2.33. Оценка структуры и сложения пахотного слоя почв (по и.В. Кузнецовой, 1979)

Содержание водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм, %	Оценка		Равновесная плотность сложения, г/см3	Оценка плотности сложения
	Водопрочности структуры	Устойчивости сложения по структуре
Менее 10	Неводопрочная	Неустойчивое	Более 1,5	Очень плотное
10…20	Неудовлетворительная		1,5…1,4
20…30	Недостаточно удовлетворительная	Недостаточно устойчивое	1,4…1,3	Плотное
30…40	Удовлетворительная	Устойчивое	1,3…1,2	Уплотненное
40…60	Хорошая		1,2…1,1	Оптимальное для большинства культур
60…75(80)	Отличная	Высокоустойчивое	1,1…1,0
Более 75(80)	Избыточно высокая		Менее 1,0	Рыхлое (пашня вспушена)

Нижний предел указанных в таблице интервалов содержания водопрочных агрегатов относится к малогумусным почвам Нечерноземной зоны, а верхний — к высокогумусным почвам Черноземной зоны.

Агрономическое значение структуры имеет несколько аспектов.

1. В структурных почвах складывается наиболее благоприятный водно-воздушный режим благодаря рациональному сочетанию капиллярной и некапиллярной пористости. Они отличаются большей водопроницаемостью и влагоемкостью. Наличие некапиллярных пор способствует уменьшению испарения влаги с поверхности.

2. Достаточная аэрация при наличии доступной влаги создает лучшие условия для активизации микробиологических процессов, предотвращения денитрификации, мобилизации питательных веществ.

3. Благодаря сокращению поверхностного стока на структурных почвах уменьшается смыв и размыв, а структурные агрегаты размером более 1 мм устойчиво противостоят дефляции.

4. Агрономически ценная структура облегчает прорастание семян и распространение корней растений.

5. На структурных почвах уменьшаются энергетические затраты на механическую обработку, создаются возможности ее минимизации вплоть до отказа от основной обработки.

Процессы структурообразования в почвах протекают под влиянием физико-механических, физико-химических, химических и биологических факторов.

К числу физико-механических факторов относится разделение почвы на агрегаты в результате изменения объема и давления при переменном высушивании и увлажнении, замерзании и оттаивании воды в ней, давления корней растений, деятельности роющих животных и рыхлящего воздействия почвообрабатывающих орудий. Разрыхляющее воздействие промораживания на почву проявляется только при оптимально влажном ее состоянии. При замерзании переувлажненной почвы, наоборот, происходит разрыв структурных отдельностей, а промерзание сухой почвы не влияет на ее крошение.

Физико-химические факторы структурообразования — коагуляция и цементирующее воздействие почвенных коллоидов. При этом водопрочность обеспечивается только склеиванием частиц органическими коллоидами при их коагуляции двух- и трехвалентными катионами. Агрегаты, образующиеся при участии только минеральных коллоидов, водопрочностью не обладают. Наиболее водопрочная структура образуется при взаимодействии гуминовых кислот с минералами монтмориллонитовой группы и гидрослюдами. Минералы гидроксидов железа и алюминия играют важную роль в оструктуривании красноцветных глин и красноземов.

В числе химических факторов оструктуривания важную роль играет цементация агрегатов окисными формами железа при смене восстановительных условий окислительными в периодически переувлажняемых почвах. Такие агрегаты, по данным Н.А.Качинского, при высокой водопрочности имеют малую пористость (<40 %), поскольку часть объема пор постепенно заполняется гидроксидом железа.

Основная роль в структурообразовании принадлежит биологическим факторам, т.е. растительности и организмам, населяющим почву (особенно дождевым червям). Первоначальное представление о формировании водопрочной структуры, развитое В.Р.Вильямсом, сводилось к тому, что образующийся в ходе разложения растительных остатков "деятельный" перегной пропитывает почвенные комочки и склеивает их, затем происходят процессы денатурации, которые превращают "деятельный" перегной в цемент. При этом В.Р.Вильямс придавал решающее значение ульминовой кислоте и ее кальциевым солям.

Позднее было доказано, что в процессах образования водопрочных агрегатов ведущую роль играют гуминовые вещества. Природа их связи с минеральной частью почвы до конца не изучена, хотя показано, что она осуществляется через ионогенные группы гидроксидов железа, алюминия, обменных щелочноземельных катионов, сорбцию на внутренних поверхностях глинистых минералов монтмориллонитовой группы.

В дальнейшем были получены многочисленные данные о динамичности водопрочности почвенных агрегатов, когда в течение одного вегетационного периода наблюдалась смена увеличения водопрочности ее спадом. Отсюда вытекал вывод, что наряду с прочно клеящими материалами в почве имеются вещества, более лабильные в отношении клеящей способности. Такой способностью, как оказалось, обладают полисахариды растительного и микробного происхождения, причем вторые значительно в боль­шей степени, чем первые. Агрегирование почв под влиянием микроорганизмов имеет различные аспекты: сцепляющая сила мицелия актиномицетов и грибов, склеивание частиц слизистыми веществами, вырабатываемыми бактериями и выделяющимися при их автолизе.

Почвенные агрегаты, сформировавшиеся под влиянием раз­личных факторов, не могут обладать одинаковой стабильностью. Комочек почвы, склеенный гуминовыми веществами, устойчивыми к микроорганизмам, значительно медленнее разрушается, чем агрегат, сформированный под влиянием белков, бактериальных слизей или сцепляющей силы мицелия.

В географическом аспекте структурность почв коррелирует прежде всего с содержанием гумуса. Это правило корректируется солонцеватостью, засоленностью, оглеенностью, кислотностью почв, гранулометрическим и минералогическим составом.

Физико-механические свойства: пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость (или сопротивление пенетрации) и сопротивление при обработке.

Пластичность оценивается по числу пластичности – разнице между нижним и верхним пределами пластичности (пределом текучести и пределом раскатывания). Глинистые почвы имеют число пластичности более 17, суглинистые – 7…17, супеси – менее 7, пески непластичны (число пластичности приближается к 0). Пластичность сильно возрастает с повышением содержания набухающих минералов в почвах, особенно солонцовых. Наибольшей пластичностью отличаются глинистые солонцы, содержащие обменного натрия 25…30 % и более от емкости поглощения. Пластичность уменьшается при высоком содержании гумуса.

Липкость проявляется при влажности почвы, близкой к верхнему пределу пластичности. Увеличение степени насыщенности почв кальцием снижает липкость, натрием – резко увеличивает. Наименьшей липкостью обладают песчаные почвы, наибольшей – глинистые. Высокогумусированные почвы даже при высоком увлажнении (30…40 %) не проявляют липкости. По липкости почвы подразделяются на предельно вязкие (более 15 г/см²), сильновязкие (5…15 г/см²), средние по вязкости (2…5 г/см²), слабовязкие (менее 2 г/см²). Состояние влажности, при котором почва утрачивает липкость, отвечает физической спелости почв.

Способность к набуханию и усадке различных почв изменяются пропорционально содержанию глинистых и особенно коллоидных частиц, минералов монтмориллонитовой группы, органических коллоидов, и сильно возрастет с повышением содержания обменного натрия. Сильное набухание при высокой влажности вызывает разрушение почвенной структуры. Усадка при высыхании приводит к трещиноватости почв, разрыву корней растений, усилению физического испарения.

Важнейшие технологические показатели затрат на обработку почвы обусловлены ее связностью и твердостью. Наибольшей связностью характеризуются сухие глинистые бесструктурные почвы с небольшим содержанием гумуса и большой долей натрия в ППК, наименьшей – песчаные.

Удельное сопротивление почв в зависимости от гранулометрического состава, физико-химических свойств, влажности, плотности и структурного состояния изменяется в пределах 0,2…1,2 кг/см² (таблица 2.34.) Наименьшим удельным сопротивлением характеризуются почвы легкого гранулометрического состава, наибольшим – тяжелосуглинистые и глинистые почвы, особенно солонцы, содержащие более 20 % обменного натрия от емкости поглощения. Максимальное удельное сопротивление обработке наблюдается при влажности, близкой к влажности устойчивого завядания, минимальное – при влажности почвы, соответствующей физической спелости. Удельное сопротивление почв под пропашными культурами значительно меньше, чем под зерновыми и многолетними травами, на целинных и залежных почвах оно выше на 45…50 %, чем на старопахотных.

Физическая спелость почв – состояние готовности почвы к обработке, обусловленное такой влажностью, когда почва обладает минимальным удельным сопротивлением и хорошо крошится, не распыляясь при этом.

Твердость почвы (или сопротивление пенетрации) – сопротивление почвы внедрению в нее зонда цилиндрической или конусообразной формы небольшого диаметра (атм, кПа или другие единицы давления). Она определяется специальными приборами (твердомерами), которые измеряют силу проникновения в почву штампа известной формы, как правило цилиндрической или конусовидной. Измеряя силу и зная величину площади проникновения штампа, рассчитывают твердость, или сопротивление пенетрации в единицах давления. С помощью сопротивления пенетрации оценивают степень переуплотнения почвы (табл. 2.35)