Сложение
Это внешнее проявление плотности и пористости почвы. По степени плотности (силе связывания почвенных частиц) различают следующие виды сложения: слитное (очень плотное) - почва не поддается копке лопатой; плотное - лопата входит в почву с большим трудом; рыхлое - лопата входит в почву легко; рассыпчатое - лопата входит в почву без усилий. По пористости (размеру и характеру пор) различают следующие типы сложения почвы: тонкопористые - диаметр пор менее 1 мм, пористые - диаметр 5 - 10 мм, ячеистые - диаметр пор более 10 мм, трубчатые - полости соединяются в канальцы. Сложение зависит от механического и химического состава, структуры и влажности почвы. Оно влияет на воздухо - и водопроницаемость почвы, а также на глубину проникновения корневой системы растений. От сложения зависит степень сопротивления почвы обрабатывающим орудиям.
Новообразования
Это более или менее хорошо выраженные и четко ограниченные выделения и скопления различных веществ, которые возникли в процессе почвообразования. По составу, цвету и форме они резко отличаются от окружающей их почвенной массы. Различают новообразования химического и биологического происхождения. Химические новообразования в почве - результат химических процессов, вследствие которых возникают новые соединения. Последние могут или осаждаться на месте образования, или, перемещаясь с почвенным раствором, выпадать на некотором расстоянии от места своего возникновения. Химические новообразования по форме делят на выцветы и налеты, корочки, примазки и потеки, прожилки и трубочки, конкреции. Химические новообразования представлены легкорастворимыми солями: гипсом, углекислой известью, окислами железа, алюминия и марганца, закисными соединениями железа, кремнекислотой, гумусовыми и другими веществами. Новообразования биологического происхождения (животного и растительного) встречаются в следующих формах: червоточины - ходы дождевых червей; копролиты - экскременты дождевых червей; кротовины - пустые или заполненные землей ходы крупных землероев (сусликов, сурков, кротов и Др.); корневины - сгнившие крупные корни растений; дендриты - узоры мелких корешков на поверхности структурных отдельностей. Новообразования являются важным признаком, по которому судят о происхождении почв, их составе и свойствах. Так, выделения углекислой извести в виде плесени указывают на процессы перемещения ее в почвенном профиле. Сизоватые или ржаво - охристые пятна свидетельствуют, что почвы сформировались в условиях некоторого заболачивания.
Включения
Предметы, механически включенные в массу почвы и не связанные с ней генетически, называются включениями. В их число входят обломки горных пород, не связанных с материнской породой, раковины моллюсков, кости современных и вымерших животных, остатки золы, углей, древесины, остатки материальной культуры человека (обломки кирпича, посуды и археологические находки). Такой признак, как включения, помогает судить о происхождении почвообразующей породы и возрасте почв.
16. ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС — процесс формирования почв, сущность к-рого состоит во взаимодействии организмов и продуктов их распада с горными породами и продуктами их выветривания. Т. обр., П. п. возникает на контакте литосферы и биосферы в результате их взаимопроникновения. Наряду с литосферой и биосферой источником веществ, участвующих в П. п., являются атмосфера и гидросфера. Осн. источник энергии П. п. заключается в солнечной энергии как прямой, так и конденсированной в остатках организмов, просачивающейся через почву воде и т. д. П. п. очень сложен, он включает разнообразные хим., физич. и, биол. явления, протекающие одновременно и в различных направлениях. Эти явления можно объединить в 3 группы — разложение, синтез и передвижение. В почве идёт распад растит, и животных организмов, различных минералов и обломков горных пород; в ней синтезируются особые формы органич. вещества (гумус) и различные вторичные минералы (преим. глинистые минералы, минералы окислы и простые соли); продукты разложения и синтеза в виде истинных и коллоидных растворов, а также взвесей перемещаются вниз по профилю, а при близком залегании почвенно-грунтовых вод и вверх с их капиллярными и плёночными токами. Указанные осн. группы процессов в свою очередь многообразны. Разложение различных веществ в почве может идти быстро и до конечных продуктов или медленно с образованием многообразных промежуточных форм; синтез может создавать весьма разнообразные по составу и свойствам вторичные минералы и различные формы органич. вещества; процессы перемещения могут быть направлены вниз, вверх, в сторону (на склонах), могут осуществляться быстро и в больших объёмах или очень медленно. Разные сочетания этих процессов образуют различные конкретные формы П. п., создающие определ. генетич. группы почв. Для каждой из этих групп характерен определ. почвенный профиль, создающийся в результате процессов превращения и перемещения и представляющий собой сочетание генетич. почвенных горизонтов. П. п. является непрерывным процессом во времени вместе с развитием почвы и всего ландшафта.
В. М. Фрибланд.
17. Климат
К числу важнейших факторов почвообразования относится климат. С ним связаны тепловой и водяной режимы почвы, от которых зависят биологические и физико-химические почвенные процессы. Под тепловым режимом понимают совокупность процессов теплообмена в системе «приземный слой воздуха — почва — почвообразующая порода». Тепловой режим обуславливает процессы переноса и аккумуляции тепла в почве. Характер теплового режима определяется главным образом соотношением поглощения радиационной (лучистой) энергии Солнца и теплового излучения почвы. Он зависит от окраски почвы, характера поверхности, теплоемкости, влажности и других факторов. Заметное влияние на тепловой режим почвы оказывает растительность.
Рельеф
Рельеф — один из факторов перераспределения по земной поверхности тепла и воды. С изменением высоты местности меняются водный и тепловой режимы почвы. Рельефом обусловлена поясность почвенного покрова в горах. С особенностями рельефа связан характер влияния на почву грунтовых, талых и дождевых вод, миграция водорастворимых веществ.
Почвообразующие породы
Почвообразующие породы — субстрат, на котором образуются почвы; они состоят из различных минеральных компонентов, в той или иной степени участвующих в почвообразовании. Минеральное вещество составляет 60-90% всего веса почвы. От характера материнских пород зависят физические свойства почвы — водный и тепловой ее режимы, скорость передвижения веществ в почве, минералогический и химический состав, первоначальное содержание элементов питания для растений.
От характера материнских пород в большой мере зависит и тип почв. Например, в условиях лесной зоны, как правило, формируются почвы подзолистого типа. Если в пределах этой зоны почвообразующие породы содержат повышенное количество карбонатов калия, формируются почвы подзолистого типа. Если в пределах этой зоны почвообразующие породы содержат повышенное количество карбонатов кальция, формируются почвы, значительно отличающиеся от подзолистых.
18. Растительность
Органические соединения почвы формируются в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. Основная роль при этом принадлежит растительности. Зеленые растения являются практически единственными создателями первичных органических веществ. Поглощая из атмосферы углекислый газ, из почвы — воду и минеральные вещества, используя энергию солнечного света, они создают сложные органические соединения, богатые энергией. Наибольшее количество органических веществ дают лесные сообщества, особенно в условиях влажных тропиков. Меньше органического вещества создается в условиях тундры, пустынь, болотистой местности и т.п.
В процессе отмирания как целых растений, так и отдельных их частей органические вещества поступают в почву (корневой и наземный спад). Количество годового спада колеблется в значительных пределах: во влажных тропических лесах он достигает 250 ц/га, в арктических тундрах — менее 10 ц/га, а в пустынях — 5—6 ц/га. На поверхности почвы органическое вещество под воздействием животных, бактерий, грибов, а также физических и химических агентов разлагается с образованием почвенного гумуса. Зольные вещества пополняют минеральную часть почвы. Неразложившийся растительный материал образует так называемую лесную подстилку (в лесах) или войлок (в степях и лугах). Эти образования оказывают влияние на газообмен почвы, проницаемость осадков, на тепловой режим верхнего слоя почвы, почвенную фауну и жизнедеятельность микроорганизмов.
Растительность оказывает влияние на структуру и характер органических веществ почвы, ее влажность. Степень и характер влияния растительности как почвообразующего фактора зависит от видового состава растений, густоты их стояния, химизма и многих других факторов. Микроорганизмы
Огромное значение в осуществлении этих процессов в почве имеют микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, низшие грибы, одноклеточные водоросли, вирусы и др.), весьма разнообразные как по своему составу, так и по биологической деятельности. Микроорганизмы в почве исчисляются миллиардами на 1 га. Они принимают участие в биотическом круговороте веществ, разлагают сложные органические и минеральные вещества на более простые. Последние утилизируются как самими микроорганизмами, так и высшими растениями. Органическое вещество почвы, образовавшееся в ней при разной степени разложения растительных и животных остатков, получило название гумус или перегной.
19. Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится доминирующим фактором в разрушении почв, снижении и повышении их плодородия. Под влиянием человека меняются параметры и факторы почвообразования – рельефы, микроклимат, создаются водохранилища, проводится мелиорация.
Основное свойство почвы – плодородие. Оно связано с качеством почв. На разрушение почв и снижение их плодородия влияют следующие процессы.
Процессы, разрушающие почвы и снижающие их плодородие
Аридизация суши – комплекс процессов уменьшения влажности обширных территорий и вызванное этим сокращение биологической продуктивности экологических систем. Под действием примитивного земледелия, нерационального использования пастбищ, беспорядочного применения техники на угодьях почвы превращаются в пустыни.
Эрозия почв – разрушение почв под действием ветра, воды, техники и ирригации. Наиболее опасна водная эрозия – смыв почвы талыми, дождевыми и ливневыми водами. Водные эрозии отмечаются при крутизне уже 1–2°. Водной эрозии способствует уничтожение лесов, вспашка по склону.
Ветровая эрозия характеризуется выносом ветром наиболее мелких частей. Ветровой эрозии способствует уничтожение растительности на территориях с недостаточной влажностью, сильные ветра, непрерывный выпас скота.
Техническая эрозия связана с разрушением почвы под воздействием транспорта, землеройных машин и техники.
Ирригационная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии. Засоление почв в основном связано с этими нарушениями. В настоящее время не менее 50 % площади орошаемых земель засолено, потеряны миллионы гектаров ранее плодородных земель.
20. Цвет, механический состав, структура, новообразования — основные характеристики почвенных горизонтов.
Почва бывает разного цвета из-за того, что в ней как бы смешиваются цвета ее главных компонентов. От темно-серого и темно-коричневого до черного — таков основной цвет у органического вещества почв. Бурый и красный цвета имеют окислы трехвалентного железа. Сизые, голубоватые и зеленоватые тона характерны для минералов, содержащих закисные формы двухвалентного железа. Белую окраску почве придают зерна кварца и некоторых других минералов, а также известь, гипс и легкорастворимые соли — карбонаты, хлориды и сульфаты натрия и калия.
Механический состав почвы — это содержание в ней песчаных и глинистых частиц разного размера. Если много крупных песчаных частиц, то почва — песчаная, а если много мелких глинистых — глинистая. Есть еще супесчаные почвы, в которых крупных частиц меньше, чем в песках. В суглинистых почвах уже больше мелких частиц, и почвы ближе к глинистым. Песчаные и глинистые частички скрепляются между собой в комочки, зернышки или орешки, образуя соответственно комковатую, зернистую и ореховатую структуру почв. «Склеивают» их органическое вещество и особые физико-химические силы, возникающие на поверхности тонких частиц. Наконец, новообразования — это особые выделения в почвенном веществе, образующиеся в результате выпадения из растворов различных солей и соединений. Так, проникающий по ходу корня почвенный раствор потом испаряется, и из него выпадает известь — вокруг корня, как его чехол, образуется известковая тонкая трубочка. Почвенные новообразования сродни камням в почках у больного человека.
Почвенные горизонты отличаются также и по содержанию влаги, составу почвенного раствора, почвенного воздуха и живых организмов. Для полноценного произрастания растений необходимо равномерное соотношение твердого вещества почв, почвенных пор (мелких пустот между твердыми частицами), заполненных водой, и пор, заполненных воздухом. Такое равномерное соотношение можно наблюдать в огородных почвах или в верхних горизонтах черноземов после летнего дождя. Способность запасать в своих тонких порах воду за счет поверхностного натяжения и капиллярного поднятия — очень важное свойство почвы. Даже во время засухи почва снабжает такой капиллярной влагой корни растений. Почвенный раствор — это «кровь» почвы. Он переносит вещества с одного места на другое, создавая горизонты вымывания и вмывания веществ. Однако по тонким порам — капиллярам — из грунтовых вод на поверхность почв вместе с раствором попадают и вредные для растений легкорастворимые соли. Если почва длительное время наполнена водой и в ней мало пустот с воздухом, то она переувлажняется, что плохо для растений. Дело в том, что в этом случае состав почвенного воздуха сильно отличается от воздуха атмосферы Земли (в котором 21% кислорода и 0,03% углекислого газа) и приближается к атмосфере Венеры (в нем может быть 1 — 2% кислорода и 5 — 10% углекислого газа). В таких условиях замедляется развитие корней и растений в целом. В результате разложения органического вещества появляется легкий болотный газ метан (СН4). Именно его выделения сопровождаются звуками, которые наводили ужас на героев повести А. Конан Дойла «Собака Баскервилей». В порах обычной, не переувлажненной почвы содержится 20% кислорода и 0,2 — 0,5% углекислого газа. Их содержание регулируют мириады почвенных организмов, потребляющие кислород и выделяющие углекислый газ. Только микроорганизмов в верхних горизонтах почв — сотни миллионов и миллиарды в I г. Среди них много бактерий, микроскопических грибов и водорослей. Много в почве и мелких беспозвоночных — дождевых червей, личинок и взрослых членистоногих, а также других животных — круглых червей и тихоходок. Помимо микроорганизмов на 1 м² почвы обитают тысячи более крупных и миллионы мелких, не видимых невооруженным глазом почвенных животных. Общая масса почвенных организмов в сотни раз превосходит массу живущих на почве земноводных, пресмыкающихся, млекопитающих и птиц.
21.морфологические признаки. Окраска почвы имеет большое диагностическое значение,
поскольку отражает ее химический и минералогический составы.
По одной только окраске может достоверно определить многие
свойства почвы и ее плодородие в целом. По цветовым оттенкам
почвы можно определить, какие процессы протекают в почве и ее
генезис.
Черная и темная окраска обусловлены содержанием гумуса: чем
больше гумуса, тем темнее окраска почвы.
Белая окраска и светлые тона других окрасок характерны для
почв, в которых присутствуют кварц, каолинит, полевой шпат,
известь и соли. Красная окраска почвы обусловлена накоплением
оксидов железа.
Желтая окраска почвы связана с наличием гидроксидов железа.
Сизоватые, голубоватые и зеленоватые тона вызваны
образованием соединений двухвалентного железа в анаэробных
условиях при избыточном увлажнении. Почвы такого цвета
относятся к глеевым или оглеенным.
При описании морфологических признаков обычно указывают
степень окраски (темно-бурая, светло-каштановая) или отмечают
оттенок (белесая с желтоватым оттенком).
22. Сложение почвы это внешнее выражение плотности и пористости почвы. Оно
зависит от свойств материнской породы, гранулометрического состава,
структуры почвы, а также от деятельности почвенной фауны и развития
корней растений.
По степени плотности различают: очень плотное, плотное, рыхлое и
рассыпчатое сложение.
Очень плотное, или слитое, сложение свойственно связным глыбистым
бесструктурным почвам, а также иллювиальным горизонтам некоторых
солонцовых почв. Такие почвы копать лопатой невозможно, приходится
применять лом или кирку.
Плотное сложение характерно для иллювиальных горизонтов большинства
суглинистых и глинистых почв. При копании лопатой требуется значительное
усилие.
Рыхлое сложение присуще структурным суглинистым и глиниcтым почвам, а
также верхним гумусированным горизонтам песчаных и супесчаных почв. Такое
сложение имеют пахотные горизонты после обработки их в спелом состоянии.
Рассыпчатое сложение имеют безгумусные песчаные почвы. При механическом
воздействии на такие почвы для них характерна сыпучесть.
23. Новообразования — это скопления различных веществ,
образующихся в результате почвообразовательного
процесса и отличающихся от вмещающего их
почвенного материала по составу и сложению.
Различают новообразования химического и
биологического происхождения.
К химическим новообразованиям относят
легкорастворимые соли, гипс, карбонаты (СаС0
3
),
гидроксиды железа, соединения двухвалентного
железа, кремнезем, гумусовые и другие вещества.
К новообразованиям биологического происхождения
относят: копролиты — экскременты червей и личинок в
виде склеенных водопрочных комочков; кротовины —
ходы кротов, сусликов, сурков, хомяков, засыпанные
почвой; корневины — следы сгнивших крупных корней;
червороины — ходы червей; дендриты — темные
отпечатки мелких корней растений в виде узора.
25. Гранулометрическим составом почвы называют
соотношение частиц различной крупности, выраженное в
процентах.
От размера фракций зависят физические и химические
свойства почвы. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЧВ ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ
СОСТАВУ
Классификация почв и пород по гранулометрическому составу
составлена на соотношении фракций физической глины (частицы
<001 мм) и физического песка (частицы > 0, 001 мм).
Различают почвы песчаного, супесчаного, суглинистого и
глинистого гранулометрического состава.
Гранулометрический состав влияет на водный, воздушный,
тепловой и питательный режимы почв. Специалисты сельского
хозяйства учитывают гранулометрический состав почв при
размещении культур на полях севооборота, применении
удобрений и других агротехнических приемов.
26. Частицы более 1 мм называют скелетом почвы, менее 1 мм —
мелкоземом. В мелкозем входят: физический песок (частицы
более 0,01 мм) и физическая глина (частицы менее 0,01 мм). В
разных почвах содержание мелких и крупных фракций сильно
варьирует
27. По отношению к обработке почвы
подразделяют на легкие и тяжелые.
К легким относят песчаные и
супесчаные почвы. Их легко
обрабатывать, на вспашку требуется
меньше затрат горючего. Весной эти
почвы быстрее прогреваются и достигают
физической спелости, то есть
оптимального срока начала полевых
работ. Отрицательными свойствами этих
почв являются низкая влагоемкость и
низкое содержание элементов питания.
Поэтому легкие почвы считают бедными и
сухими. Песчаные и супесчаные почвы имеют крупные воздушные поры, поэтому в
них быстро минерализуются органические удобрения. Самой эффективной
мерой по повышению плодородия легких почв является возделывание на
них люпина или сераделлы для запахивания, в качестве зеленого
удобрения. При этом в почвах повышается содержание гумуса, азота,
улучшается структура, увеличивается влагоемкость и поглотительная
способность почв. Для улучшения свойств песчаных почв применяют также
глинование.
В южных районах легкие почвы (песчаные и супесчаные) подвергаются
ветровой эрозии.
Глинистые и тяжелосуглинистые почвы относят к тяжелым. Они
характеризуются рядом отрицательных водно-физических свойств. Во
влажном состоянии эти почвы вязкие, липкие, при высыхании они
становятся твердыми, их тяжело обрабатывать. Однако эти почвы
наиболее богаты элементами питания и имеют высокую поглотительную
способность. Для повышения плодородия почв тяжелого
гранулометрического состава необходимо прежде всего улучшить их
водно-физические свойства. Это достигается путем систематического
внесения органических удобрений, которые создают структуру и рыхлость
этих почв.
Среднесуглинистые и легкосуглинистые почвы обладают наиболее
благоприятными свойствами для возделывания сельскохозяйственных
культур.
28. Различные сельскохозяйственные культуры неодинаково
относятся к гранулометрическому составу почв. Так, люпин,
сераделла, сорго, картофель, кукуруза, гречиха, просо
предпочитают легкие почвы. Пшеница, ячмень, свекла, капуста
дают устойчивые урожаи на среднесуглинистых почвах, а овес —
даже на тяжелосуглинистых и глинистых.
Знание гранулометрического состава почв позволяет определять
оптимальные сроки сельскохозяйственных работ, нормы и сроки
внесения удобрений и весь комплекс работ по наиболее
рациональному использованию и охране почв. Землеустроители,
агрономы учитывают пестроту почвенного покрова по
гранулометрическому составу, который указывают на почвенных
картах в полном названии почв.
29. Источником гумуса являются органические остатки высших растений, микроорганизмов и животных, обитающих в почве. Остатки зеленых растений поступают в почву в виде наземного опада и отмершей корневой системы растений. Количество органического вещества, поступающего в почву разное, и зависит от почвенно-растительной зоны, склада, возраста и густоты насаждений, а также от степени развития травянистого укрытия.
Наиболее существенным источником почвенной органики является растительность, которая мобилизует и аккумулирует в едафотопах фото потенциальной энергии и этим элементом в надземных и подземных органах растений в их остатках.
Производительность растительности в различных экосистемах неодинакова: от 1-2 т/га в год сухого вещества в тундрах до 30-35 т/га во влажных тропических лесах. Под травянистойрастительностью основным источником гумуса являются корни, масса которых в метровом слое почвы составляет 8-28 т/га (Степ). Травянистая растительность в зоне хвойных и смешанных лесов (Полесье) на суходольных лугах накапливает 6-13 т корней на гектар в метровом слое почвы, под многолетними сеяными травами — 6-15 т/га; годовалым культурной растительностью — 3,1-15 т/га органических остатков. Под лесной растительностью растительный опад образует подстилку, участие корней в гумусообразовании незначительна. По профилю содержание корневых остатков с глубиной уменьшается. Эти остатки нередко используются почвенной фауной и микроорганизмами, в результате чего происходит трансформация органического вещества во вторичные формы.
Химический состав органических остатков очень разнообразен: вода (70-90%), белки, липиды, лигнин, смолы, воски, дубильные вещества. Подавляющее большинство этих соединений высокомолекулярные (мол. масса 104-106). Древесина разлагается медленно, так как содержит много смол и дубильных веществ, которые трансформируются лишь специфической микрофлорой. Зато очень быстро разлагаются бобовые травы, обогащенные белками и углеводами. Зольных элементов в траве много, а у древесных мало. В пахотных почвах источником для гумусообразования служат остатки культурных растений и органические удобрения.
30. Растительные остатки, попадая в почву или на ее поверхность, разлагаются микроорганизмами, в результате возникают более простые подвижные соединения. Часть этих соединений полностью минерализуется микроорганизмами и усваивается новыми поколениями растительности, другая часть используется микроорганизмами для синтеза органических веществ, которые в дальнейшем вновь разлагаются. Некоторые продукты разложения превращаются в сложные высокомолекулярные вещества - гуминовые кислоты. Этот процесс, протекающий под воздействием кислорода воздуха, воды и ферментов микроорганизмов, называется гумификацией, или гумусообразованием. Активное участие в превращении органических остатков в гумус принимают живые организмы (бактерии, грибы, почвенные животные), которые перемешивая с почвой всю массу органических остатков, а также продуктов их разложения и гумификации, перерабатывают все и выбрасывают неиспользованную часть в виде экскрементов в толщу почвы.
31. Гу́мус (лат. humus «земля, почва») — основное органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые высшим растениям . Гумус составляет 85—90 % органического вещества почвы и является важным критерием при оценке её плодородности.
Гумус составляют индивидуальные (в том числе специфические) органические соединения, продукты их взаимодействия, а также органические соединения, находящиеся в форме органо-минеральных образований.
Гумус является продуктом жизнедеятельности почвенных организмов, прежде всего дождевых червей. На роль дождевых червей в образовании гумуса указал Чарльз Дарвин. Растения не могут непосредственно усваивать гуминовые вещества. Это в начале XX века показалД. Н. Прянишников. Разложением гумуса для растений занимаются симбиотические микроорганизмы.
Гумус — часть органического вещества почвы, представленная совокупностью специфических и неспецифических органических веществ почвы, за исключением соединений, входящих в состав живых организмов и их остатков.
Групповой состав гумуса — перечень и количественное содержание групп органических веществ, входящих в состав гумуса.
Фракционный состав гумуса — содержание органических веществ, входящих в отдельные группы гумусовых соединений и различающихся по формам их связи с минеральной частью почвы.
Специфические гумусовые вещества — тёмноокрашенные органические соединения, входящие в состав гумуса и образующиеся в процессе гумификации растительных и животных остатков в почве. В составе гумусовых веществ имеются и гидрофобные, и гидрофильные группы[2].
Гумусовые кислоты — класс высокомолекулярных органических азотсодержащих оксикислот с бензоидным ядром, входящих в состав гумуса и образующихся в процессе гумификации.
Гуминовые кислоты (ГК) — группа тёмноокрашенных гумусовых кислот, растворимых в щелочах и нерастворимых в кислотах.
Гиматомелановые кислоты (ГМК) — группа гумусовых кислот, растворимых в этаноле.
Фульвокислоты (ФК) — группа гумусовых кислот, растворимых в воде, щелочах и кислотах.
Гумин — органическое вещество, входящее в состав почвы, нерастворимое в кислотах, щелочах, органических растворителях.
32. Плодородие почвы определяется количеством питательных элементов вносимых в нее, их динамикой; обменов веществ в почве и его интенсивностью. Вносимые в почву гуминовые удобрения - мощные катализаторы биохимических процессов протекающих в почве, ее биологической активности, в первую очередь за счет того, что органическое вещество гуматов используется микрофлорой почвы как источник энергии и питательных веществ. Гуматы способствуют росту численности споровых бактерий, плесневых грибов, актномецетов, целлюлозных бактерий. Численность последних на опытных участках, обработанных гуматом, возросла в 2-5 раз по сравнению с контролем. В результате разложение органических и древесных остатков (целлюлозы, гемицеллюлозы, протеинов, лигнина) протекает более интенсивно, ускоряются процессы гумификации, почва обогащается гумусом. Причем, применение гуминовых удобрений в условиях полевого мелкоделяночного опыта вызвало изменения в содержании гумуса не только в пахотном горизонте, но и по всему почвенному профилю. Применение гуминовых удобрений уже через год вызывает не только количественные, но и качественные изменения гумуса. Вновь образованный гумус обладает высокой биологической активностью, наличие его улучшает физические и химические свойства почвы.
33. Баланс гумуса в почве может быть бездефицитным, когда его приход в результате гумификации свежих растительных остатков и органических удобрений полностью уравновешивает расход за счет минерализации и эрозии почвы. Баланс считается положительным, когда приход вновь образованного гумуса превышает его расход, и отрицательным, когда приход гумуса не компенсирует его потери. Расход гумуса рассчитывают по интенсивности его минерализации в конкретных условиях. [1]
Баланс гумуса складывается из величины поступления в почву органического вещества и расхода гумуса за определенный промежуток времени или на определенной площади. Поскольку формирование высоких урожаев требует значительных расходов биогенных элементов почвы ( при урожае зерновых культур 50 ц / га расходуется не менее 10 ц / га гумуса), большое внимание следует уделять вопросам накопления в почве органического вещества. [2]
России баланс гумуса отрицательный. [3]
Дана характеристика баланса гумуса и основных питательных веществ в земледелии Центрально-Черноземной зоны. Изложены современные подходы к моделированию расширенного воспроизводства плодородия черноземов. Экологически обоснованы безопасная система земледелия и оптимальное сочетание интенсивных технологий в севооборотах. С учетом современных достижений науки дана экономическая оценка факторов и систем регулирования плодородия почв с использованием экономико-математических моделей. Обоснованы нормативы затрат для обеспечения различных уровней плодородия почв. [4]
Для поддержания бездефицитного баланса гумуса на черноземах и каштановых почвах необходимо в пятипольных севооборотах ежегодно вносить на одном из полей 30 - 50 т органических удобрений. [5]
Дозы органических удобрений, обеспечивающие бездефицитный баланс гумуса, варьируют в зависимости от типа почв, климатических условий, севооборота и других факторов. [6]
Важным источником органического вещества для улучшения баланса гумуса является солома, которая при условии одновременного внесения азотных удобрений лишь немногим уступает навозу. Многочисленными исследованиями установлено, что органическое вещество соломы способствует созданию благоприятной для растений почвенной структуры, повышает водоудерживающую и поглотительную способность почвы, делает ее устойчивой к ветровой и водной эрозии, ослабляет разрушительное воздействие механической обработки почвы. [7]
Проведя аналогичные расчеты по всем культурам севооборота, определяют баланс гумуса ( разница между приходом и расходом) по полям и в целом за ротацию. В нашем примере отрицательный баланс гумуса в среднем составил 5 3 ц / га, для покрытия которого с учетом коэффициента гумификации ( 0 25) потребуется вносить на 1 га 2 2 т органического вещества навоза, или 10 6 т подстилочного навоза в естественном физическом состоянии, так как содержание органического вещества в нем примерно 20 % сырой массы. [8]
Общая потребность России в органических удобрениях составляет более 800 млн т ежегодно, что соответствует внесению на каждый гектар не менее 6 2 т органических удобрений в год. Однако обеспеченность пахотных почв России ресурсами удобрений составляет лишь около 70 % потребности в них для создания бездефицитного баланса гумуса. [9]
34. Накопление в почве элементов питания растений связано с поглотительной способностью почв. Академик К. К. Гедройц предложил под поглотительной способностью почвы понимать способность ее поглощать жидкости, газы, солевые растворы и удерживать твердые частички, а также живые микроорганизмы. Поглотительные процессы в почве обусловлены преимущественно тонкодисперсной частью почвы и особенно коллоидами. Содержаниеколлоидов в почве редко превышает 30 % почвенной массы, но влияние их на свойства почвы и уровень плодородия исключительно велико.
Почва состоит из частиц различного размера. Почвенными коллоидами называют частицы диаметром от 0,2 до 0,001 мкм. Они образуются при диспергировании (раздроблении) крупных частиц или при конденсации вследствие физического или химического соединения молекул.
По происхождению почвенные коллоиды бывают минеральные, органические и органо-минеральные.
Минеральные коллоиды образуются при выветривании горных пород. Это глинистые минералы, коллоидные формы кремнезема и полуторные оксиды.
К органическим коллоидам относятся гумусовые вещества почвы, сформированные в процессе гумификации растительных и животных остатков.
Органо-минеральные коллоиды образуются при взаимодействии минеральных и органических коллоидов.
В различных почвах содержание коллоидов составляет от 1...2 до 30...40 % массы почвы. Наибольшее количество коллоидов отмечено в глинистых и суглинистых почвах с высокимсодержанием гумуса, наименьшее — в песчаных и супесчаных почвах, бедных гумусом.
Строение коллоидной частицы (мицеллы). На рисунке показано строение коллоидной мицеллы. Ядро мицеллы — это внутренняя ее часть, состоящая из недиссоциированных молекул. Оно может быть аморфным или кристаллическим. На поверхности ядра находится двойной электрический слой ионов, соприкасающийся с дисперсной средой (почвенным раствором): внутренний — потенциал определяющий слой неподвижных ионов, прочно связанных с ядром, и внешний — компенсирующий слой ионов, имеющий противоположный заряд.
Коагуляция и пептизация коллоидов. Коллоиды могут находиться в двух состояниях: золя (коллоидного раствора) и геля (коллоидного осадка).
Коагуляцией называется процесс перехода коллоидов из состояния золя в состояние геля. Слипание коллоидов в агрегаты происходит под влиянием электролитов. Коагуляция ацидоидов вызвана катионами электролита, базоидов — анионами. Свертывание (слипание) коллоидов может происходить при взаимодействии противоположно заряженных коллоидных систем. При высушивании или замораживании почвы наблюдаются дегидратация (обезвоживание) гидрофильных коллоидов и повышение концентрации электролита почвенного раствора, что также вызывает коагуляцию коллоидов.
При коагуляции коллоидов происходит склеивание элементарных почвенных частиц в комочки, в результате чего улучшаются физические свойства почвы. Коагуляцию вызывают двухвалентные катионы, особенно Са2+. Кальций называют «стражем почвенного плодородия», так как он способствует образованию структуры и уменьшает кислотность почв.
Пептизация — это обратный процесс коагуляции, при котором коллоиды переходят из геля в золь. Пептизация происходит при воздействии растворов щелочных солей. Например, под влиянием одновалентного катиона натрия наблюдается усиленная гидратация коллоидов и переход их в состояние золя. При пептизации почвенных коллоидов разрушается ценная структура и ухудшаются свойства почвы. Так, столбчатый горизонт солонцовых почв, насыщенный гидратированными катионами натрия, во влажном состоянии набухает, а при высыхании растрескивается на крупные отдельности.
Роль коллоидов в почве исключительно велика: от содержания коллоидной фракции зависят связность, водопроницаемость, буферность и другие свойства почвы.
35. ПОЧВЕННЫЙ ПОГЛОЩАЮЩИЙ КОМПЛЕКС , коллоидный комплекс, совокупность нерастворимых в воде мелкодисперсных минеральных, органич. и органоминеральных соединений, образовавшихся в процессе формирования почвы и частично унаследованных от материнской породы. Минеральная часть П. п. к. состоит из соединений SiO2, Al2O3, Fe2O3 и продуктов синтеза их коллоидных гидратов, образующихся вследствие взаимной коагуляции. В органич. часть входят гумусовые в-ва (см. Гумус ) в свободном или почти свободном состоянии и соли гуминовых к-т и фульвокислот. Органич. часть обладает большей подвижностью (легко вымывается из почвы) по сравнению с минеральной. Органоминеральная часть содержит соединения типа хелатов и адсорбционные соединения гуминовых к-т и фульвокислот с частицами глинистых минералов.
36. Строение коллоидной мицеллы
Лиофобные коллоиды обладают очень высокой поверхностной энергией и являются поэтому термодинамически неустойчивыми; это делает возможным самопроизвольный процесс уменьшения степени дисперсности дисперсной фазы (т.е. объединение частиц в более крупные агрегаты) – коагуляцию золей. Тем не менее золям присуща способность сохранять степень дисперсности – агрегативная устойчивость, которая обусловлена, во-первых, снижением поверхностной энергии системы благодаря наличию на поверхности частиц дисперсной фазы двойного электрического слоя и, во-вторых, наличием кинетических препятствий для коагуляции в виде электростатического отталкивания частиц дисперсной фазы, имеющих одноименный электрический заряд.
Строение структурной единицы лиофобных коллоидов – мицеллы – может быть показано лишь схематически, поскольку мицелла не имеет определенного состава. Рассмотрим строение коллоидной мицеллы на примере гидрозоля иодида серебра, получаемого взаимодействием разбавленных растворов нитрата серебра и иодида калия:
AgNO3 + KI ––> AgI + KNO3
Коллоидная мицелла золя иодида серебра (см. рис. 4.9) образована микрокристаллом иодида серебра, который способен к избирательной адсорбции из окружающей среды катионов Ag+ или иодид-ионов. Если реакция проводится в избытке иодида калия, то кристалл будет адсорбировать иодид-ионы; при избытке нитрата серебра микрокристалл адсорбирует ионы Ag+. В результате этого микрокристалл приобретает отрицательный либо положительный заряд; ионы, сообщающие ему этот заряд, называются потенциалопределяющими, а сам заряженный кристалл – ядром мицеллы. Заряженное ядро притягивает из раствора ионы с противоположным зарядом – противоионы; на поверхности раздела фаз образуется двойной электрический слой. Некоторая часть противоионов адсорбируется на поверхности ядра, образуя т.н. адсорбционный слой противоионов; ядро вместе с адсорбированными на нем противоионами называют коллоидной частицей или гранулой. Остальные противоионы, число которых определяется, исходя из правила электронейтральности мицеллы, составляютдиффузный слой противоионов; противоионы адсорбционного и диффузного слоев находятся в состоянии динамического равновесия адсорбции – десорбции.
Схематически мицелла золя иодида серебра, полученного в избытке иодида калия (потенциалопределяющие ионы – анионы I–, противоионы – ионы К+) может быть изображена следующим образом:
{[AgI]m · nI– · (n-x)K+}x– · x K+
При получении золя иодида серебра в избытке нитрата серебра коллоидные частицы будут иметь положительный заряд:
{[AgI]m · nAg+ · (n-x)NO3–}x+ · x NO3–
Рис. 4.9. Строение коллоидной мицеллы
Агрегативная устойчивость золей обусловлена, таким образом, рядом факторов: во-первых, снижением поверхностной энергии дисперсной фазы (т.е. уменьшения движущей силы коагуляции) в результате образования двойного электрического слоя и, во-вторых, наличием кинетических препятствий для коагуляции в виде электростатического отталкивания имеющих одноименный заряд коллоидных частиц и противоионов. Еще одна причина устойчивости коллоидов связана с процессом гидратации (сольватации) ионов. Противоионы диффузного слоя сольватированы; эта оболочка из сольватированных противоионов также препятствует слипанию частиц.
37. Поглотительная способность — способность почвы поглощать твердые, жидкие и газообразные вещества. В зависимости от способа поглощения различают пять видов поглотительной способности: 1) биологическую, 2) механическую, 3) химическую, 4) обменную, 5) физическую. Биологическое поглощение в почве — это поглощение растениями и почвенной микрофлорой элементов питания из почвенного раствора. Для этого вида поглощения характерна избирательная поглотительная способность, присущая растениям, а не почве. Биологическое поглощение существенно влияет и на другие виды поглощения. Механическая поглотительная способность почвы — способность ее механически задерживать в своих порах частицы другого вещества. Она связана с пористостью почвы. Так происходит поглощение твердых частиц органических веществ и удобрений, коллоидов и др. Особенно велико значение механической поглотительной способности почв в областях с обилием осадков и на почвах искусственно орошаемых. Этот вид поглощения широко используется в практике при очистке воды на водоочистительных станциях, очистке сточных вод. Химическая поглотительная способность почвы. В это понятие входит способность почвы образовывать труднорастворимые вещества. Их образование связано с химической реакцией обмена солей в растворе или с твердой фазой почвы. Труднорастворимые и нерастворимые соединения выпадают в осадок и закрепляются почвой. Процессы химического поглощения особенно широко развиты по отношению к растворимым фосфатам. В почвах, насыщенных основаниями, содержащих бикарбонаты и карбонаты кальция (в черноземах обыкновенных и южных), растворимый монокальцийфосфат превращается в малорастворимый трехзамещенный фосфат. В почвах кислых, не насыщенных основаниями, фосфорная кислота растворимых фосфатов осаждается в виде фосфатов железа и алюминия. Обменная поглотительная способность, почвы — свойство почвы удерживать на поверхности своих частиц ионы, способные к эквивалентному обмену. Обменная поглотительная способность основывается на реакции обмена между катионами диффузного слоя почвенных коллоидов и катионами почвенного раствора, соприкасающегося с ними. Подобный обмен может происходить и между анионами. Обменная поглотительная способность — важнейший вид поглотительной способности, с ней связано превращение вносимых удобрений в почве. Химическая мелиорация (известкование, гипсование) также основана на обменной поглотительной способности почв. Физическая поглотительная способность почвы — способность твердых частиц поглощать молекулы газов, паров и растворенных в почвенном растворе веществ. Поглощение целых молекул отдельных веществ связано с притяжением и концентрацией их вокруг коллоидной частицы. Объясняется это явление наличием свободной поверхностной энергии у коллоидов. Почвы суглинистые и глинистые с большим содержанием гумуса обладают повышенной физической поглотительной способностью по сравнению с почвами легкого механического состава. Поглотительная способность почвы. Поглотительная способность — способность почвы поглощать твердые, жидкие и газообразные вещества. В зависимости от способа поглощения различают пять видов поглотительной способности: 1) биологическую, 2) механическую, 3) химическую, 4) обменную, 5) физическую. Биологическое поглощение в почве — это поглощение растениями и почвенной микрофлорой элементов питания из почвенного раствора. Для этого вида поглощения характерна избирательная поглотительная способность, присущая растениям, а не почве. Биологическое поглощение существенно влияет и на другие виды поглощения. Механическая поглотительная способность почвы — способность ее механически задерживать в своих порах частицы другого вещества. Она связана с пористостью почвы. Так происходит поглощение твердых частиц органических веществ и удобрений, коллоидов и др. Особенно велико значение механической поглотительной способности почв в областях с обилием осадков и на почвах искусственно орошаемых. Этот вид поглощения широко используется в практике при очистке воды на водоочистительных станциях, очистке сточных вод. Химическая поглотительная способность почвы. В это понятие входит способность почвы образовывать труднорастворимые вещества. Их образование связано с химической реакцией обмена солей в растворе или с твердой фазой почвы. Труднорастворимые и нерастворимые соединения выпадают в осадок и закрепляются почвой. Процессы химического поглощения особенно широко развиты по отношению к растворимым фосфатам. В почвах, насыщенных основаниями, содержащих бикарбонаты и карбонаты кальция (в черноземах обыкновенных и южных), растворимый монокальцийфосфат превращается в малорастворимый трехзамещенный фосфат. В почвах кислых, не насыщенных основаниями, фосфорная кислота растворимых фосфатов осаждается в виде фосфатов железа и алюминия. Обменная поглотительная способность, почвы — свойство почвы удерживать на поверхности своих частиц ионы, способные к эквивалентному обмену. Обменная поглотительная способность основывается на реакции обмена между катионами диффузного слоя почвенных коллоидов и катионами почвенного раствора, соприкасающегося с ними. Подобный обмен может происходить и между анионами. Обменная поглотительная способность — важнейший вид поглотительной способности, с ней связано превращение вносимых удобрений в почве. Химическая мелиорация (известкование, гипсование) также основана на обменной поглотительной способности почв. Физическая поглотительная способность почвы — способность твердых частиц поглощать молекулы газов, паров и растворенных в почвенном растворе веществ. Поглощение целых молекул отдельных веществ связано с притяжением и концентрацией их вокруг коллоидной частицы. Объясняется это явление наличием свободной поверхностной энергии у коллоидов. Почвы суглинистые и глинистые с большим содержанием гумуса обладают повышенной физической поглотительной способностью по сравнению с почвами легкого механического состава. Примером физической поглотительной способности является сорбированная форма воды в почве (гигроскопическая и пленочная).
38. Емкость поглощения - способность высокодисперсных фракций почв поглощать из растворов ионы (катионы и анионы) и обменивать их, например, при изменении рН растворов. Величина (энергия) поглощения зависит от гумусности, механического состава почв и валентности ионов (двухвалентные поглощаются энергичнее одновалентных). Выражается в миллиграммэквивалентах на 100 г сухой почвы.
Общее содержание поглощенных катионов оснований (кроме Н+ и А13+) называют суммой обменных оснований. На их долю в черноземах приходится до 80—90%; в дерново-подзолистых почвах и красноземах иногда 50% и более от ЕКО приходится на ионы водорода и алюминия.
39. Актуальная кислотность создается при недостатке в почве нейтрализующих веществ за счет диссоциации Н+ от угольной, других водорастворимых кислот и гидролитически кислых солей. В насыщенных основаниями (Са, Mg и Na) и карбонатных почвах происходит нейтрализация кислот, реакция их раствора нейтральная или щелочная.
Реакция водной вытяжки разных почв колеблется от рН 3—3,5 (в сфагновых торфах) до рН 9—10 (в солонцовых почвах). Щелочную реакцию имеют южные черноземы и каштановые почвы (рН 7,5), сероземы (рН до 8,5) и солонцы (рН до 9 и более). Реакция раствора, близкая к нейтральной (рН 6,5—7), у обыкновенного и мощного черноземов, слабокислая реакция (рН 5,5—6,5) у выщелоченных черноземов и серых лесных почв, а подзолистые и дерново-подзолистые почвы имеют кислую или сильнокислую реакцию (рН 4—5 и ниже).
Актуальная кислотность находится в тесной связи с потенциальной (скрытой кислотностью), которая, в свою очередь, подразделяется на обменную и гидролитическую.
Ионы Н+ и Аl3+находящиеся в почвенном поглощающем комплексе, при взаимодействии с растворами солей вытесняются из поглощенного состояния и подкисляют почвенный раствор. В растворе образуется соляная кислота и хлористый алюминий — гидролитически кислая соль: АlCl2 + З H23 .
Кислотность, обусловленная ионами водорода и алюминия, находящимися в поглощенном состоянии и способными вытесняться в раствор при действии на почву какой-либо нейтральной соли, называется обменной кислотностью. Определяется она обработкой почвы раствором 1 и. КСl (солевая вытяжка) и выражается в мэкв на 100 г почвы, или величиной рН. В солевой вытяжке определяются актуальная и обменная кислотность, поэтому рН солевой вытяжки обычно - ниже, чем рН водной вытяжки.
Обменная кислотность характерна для дерново-подзолистых и серых лесных почв, оподзоленных и выщелоченных черноземов, а также красноземов. Это скрытая кислотность, но при действии на почву нейтральных солей она переходит в актуальную и оказывает отрицательное влияние на развитие растений. Особенно вредно действует переходящий в раствор алюминий. Результаты определения рН солевой вытяжки служат для характеристики степени кислотности почвы. При рН до 4,5 кислотность сильная, рН 4,6—5 — средняя, рН 5,1—5,5 — слабая, рН 5,6— 6,0 — реакция, близкая к нейтральной, >6,0 — нейтральная. На основании определения рН солевой вытяжки в образцах почвы, взятых с различных частей поля (или разных полей), оформляются картограммы кислотности. Для обозначения контуров почв с различными величинами рН используют следующие цвета: <4,5— красный, 4,6—5 — желтый, 5,1—5,5 — зеленый, 5,6—6,О—голубой, >6,0 — синий. По величине рН солевой вытяжки устанавливают степень нуждаемости почв в известковании и ориентировочную норму извести.
При обработке почвы 1 н. КСl из почвенного поглощающего комплекса переходят не все ионы водорода, часть их более прочно поглощена коллоидами почвы и нейтральными солями не вытесняется. Их можно вытеснить при действии на почву раствором гидролитически щелочной соли, например уксуснокислого натрия — СН3СООNa
Кислотность почвы, обусловленная менее подвижными ионами водорода, которые вытесняются при обработке почвы гидролитически щелочной солью, называется гидролитической кислотностью. С ней приходится встречаться чаще, чем с обменной, она свойственна большинству почв, даже черноземам. Эта кислотность включает менее подвижную часть поглощенных ионов Н+, труднее обменивающихся на катионы почвенного раствора. Определять ее необходимо для решения ряда практических вопросов применения удобрений — установления норм извести и возможности эффективного применения фосфоритной муки. При обработке почвы раствором уксуснокислого натрия в раствор переходят все содержащиеся в почве ионы водорода (и алюминия), т. е. определяется сумма всех видов кислотности (актуальная, обменная и гидролитическая). Чтобы определить величину собственно гидролитической кислотности, необходимо из общего показателя вычесть величину обменной кислотности. Обычно этого не делают и термином «гидролитическая киПо отношению к реакции среды и отзывчивости на известкование сельскохозяйственные культуры можно подразделить на следующие группы.
1. Не переносят кислой реакции люцерна, эспарцет, сахарная, столовая и кормовая свекла, конопля, капуста — для них оптимум рН лежит в узком интервале от 7 до 7,5. Они сильно отзываются на внесение извести даже па слабо кислых почвах.
2. Чувствительны к повышенной кислотности пшеница, ячмень, кукуруза, подсолнечник, все бобовые культуры, за исключением люпинов и сераделлы, огурцы, лук, салат. Они лучше растут при слабокислой или нейтральной реакции (рН 6—7) и хорошо отзываются на известкование не только сильно- но и среднекислых почв.
3. Менее чувствительны к повышенной кислотности рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка, редис, морковь, томаты. Они могут удовлетворительно расти в широком интервале рН при кислой и слабощелочной реакции (от рН 4,5 до 7,5), но наиболее благоприятна для их роста слабокислая реакция (рН 5,5—6). Эти культуры положительно реагируют на известкование сильно- и среднекислых почв полными дозами, что объясняется не только снижением кислотности, но и усилением мобилизации питательных веществ и улучшением питания растений азотом и зольными элементами.
4. Нуждаются в известковании только на средне- и сильнокислых почвах лен и картофель. Картофель мало чувствителен к кислотности, а для льна лучше слабокислая реакция (рН 5,5—6,5). Высокие нормы СаСО3, особенно при ограниченных нормах удобрений, оказывают отрицательное действие на качество урожая этих культур, картофель сильно поражается паршой, снижается содержание крахмала в клубнях, а лен заболевает бактериозом, ухудшается качество волокна. Отрицательное влияние известкования объясняется не столько нейтрализацией кислотности, сколько уменьшением усвояемых соединений бора в почве и избыточной концентрацией ионов кальция в растворе, из-за чего затрудняется поступление в растение других катионов, в частности магния и калия.
В севооборотах с большим удельным весом картофеля и льна при использовании высоких норм удобрений, особенно калийных, известкование можно проводить полными нормами, при этом лучше вносить известковые удобрения, содержащие магний, сланцевую золу или металлургические шлаки, а при использовании СаСО3 вносить одновременно борные удобрения. В этом случае не наблюдается отрицательного действия" известкования на лен и картофель, и в то же время повышается урожай клевера, озимой пшеницы и других культур, чувствительных к кислотности.
5. Хорошо переносят кислую реакцию и чувствительны к избытку водорастворимого кальция в почве люпин, сераделла и чайный куст, поэтому при известковании повышенными дозами они снижают урожай. При возделывании люпина и сераделлы на зеленое удобрение рекомендуется вносить известь не перед посевом, а при запашке этих культур в почву.
слотность» обозначают общую кислотность почвы, выражая ее в мэкв на 100 г почвы.