677

Таблица 22

Содержание химических элементов в почвах и литосфере, %, [8]

Минеральная часть почвы. Минеральная часть почвы оставляет 90-99% массы почвы и имеет сложный минералогический и химический состав. Около 90 % общей массы минеральной части приходится на кислород, кремний и алюминий, около 10% – на долю железа, калия, кальция, магния, водорода, фосфора, марганца, серы и др. На все остальные элементы приходится около 0,5%.

Минеральная часть почвы образовалась за счѐт физиче-

ского, химического и биологического выветривания. Основ-

ными факторами физического выветривания являются температура, механическая сила воды и ветра, движение ледников. Под химическим выветриванием понимают совокупность таких явлений, в результате которых минералы, слагающие горные породы, подвергаются химическому распаду и изменяют химический состав и строение. В результате этих процессов образуются новые минералы. Факторами химического выветривания являются атмосферная вода, углекислый газ и кислород. Биологическое выветривание – это механическое разрушение и химическое изменение горных пород под воздействием организмов и продуктов их жизнедеятельности.

В почвах встречаются первичные и вторичные минералы. К первичным минералам относят кварц, полевой шпат, роговую обманку, слюду, магнетит, доломит и др. На долю кварца приходится от 60 до 90%.

71

Первичные минералы перешли в почву из земной коры в неизменном состоянии. Вторичные минералы возникли из первичных в результате химических и биохимических превращений. В почвах вторичные минералы находятся в виде кристаллов, они мелкодисперсны, обладают большой поверхностью и высокой поглотительной способностью. Вторичные минералы разделяют на четыре группы: монтмориллонитовые (монтмориллонит, бейделит, нонтронит и др.), каолинитовые (каолинит, глазурит), гидрослюды и минералы полуторных окислов (гематит, белит, гидрагаллит, гетит и др.). В результате выветривания таких первичных минералов, как полевой шпат (К2Al2SiO16), муско-

вит (H2KАl3Si3O12), биотит (Н, К)2×(Mg,Fe)×(Al,Fе)2×(SiO4)2,

нефелин (Nа, К)2ОАl2O3×2SiO2) , лейцит (К2Al2Sl4О12) и других, образуются вторичные минералы, которые являются

ближайшим резервом в образовании доступных форм калия почвы. В процессе выветривания происходит измельчение минералов, а с уменьшением почвенных частиц с 2 до 0,01 мм снижается содержание группы полевых шпатов и возрастает содержание глинистых минералов.

В составе твѐрдой фазы почвы всегда присутствуют, в сравнительно небольшом количестве, труднорастворимые соли фосфорной кислоты (фосфаты кальция, магния, железа и алюминия), а в некоторых почвах может содержаться значительное количество малорастворимых карбонатов кальция, магния и сульфата кальция.

Почвы разного гранулометрического состава существенно различаются по минералогическому составу. Песчаные и супесчаные почвы состоят из кварца и полевых шпатов, суглинистые – из смеси первичных и вторичных минералов, а глинистые – преимущественно из вторичных глинистых минералов с примесью кварца.

72

Различные гранулометрические фракции почвы различаются не только по размеру частиц, но и имеют также неодинаковые минералогический и химический составы, следовательно, и содержание элементов питания.

Вболее крупных частицах почвы (песок и крупная пыль) преобладают кварц и полевые шпаты, поэтому такие частицы характеризуются высоким количеством кремния, но биогенных элементов содержат меньше других.

Всостав физической глины (<0,01 мм), представленной средней и мелкой пылью, мелкодисперсными илистой и коллоидной фракциями, входят преимущественно вторичные алюмосиликатные минералы. В этих фракциях содержится больше алюминия и железа, а также кальция, магния, калия, натрия, фосфора и других элементов питания растений. Поэтому тяжелые по гранулометрическому составу глинистые и суглинистые почвы, в которых больше илистых и коллоидных частиц, богаче, чем песчаные и супесчаные, элементами питания.

Мелкодисперсные минеральные частицы почвы (содержащие глинистые минералы), вместе с органическим веществом, обусловливают адсорбционные процессы в почве, еѐ поглотительную способность и буферность, которые играют важную роль при взаимодействии удобрений с почвой. В целом, от гранулометрического состава почвы зависят многие важные агрофизические (пористость, влагоѐмкость, водопроницаемость, воздушный и тепловой режимы) и агрохимические (содержание кальция, магния, калия, фосфора, железа и других элементов питания) еѐ свойства.

Органическое вещество почвы. Органическое вещество почвы представлено в основном (на 85-90%) гумусовыми веществами (гуминовыми и фульвокислотами – высокомолекулярными азотсодержащими соединениями специфической

73

природы) и лишь небольшая часть – негумифицированными остатками растительного, микробного и животного происхождения (рис. 5).

Органическая часть почвы (органическое вещество)

Свежие и неполностью разложившиеся остатки, не утратившие анатомического Гумус

строения

Рис. 5 Состав органического вещества почвы

Негумифицированные органические вещества сравнительно легко разлагаются в почве. Содержащиеся в них элементы питания – азот, фосфор, сера и другие переходят в доступную для растений минеральную форму. Однако не вся масса этих органических веществ полностью минерализуется. Одновременно в почве идѐт синтез новых сложных органических веществ. Некоторая часть негумифицированных веществ превращается в сложные органические соединения специфической природы и служит источником для образования гумусовых веществ. В образовании гумусовых веществ ведущую роль играют почвенные микроорганизмы.

74

Гумус представляет собой биогенное образование сложного химического состава, которое образуется в результате длительного превращения растительных остатков под воздействием микроорганизмов. В формировании почвенного плодородия ведущая роль принадлежит гумусу, запасы и свойства которого практически определяют все агрохимические свойства и продуктивность почв. Содержание гумуса в почвах колеблется от 0,5-3,0% в дерново-подзолистых почвах и сероземах до 10-12% в типичных черноземах. Гумус состоит из двух групп гумусовых кислот (гуминовые и фульвокислоты) и гуминов (соли гуминовых и фульвокислот).

Общий запас гумуса в пахотном слое почв с невысоким его содержанием (сероземных и дерново-подзолистых) составляет 20-50 т/га, в черноземах – 150-200 т/га, а в метровом слое соответственно 50-120 и 300-800 т/га (табл. 23).

Таблица 23

Содержание гумуса в основных типах почв (по И. В. Тюрину)

С количеством и качеством гумуса тесно связаны основные морфологические признаки почв, их водный, воздушный и тепловой режимы, важнейшие физические и физи- ко-химические свойства.

75

Он является источником элементов питания для растений

имикроорганизмов. В нѐм сосредоточено 98-99% азота, 3040% фосфора, 90% серы от общего содержания их в почве.

Впочве постоянно проходят два процесса – образование

иразрушение гумуса. Образование гумуса – процесс длительный. Снижение количества гумуса в почвах сопровождается ухудшением его качества, что выражается в уменьшении доли активного гумуса и относительном увеличении инертной его части. Биологически инертный гумус слабо участвует в энергетическом обмене почвы, медленно освобождает содержащие в нѐм питательные вещества, поэтому слабо влияет на эффективное плодородие почв. По обобщенным отечественным и зарубежным данным, уменьшение содержания гумуса на 1% ниже оптимального снижает урожайность зерновых в среднем на 5-6 ц/га, а увеличение на 1% повышает продуктивность севооборота не менее чем на одну тысячу к.ед. в среднем за год.

Потери гумуса, вовлеченного в сельскохозяйственное производство, обусловлены:

– уменьшением количества растительных остатков, поступивших в почву при смене естественного биоценоза агроценозом;

– усилением минерализации органического вещества в результате интенсивной обработки и повышения степени аэрации;

– разложением и биодеградацией гумуса под влиянием физиологически кислых удобрений и активизации микрофлоры за счѐт вносимых удобрений;

– усилением минерализации в результате проведения осушительных или оросительных мероприятий;

– развитием водной и ветровой эрозии почв.

76

Основными путями компенсации минерализованного гумуса в почве являются:

–использование органических удобрений, а также сочетание их с минеральными удобрениями;

–запашка зеленых удобрений и пожнивно-корневых остатков;

–включение в севооборот бобовых и бобово-злаковых травосмесей с преобладанием бобового компонента;

–использование измельчѐнной соломы на удобрение с добавлением азотных удобрений;

–использование на удобрение различных отходов органического происхождения.

Для оценки гумусового состояния почв применяются различные расчетные методы баланса гумуса. Баланс гумуса представляет собой разность между статьями прихода (новообразования в почве) и расхода (минерализации), и может быть бездефицитный, положительный и отрицательный.

1. Бездефицитный баланс гумуса – когда приход в почву свежего органического вещества полностью уравновешивает его расход за определѐнное время.

2. Положительный – когда приход свежего органического вещества превышает его расход из почвы.

3. Отрицательный – когда приход органического вещества не компенсирует его убыль из почвы.

Баланс гумуса составляют как для пахотного слоя, так и для всего профиля почв. В практических целях обычно ограничиваются составлением баланса для пахотного слоя почв, в котором процессы минерализации и новообразования гумуса протекают наиболее интенсивно и в большей степени поддаются регулированию.

77

Баланс гумуса можно рассчитать при использовании средних данных, полученных на основании обобщения результатов исследований в длительных стационарных опытах. Многочисленными исследованиями установлено, что при внесении в почву свежего органического вещества 70-80% его массы минерализуется в течение двух лет. Остальные 2030% подвергаются гумификации. В свою очередь, гумус также минерализуется, теряя в среднем 1,5-2,0% исходных запасов в год. Интенсивность минерализации гумуса зависит от его запасов в почве, типа, гранулометрического состава почвы и вносимых удобрений. В среднем в суглинистых почвах за год минерализуется 1,5-1,6% от общих запасов гумуса в пахотном слое, супесчаных – 1,7-1,8% и песчаных – 1,9- 2,0 %. Интенсивность минерализации гумуса под различными культурами также неодинакова: под пропашными – 1,2- 1,5 т/га; яровыми и озимыми зерновыми – 0,6-1,0; травами – 0,3; в чистом пару – 1,5-2 т/га в год.

Гумусовые вещества почвы труднее подвергаются минерализации, чем органические соединения растительных остатков и других негумифицированных веществ. Однако при длительном возделывании сельскохозяйственных культур без внесения удобрений может произойти значительное уменьшение общего количества гумуса и азота в почве. Ежегодная минерализация органического вещества в пахотном слое дерново-подзолистых почв составляет 0,6-0,7 т/га, а черноземов – 1 т/га с образованием соответствующего количества доступного растениям минерального азота. При содержании азота в гумусе в среднем около 5%, на каждую единицу поглощенного растениями азота из почвы должно минерализоваться 20-кратное количество гумуса.

Наиболее интенсивно происходит разложение гумуса в чистых парах, где в почве может накапливаться до 120 кг/га

78

минерального (преимущественно нитратного) азота. Одновременно с минерализацией органического вещества в почве постоянно происходит новообразование гумуса, а изменение общего его содержания определяется соотношением между этими процессами.

Основной источник органических веществ в почве – остатки растений и органические удобрения. Масса корневых и пожнивных остатков, попадающих в почву, в сильной степени зависит от вида культуры, еѐ урожайности и колеблется в целом от 3-4 т/га – у однолетних культур до 7-12 т/га – у клевера и люцерны (табл. 24).

Таблица 24

Количество пожнивных и корневых остатков разных культур и содержание в них питательных веществ (Босак В.Н., 2003)

Систематическое, особенно совместное, применение органических и минеральных удобрений, повышая урожаи сельскохозяйственных культур и увеличивая количество корневых и пожнивных остатков, способствует сохранению и накоплению запасов гумуса и азота в почве. Новообразование гумуса происходит и за счѐт внесения органических удобрений.

Таким образом, органическое вещество – важный источник элементов питания для растений. В нѐм содержится почти весь запас азота, поэтому почвы, более богатые органическим веществом, отличаются и большим содержанием азота. В органическом веществе находится также значительная часть серы и фосфора, небольшое количество калия, кальция, магния и других элементов. При его минерализации азот, фосфор, сера и другие питательные элементы переходят в усвояемую для растений минеральную форму. Содержащиеся в почве гуминовые кислоты и фульвокислоты, а также углекислота, образующаяся при разложении органических веществ и дыхании корней, оказывают растворяющее действие на труднорастворимые минеральные соединения фосфора, кальция, калия, магния. В результате они переходят в доступную для растений форму. Образующийся СО2 частично выделяется из почвы в атмосферу, улучшая воздушное питание растений. Гумусовые вещества, наряду с мелкодисперсными минеральными частицами почвы, принимают участие в адсорбционных процессах, определяют поглотительную способность почвы и еѐ буферность, оказывают положительное влияние на функциональное состояние митохондрий и хлоропластов, что способствует активизации дыхания и фотосинтеза.

Органическое вещество положительно влияет на структуру почвы, еѐ водно-физические свойства (влагоѐмкость, водо- и воздухопроницаемость), тепловой режим, устойчи-

80