Раздел 5. Почвенные свойства и режимы

Программные вопросы: Общие физические свойства, их влияние на лесорастительные свойства почв и плодородие. Физико-механические свойства почвы и их влияние на развитие растений. Физическая спелость почвы. Оптимальные параметры для произрастания основных пород лесообразователей. Мероприятия по улучшению физико-механических свойств почвы. Лесоводственное значение физических и физико-механических свойств почвы. Почвенная вода, её категории и виды. Водный потенциал. Основные закономерности передвижения воды в почве. Водные свойства почв: влажность, влагоемкость, водоудерживающая способность, водопроницаемость, водоподъемная способность. Почвенно-гидрологические константы. Водный баланс почв. Типы водного режима. Основные мероприятия по регулированию водного режима. Особенности водных свойств лесных почв. Воздушные свойства: воздухоёмкость, воздухопроницаемость, аэрация. Процессы аэрации, их сущность и причины. Воздушный и газовый режимы почв. Значение аэрации для жизни растений. Тепловые свойства почвы: теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность. Тепловой режим почв и его типы. Тепловой баланс почвы. Факторы, определяющие тепловой режим почв. Особенности теплового режима лесных почв. Влияние на тепловой режим почвы снежного покрова, растительности (древесного полога, подлеска, живого напочвенного покрова и лесной подстилки). Гидрологическая роль древесных насаждений.

Методические указания. Студентам необходимо уяснить различие между основными свойствами (общие физические, физико-химические, водные, воздушные, тепловые, структура) и функциональными, связанными с различными почвенными режимами. Общие физические свойства - плотность почвы, плотность твердой фалы и пористость.

Плотность твердой фазы - отношение массы ее твёрдой фазы к массе воды в том же объёме при температуре 4^оС (г/см³). Плотность почвы - масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном состоянии (г/см³, объёмная плотность). Пористость (порозность или скважность) -суммарный объем пор между частицами твёрдой фазы, выраженная в %. Некапиллярные поры обеспечивают водопроницаемость и воздухообмен. Капиллярные поры создают водоудерживающую способность почвы, т.е. удерживают воду за счёт капиллярных сил.

Физико-механические свойства - проявляются при воздействии внешних нагрузок и имеют большое значение для оценки технологических свойств почвы. Физико-механические свойства - пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твёрдость, удельное сопротивление и другие.

Оптимальные параметры физических и физико-механических свойств можно достичь за счёт выбора оптимальных сроков обработки почвы, применения рыхления подпахотного слоя на тяжёлых почвах, внесения органических удобрений, посева сидератов, известкования, гипсования, снижения уплотняющего действия техники; применения современных технологий возделывания культур. Студент должен четко представлять лесоводственное значение физических свойств почв, определяемое соотношением в ней воздуха, влаги и тепла.

Студент должен обратить внимание на тепловые свойства почвы, определяющие степень их промерзания и распределение почв по тепловому режиму. Тепловые свойства почвы — это совокупность свойств, обуславли-вающих способность почв поглощать и перемещать в своей толще тепловую энергию, которая накапливается в почве за счёт лучистой энергии солнца, атмосферной радиации, внутренней теплоты земного шара, энергии биохи-мических процессов разложения органических остатков, радиоактивного распада. К ним относятся теплопоглотительная способность, теплоёмкость и теплопроводность. По характеру теплоёмкости почвы делятся на холодные и теплые. Глинистые почвы более теплоёмки, нагреваются медленно и считаются холодными, песчаные теплые. Почвы богатые органикой более теплоемки и холоднее минеральных. Совокупность явлений поглощения, передвижения и отдачи тепла в почве называется тепловым режимом почв. Тепловой режим почвы определяется распределением температур на разной глубине и в разные периоды. Роль теплового режима для растений и биологических процессов определяется количеством тепла, влаги и воздуха в почве. Тепловой режим почвы характеризуется радиационным, или тепловым, балансом. В зависимости от среднегодовой температуры и промерзания почвы В.Н. Димо выделяет четыре типа температурного режима почвы: мерзлотный, длительно сезонно-промерзающий, сезонно-промерзающий, непромерзающий. Регулирование теплового режима обеспечивается агротехническими и лесокультурными мероприятиями: снегонакопление, прикатывание снега, посыпание его золой, оставление гребнистой пашни, мульчирование темными веществами, покрытие пленкой, создание лесных полос.

Необходимо знать, что совокупность ряда физических свойств почв, определяющих состояние и поведение почвенного воздуха в профиле, называются воздушно-физическими свойствами почв: воздухоёмкость, воздухосодержание, воздухопроницаемость, аэрация. Между почвенным воздухом и атмосферой происходит постоянный обмен газами (воздухообмен), который зависит от атмосферных условий, физических свойств почвы, физических свойств газов, физико-химических реакций, протекающих в почве. Процессы дыхания и разложения постоянно пополняют атмосферные запасы СО₂. В процессах, характеризующихся нормальным кислородным (Д_К) обменом происходит эквивалентный обмен О₂ на СО₂. Дк=С_СО2/С_О2 = 1. Высокоинформативный показатель биологической активности почв, так называемое «дыхание почв», характеризуется скоростью выделения СО₂ за единицу времени с единицы площади.

При изучении водных свойств почвы студент должен уяснить, что почвенная вода - это особая физико-химическая система, обеспечивающая процессы выноса, перемещения и аккумуляции веществ и энергетического материала в пространстве, формирования генетических горизонтов и почвенного профиля, являющаяся терморегулятором, влияя на тепловой баланс и режим почвы, и представлена различными категориями или формами. А.А. Роде выделил пять категорий почвенной воды твёрдую, парообразную, химически связанную, сорбированную и свободную. Все категории почвенной воды имеют определённые свойства и оказывают влияние на интенсивность и направленность процессов почвообразования. Движение воды в почве осуществляется с помощью капиллярных, сорбционных и гравитационных сил. К важнейшим водным свойствам почв относятся водопроницаемость, водоподъемная способность, водоудерживающая способность, влагоёмкость.

Студент должен знать градацию почв по водопроницаемости предложенную Качинским Н.А. Если почва пропускает за 1 час 1000 мм воды при напоре 5 см и Т=10^оС, то водопроницаемость считается провальной; от 1000 до 500 мм - излишне высокой, от 500 до 100 – наилучшей, от 100 до 70 мм – хорошей, от 70 до 30мм - удовлетворительной, менее 30 мм - неудовлетворительной.

Студент должен уяснить, что границы значений влажности, характеризующие пределы появления различных категории почвенной влаги, называются почвенно-гидрологическими константами. Почвенно-гидрологические константы: максимальная гигроскопичность (МГ), влажность завядания (ВЗ), влажность разрыва капилляров (ВРК), наименьшая влагоёмкость (НВ), полная влагоёмкость (ПВ).

Студент чётко должен представлять, что поведение поды в почве в различных почвенно-климатических зонах формирует определённым водный баланс и тип водного режима. Водным режимом называют совокупность протекающих в почве процессов поступления, передвижения, сохранения и потерь воды. Количественно его выражают через водный баланс. Водный режим почв формируется под влиянием климата, рельефа, водно-физических свойства почв, условий водного питания.

Особое влияние на водный режим почв оказывает хозяйственная деятельность человека. Практически характер водного режима определяется по соотношению между количеством осадков по средним многолетним данным и испаряемостью за год. Отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости называется коэффициентам увлажнения (КУ). КУ = ∑_ОС/Е. С агрономической точки зрении наиболее целесообразно выделение шести (по Высоцкому - Роде) типов водного режима: промывной, периодически промывной, непромывной, выпотный, мерзлотный и ирригационный.

Студент должен знать, что, изменяя приходные и расходные статьи водного баланса, можно существенно влиять на общие и полезные запасы влаги и этим способствовать получению устойчивой продуктивности растений. Уменьшение расхода влаги достигается рыхлением, боронованием, культивацией, вспашкой, мульчированием. Увеличение расхода влаги осуществляется подбором влаголюбивых растений, прикатыванием, уничтожением дернины, оставлением пашни в гребнях, грядовой вспашкой, посадкой массивных лесных насаждений, высоко

Водный режим лесных почв определяется наличием лесной подстилки и особенностями водных и физических свойств в почвенных горизонтах. Обладая высокой фильтрацией, лесные подстилки препятствуют образованию поверхностного стока, способствуют формированию нисходящего тока воды и пополнению запасов почвенной влаги, а также защищают структурные комочки от разрушения, обеспечивают сохранение высокой водопроницаемости нижележащих минеральных горизонтов, предохраняя тем самым почву от водной эрозии.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте физические и физико-механические свойства почвы, и каково их лесоводственное значение? 2. Что такое плотность почвы, плотность её твердой фазы, порозность и их влияние на плодородие? 3.Дайте определение структуры почвы, назовите процессы и приёмы её восстановления, и роль в плодородии? 4. Дайте характеристику тепловых свойств почвы и их лесорастительную оценку. 5. Назовите типы теплового режима и приёмы их регулирования. 6. Назовите виды почвенного воздуха и его состав. 7. Как влияет почвенный воздух на жизнь почвы и продуктивность растений? 8.Охарактеризуйте воздушные свойства почвы и факторы, определяющие газообмен. 9.Что такое воздушный режим почвы и приёмы его оптимизации? 10. Дайте характеристику категориям воды в почве, их свойства и доступность растениям. 11. Что такое почвенно-гидрологические константы, и каково их влияние на лесорастительные свойства почв? 12. Охарактеризуйте основные водные свойства и их значение в почвообразовании. 13. Какие свойства почв определяют водные свойства? 14. Какие типы водного режима Вы знаете и приёмы их регулирования? 15. Охарактеризуйте особенности водных свойств лесных почв.

Литература

1. Белобров, В.П. География почв с основами почвоведения: Учеб. Пособие для вузов [Текст] /В.П. Белобров, И.В. Замотаев, С.В. Овечкин; Под ред. В.П. Белоброва. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – С. 91-100.

2. Газизуллин, А.Х. Почвоведение. Общее учение о почве: учебное пособие [Текст] /А.Х. Газизуллин. – М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. – С. 188-217, 229-282.

3. Горбылёва, А.И. Почвоведение с основами геологии: уч. пособие [Текст] /А.И. Горбылёва, Д.М. Андреева, В.Б. Воробьёв, Е.И. Петровский. – Мн.: Новое знание, 2002. – С. 191-246.

4. Зеликов, В.Д. Почвоведение с основами геологии: Учебное пособие [Текст] /В.Д. Зеликов. – МГУЛ. – 3-е изд. - М.: Изд-во МГУЛ, 2008.- С. 102-122.

5. Кауричев, И.С. Почвоведение: учебн. для вузов [Текст] /И.С Кауричев, Н.П.Панов, Н.Н. Розов, М.В. Стратонович, А.Д. Фокин. – М.: Агропромиздат, 1989. – С. 189-243.

6. Ковриго, В.П. Почвоведение с основами геологии: учебн. для вузов [Текст] /В.П. Ковриго, И.С. Кауричев, Л.М. Бурлакова. – М.: Колос, 2000. – С. 136-156, 162-175.

7. Мамонтов, В.Г. Общее почвоведение [Текст] /В.Г. Мамонтов, Н.П. Панов, И.С. Кауричев, Н.Н. Игнатьев. – М.: КолосС, 2006. – С. 328-406.