на

дренированных

склонах не менее

3–10°

20–80 Менее 1,45 Менее 1,50 Менее 1,55

Данные указания

имеют значение

только для районов

достаточного

увлажнения. В

степных районах

уплотнение почвы

недопустимо

использовать под

сады

80–150 Менее 1,48 1,50-1,60

Не имеет

значения

150–200–300 1,50-1,55

Не имеет

значения

Деревья резко

угнетены и не

плодоносят

20–80 Более 1,50 Более 1,60 Более 1,70

80–150 Более 1,55 Более 1,65 Более 1,70

150–200–300 Более 1,60 Более 1,70