Свойства почвы

Основное свойство почвы - ее плодородие, которым он существенным образом отличается от горной породы. Плодородие почвы - это способность почвы удовлетворять потребность растения в элементах питания и воде, обеспечивать ее корневую систему достаточным количеством воздуха и тепла для нормальной деятельности.

Плодородие почвы является результатом развития естественного почвообразовательного процесса. Поэтому для каждой почвы присуще естественное, или натуральное, плодородие. Оно зависит от естественных качеств почвы и характеризуется рядом показателей (факторов), (рис. 14).

Физические факторы		Химические факторы
Механический состав Структура Скважность Тепловой режим Макро- и микроэрозия		Обменная и поглотительная способность, рН Обеспечение элементами питания, в том числе микроэлементами Наличие вредных элементов
Водный режим и подпочва		Биологические факторы
Влагоемкость. Водопроницаемость Влагоемкость и запас почвенных вод Фильтрационные и почвенные воды Скважность подпочвы		Гумус “Зрелость” почвы Почвенные животные, грибы, бактерии, водоросли Образование СО₂

Рис. 14. Основные показатели плодородия почвы

(по данным Н.М. Городнего)

Физико-химические и агрохимические свойства почвы влияют на ее питательный режим и биологическую активность, эффективность удобрений, величину урожая и качество.

Сравнение этих факторов дает возможность оценивать величину плодородия разных почв.

В результате использования почв и влияния на них человека создается эффективное плодородие, величина которого зависит от агротехники, вида растения, удобрений и других факторов.

Естественное и искусственное плодородие почвы тесно связанны между собой и в значительной мере влияют друг на друга. Например, эффективность одних и тех же удобрений в одинаковых нормах под одну и ту же культуру будет зависеть от уровня естественного плодородия почвы: запасов и форм элементов питания, водно-воздушного режима, реакции и т.п.

Среди условий сельскохозяйственного производства выделяют эффективное плодородие, которое является суммарным выражением естественного и искусственного плодородия почвы. Важным свойством почвы, как основного средства производства, есть то, что она в случае правильного использования (агротехники, удобрений) сохраняет и улучшает свое плодородие.

Все факторы, указанные на рис. 14, тесно связанны между собой и подлежат закону равноценности и незаменимости, однако роль питательных веществ почвы в жизни растений довольно специфическая.

Общее содержание азота, фосфора и калия в почвах составляет значительные величины. Содержание и запасы составляют: азота — 0,02-0,5% N (1,5-15 т/га); фосфора - 0,03-0,3% Р₂О₅ (0,9-9,0 т/га); калия – 0,5-3,0% К₂О (15-90 т/га), что в десятки раз превышает вынос их урожаем культуры. Однако основная масса питательных веществ содержится в почве в виде соединений, недоступных для непосредственного питания растений. Поэтому валовой запас элементов питания в почве характеризует потенциальное плодородие. Для оценки эффективного (актуального) плодородия почвы, т.е. той, которая обеспечивает получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур, большое значение имеет содержание элементов питания в доступной для растений форме.

Для питания растений доступны лишь те питательные вещества, которые находятся в почве в форме соединений, которые растворяются в воде и слабых кислотах или содержатся в обменно-поглощенном состоянии. Эти формы макро- и микроэлементов и их трансформация в почве будут детально описаны в следующих разделах.

За период с первого по пятый тур агрохимического обследования почв, т.е. за 25 лет интенсивной химизации, площади почв с низким и средним содержанием уменьшились: на Полесье – с 85 до 50%, в Лесостепи – с 74 до 50% и Степи – с 89 до 57% (табл. 10). Площади почв с повышенным и высоким содержимым фосфора на Полесье за это время выросли на 35, в Лесостепи - на 24, в Степи - на 30%.

Таблица 10. Динамика содержания подвижных форм фосфора и калия в почвах Украины по результатам пяти туров агрохимического обследования (по данным Б.С. Носка)

Тур обследования	Исследованная площадь пахотных земель, тыс. га	Площадь групп почв по содержанию								Средне-взвешенное содержание
		низкое		среднее		повышенное		высокое
		тыс. га	%	тыс. га	%	тыс. га	%	тыс. га	%
Р2О5
І	30938,0	10386,5	33,6	15001,3	48,5	4459,4	14,4	1090,6	3,5	7,1
ІІ	30579,9	7687,9	25,1	16017,7	52,4	5268,1	17,2	1620,1	5,3	7,8
ІІІ	31394,3	6578,2	21,0	15827,0	50,4	6715,4	21,4	2273,4	7,2	8,5
IV	31498,7	4557,9	14,5	14575,3	46,3	8514,5	27,0	3856,5	12,2	9,7
V	29376,7	2959,7	10,0	12615,1	42,9	4847,5	30,1	4954,4	17,0	10,6
К2О
І	30938,0	5584,9	18,0	10879,4	35,2	7381,7	23,8	7092,0	22,9	9,8
ІІ	30579,9	5579,7	18,3	10182,1	33,3	9310,0	30,4	5502,3	18,0	9,8
ІІІ	31394,3	5033,9	16,0	10198,6	32,5	9221,2	29,4	6941,1	22,1	10,2
IV	31498,4	3726,2	11,8	8086,8	25,7	8845,3	28,1	10840,1	34,4	11,1
V	29376,7	2082,0	7,1	6734,5	22,9	9557,2	32,5	11003,0	37,5	11,3

Однако следует отметить, что интенсивное использование земель за последнее время без адекватного возвращения NРК, вынесенных урожаем, привело к снижению содержание гумуса и доступных питательных веществ.

Для прогнозирования улучшения питательного режима почв за счет внесения удобрений необходимы нормативы затрат удобрений для изменения содержание подвижных форм питательных веществ на определенную величину. К сожалению, информация относительно затрат азотных удобрений на увеличение его содержания в почвах отсутствует. Количество фосфорных и калийных удобрений, которую необходимо внести в почву для изменения содержания на единицу, определяется прежде всего генетической природой почвы и ее гранулометрическим составом (табл. 11).

Таблица 11. Нормативы затрат удобрений (кроме выноса их с урожаем) для повышения содержания подвижных форм на 1 мг/100 г почв (по данным Б.С. Носка)

Почва	Гранулометрический состав	Доза, кг/га
		Р2О5	К2О
Дерново-подзолистая	Песчаные и супесчаные	50-60	40-50
	Суглинистые	60-70	50-60
Темно-серая и лесная серая	Супесчаные	60-70	50-60
	Суглинистые	70-80	70-80
	Тяжелые суглинистые	120-130	90-100
Черноземы типичные и обычные	Супесчаные	60-70	70-80
	Суглинистые	80-90	80-90
	Тяжелые суглинистые	120-130	90-100
Темно-каштановые и черноземы южные	Суглинистые	80-90	80-90
	Тяжелые суглинистые	120-130	90-100

В данной таблице приведены нормы удобрений, необходимые при средней обеспеченности почв подвижными соединениями. С увеличением содержания в почве подвижных питательных веществ, а также с повышением разовой дозы внесенных удобрений нормативы затрат снижаются.

Следует отметить, что из общего запаса доступных питательных элементов растения усваивают лишь определенную часть. Разные растения с одной и той же почвы потребляют питательные вещества в разных количествах, т.е. имеют неодинаковые коэффициенты их использования (табл. 12).

Таблица 12. Коэффициенты использования культурами питательных веществ из почвы при разном содержании элементов питания

Культура	Содержание элементов питания, мг/100 г почвы
	N			Р2О5			К2О
	до 5	6-10	11-15	до 5	6-10	11-15	до 5	6-10	11-15
Черноземы и серые оподзоленные почвы
Пшеница озимая	34	25	23	11	9	5	17	13	12
Рожь озимая	20	16	13	7	6	5	11	10	10
Яровые зерновые и кукуруза на силос	25	19	17	10	9	7	20	16	14
Гречиха	16	12	11	7	6	5	19	16	14
Кукуруза на зерно	35	26	24	12	9	8	31	23	19
Сахарная и кормовая свекла	33	30	27	10	9	8	33	30	30
Картофель	21	21	20	9	9	9	33	30	30
Подсолнечник	38	32	25	23	16	12	75	65	50
Горох	39	39	35	9	9	8	15	12	10
Многолетние травы	19	12	12	8	5	5	17	11	10
Капуста	40	35	28	18	14	11	44	38	22
Помидоры	34	25	19	6	5	4	38	34	27
Огурцы	18	17	15	10	9	8	27	21	17
Дерново-подзолистые почвы
Пшеница озимая	32	24	23	10	8	8	14	12	11
Яровые зерновые и кукуруза на силос	23	18	16	9	6	5	17	14	12
Гречиха	10	8	8	6	6	5	10	10	10
Кукуруза на зерно	32	25	23	11	8	8	22	21	20
Картофель	29	23	23	12	10	10	37	37	37
Горох	38	33	27	9	7	6	10	10	8
Люпин (зерно)	25	24	21	9	5	5	12	11	8
Люпин (зеленая масса)	50	34	40	9	6	5	20	20	17
Лен (семена)	16	8	7	6	5	5	5	5	5
Многолетние травы	9	9	8	5	5	5	8	8	7
Черноземы южные и каштановые почвы
Пшеница озимая	32	25	22	11	9	9	16	12	11
Пшеница яровая	23	21	20	6	6	5	10	8	7
Яровые зерновые и кукуруза на силос	25	20	18	10	8	7	20	17	15
Гречиха	14	12	10	7	6	5	20	15	13
Кукуруза на зерно	34	25	21	12	9	7	33	23	19
Сахарная и кормовая свекла	31	28	27	10	8	9	33	30	30
Подсолнечник	33	30	29	19	16	15	76	61	58
Рис	24	22	18	5	5	5	17	17	17
Горох	39	35	28	10	9	8	13	11	9
Многолетние травы	20	16	15	8	6	6	17	15	13

Величина коэффициентов использования азота, фосфора и калия зависит от гранулометрического состава почвы, содержание гумуса, обеспеченности элементами питания, реакции почвенного раствора и величины насыщенности основаниями, погодных условий и т.п. В отдельные годы для разных культур коэффициенты использования фосфора из почвы могут отличаться в 10-15 раз, а калия - до 10 раз. Исходя из этого, во время расчетов норм удобрений надо брать те коэффициенты, которые получены в конкретных типичных условиях.

Важным показателем качества (плодородия) почв есть бонитет, выраженный в баллах (табл. 13). Это интегральная величина свойств и признаков почвы, выраженных в разных единицах измерения (мг, мг-экв, мм, % и т.п.).

Таблиця 13. Качественная оценка (бонитировка) наиболее распространенных почв Украины (по данным А.И. Серого, 1989)

Почва	Основные (типичные) критерии														Бонитет почв, балл
	Гумус		Фосфор		Калий		МВЗПВ		Средне взвешен ный балл	Поправки на
	т/га в пласте 0-100 00-100см см	балл	мг/100 г	балл	мг/100 г	балл	мм в пласте 0-100см 1-1-1-100 см	балл		кислот ность	солонце ватость	засолен ность	гидромо рфность	климат
Дерново- среднеподзолистая супесчаная легкосуглинистая	73 80	15 16	9,8 8,9	39 45	6,3 8,3	37 42	169 176	85 88	35 37	0,92 0,85	— —	— —	— —	0,91 0,91	29 29
Светло-серая лесная песчано- легкоглинистая	87	17	7,6	31	4,8	28	170	85	36	0,89	—	—	—	0,94	33
Серая лесная Супесчаная крупнопылевато-легкосуглинистая тяжелосуглинистая	93 150 241	19 30 48	8,0 9,5 13,3	32 38 53	5,0 5,6 11,4	29 33 67	172 192 151	86 96 76	38 43 56	0,96 0,96 0,96	— — —	— — —	— — —	0,94 0,94 0,94	34 43 48
Темно-серая легкосуглинистая	220	44	10,7	43	6,4	38	186	93	57	0,96	—	—	—	0,94	52

Черноземы оподзоленные песчано- легкосуглинистые крупнопылевато-легкосуглинистые	214 280	43 56	10,0 11,2	40 45	6,4 7,0	38 41	186 201	93 101	56 67	— —	— —	— —	— —	0,94 0,94	53 63
Черноземы типичные маломощные малогумусные крупнопылевато-легкосуглинистые мощные среднегумусные тяжелосуглинистые	275 507	65 101	6,1 14,6	24 73	7,4 18,6	44 93	192 174	96 87	65 96	— —	— —	— —	— —	0,94 0,90	61 87
Черноземы обыкно веные мощные малогумусные тяжелосуглинистые среднемощные малогумусные легкосуглинистые	399 310	80 62	12,9 12,7	65 64	23,2 23,2	116 117	172 140	86 70	82 66	— —	— —	— —	— —	0,88 0,85	72 56
Черноземы южные тяжелосуглинистые легкосуглинистые	265 243	53 49	10,6 3,5	53 58	19,8 39,4	99 99	148 130	74 65	60 56	— —	— —	— —	— —	0,85 0,68	51 38
Темно-каштановая легкосуглинистая слабосолонцеватая легкосуглинистая	228 192	46 38	2,1 1,9	35 32	38,1 39,6	95 99	140 138	70 69	55 50	— —	— 0,88	— —	— —	0,68 0,68	37 30

На основании полной и всесторонней характеристики почвенного покрытия, климата и технологических свойств хозяйственного участка составляется паспорт поля, который является основным документом для специалистов.

Довольно большое значение для определения плодородия почв и процессов взаимодействия удобрений с почвой имеет понимание поглотительной способности почв. Поглотительная способность почвы — это свойство почвы поглощать из почвенного раствора разные питательные вещества и удерживать их. Эту функцию выполняют мелкие частички почвы, которые называют почвенным поглотительным комплексом.

В зависимости от способа поглощения академик К.К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв: биологическую, механическую, химическую, физическую и физико-химическую (обменную).

Биологическая поглотительная способность – это способность растений и почвенных микроорганизмов поглощать из почв элементы минерального питания и превращать их в различные органические вещества своих тел. Характерная особенность биологической поглотительной способности - избирательность, которая заключается в том, что растения и микроорганизмы усваивают из почв те элементы питания, которые им необходимы.

В плазме живых микроорганизмов содержится значительное количество азота, фосфора, серы и калия. По подсчетам Е.Н. Мишустина, в дерново-подзолистых почвах в плазме микроорганизмов содержится N – 125, Р₂О₅ - 40 и К₂О – 25 кг на 1 га. Микроорганизмы поглощают часть питательных веществ из удобрений, что снижает вымывание нитратного азота. Чрезмерное размножение и активная деятельность микроорганизмов может ограничивать питание растений элементами питания, особенно азотом.

Интенсивность биологической поглотительной способности зависит от влажности, аэрации и других свойств, а также от количества и состава органического вещества. В частности, при внесении в почву перепревшего навоза или соломы быстро размножаются микроорганизмы, которые поглощают значительное количество азота из почвы, чем ухудшают процесс питания растений этим элементом. Поэтому во время использования соломы как удобрения надо одновременно с ней вносить азотные удобрения (10 кг азота на 1 т соломы), чтобы удовлетворить потребности микроорганизмов. После отмирания и минерализации тел микроорганизмов элементы питания освобождаются в доступной для растений форме.

Механическая поглотительная способность определяется свойством почв, как всякого пористого тела, задерживать в себе твердые частички. Благодаря этому в почве во время прохождения через нее воды задерживаются ценнейшие фракции - коллоидная и илистая, богатые питательными веществами. Аналогично поглощаются тонко размолотые удобрения (фосфоритная мука), что ограничивает их вымывание.

Механическая поглотительная способность зависит от гранулометрического состава почв и выше на тяжелых почвах.

Химическая поглотительная способность связана с образованием нерастворимых, труднодоступных соединений в результате реакций между отдельными легкорастворимыми солями в почве. Характерным примером химического поглощения является процесс химического связывания (ретроградация) фосфора удобрений, вследствие чего образовываются слабо- и труднорастворимые соли:

Са(Н₂РО₄)₂ + Са(НСО₃)₂ = 2СаНРО₄ + 2Н₂СО₃;

Са(Н₂РО₄)₂ + 2Са(НСО₃)₂ = Са₃(РО₄)₂ + 4Н₂СО₃.

Аналогичные соединения могут образовываться в ходе других реакций:

Са(Н₂РО₄)₂ + 2AI(OH)₃ = 2AIPO₄ + Ca(OH)₂ + 4H₂O.

Для уменьшения этих процессов суперфосфаты гранулируют и вносят в небольших дозах перед началом вегетации растений, а кислые почвы известкуют.

Соли азотной и соляной кислот химически не поглощаются, поэтому легко промываются, что имеет положительное значение во время внесения хлорных удобрений и отрицательное - в случае применения азотных удобрений, которые содержат азот в нитратной форме.

Физико-химическая (обменная) способность – это способность почвы поглощать катионы и анионы из почвенного раствора солей или внесенных удобрений после их растворения в почвенной воде. Такое свойство имеют самые мелкие почвенные частички (преимущественно коллоидные), которые называют почвенным поглотительным комплексом (ППК).

Почвенные коллоиды разделяют на органические, минеральные и органо-минеральные. Все они имеют разный заряд. Положительный заряд имеют гидроокиси алюминия и железа, другие почвенные коллоиды имеют отрицательный заряд. В органических коллоидах отрицательный заряд предопределяется карбоксильными группами (СООН). Этот вид поглощения еще называют обменным, поскольку катионы имеют свойство обмениваться на катионы других солей:

Физико-химическая поглотительная способность играет важную роль в почвенных процессах, определяет физические и физико-химические свойства почв: структурное состояние, реакцию, буферность, а также при взаимодействии удобрений с почвой.

Для проведения мероприятий химической мелиорации надо знать такие показатели почв, как сумма поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями.

Сумма поглощенных оснований – это сумма всех оснований в поглотительном комплексе – Са, Mg, K, Na, NH₄ (без водорода и алюминия), которую выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы и обозначают буквой S.

Степень насыщенности основаниями – это отношение суммы поглощенных основания (S) к емкости поглощения (Т), выраженное в процентах. Этот показатель обозначают буквой V% и высчитывают по формуле

.

По этому показателю можно установить потребность в известковании кислых почв.

Для определения основных показателей плодородия почв, на основании которых разрабатывают научно-обоснованные рекомендации относительно применения удобрений (установление норм, доз, сроков, способов внесения и т.п.) отбирают почвенные образцы. Их отбирают на глубине пахотного и подпахотного слоев. Один смешанный образец (0,3-0,5 кг) состоит из 20-30 индивидуальных проб, взятых равномерно по всей площади элементарного участка (5-10 га). На орошаемых участках один смешанный образец отбирают с 1-5 га. Пробы отбирают по средней линии вдоль поля через определенное расстояние или в точках, размещенных на диагоналях или основных линиях, которые взаимно пересекаются. Применяется также шахматное размещение точек. Необходимо избегать нехарактерных для участка мест. В мешочек с почвой кладут этикетку, где отмечают простым карандашом название хозяйства и почвы, номера образца и поля и какой культурой оно занято, дату и глубину отбора образца, фамилия исполнителя.

Для отбора образцов почвы используют буры разной конструкции (рис. 15).

Рис. 15. Буры для взятия проб почвы: 1 — Качинского; 2 — Измаильского; 3 — Некрасова; 4 — БН25 - 15

Отобранные почвенные образцы отправляют в агрохимическую лабораторию, где их сушат, размалывают и анализируют. На основании данных результатов анализов почвенных образцов составляют агрохимические картограммы, определяют обеспеченность растений азотом, фосфором и калием и готовят почвенный очерк (рекомендации). Эти документы используют в процессе составления системы и плана удобрения культур в хозяйстве.