Значение плотности

1. При уплотнении почвы, доля твердой фазы и доля, занимаемая недоступной влагой, растет. При величине плотности 1,5–1,6 г/см^з величина доступной влаги составляет 5–10 % от объема почвы. Чем суше почва, тем большее угнетение испытывают растения от повышенной плотности. С ее ростом на 0,1 г/ см^з содержание недоступной влаги увеличивается на 10 %.

2. В слитых почвах, богатых монтмориллонитом, отрицательное воздействие повышенного уплотнения усиливается набуханием и усадкой. Объемное сжатие при высыхании почв (усадка) составляет почти 30 %. Это приводит к разрыву корневых систем.

3. Нормальный газообмен нарушается при плотности почв более 1,45 г/см^з. Это вызывает сокращение макропор и крупных капилляров, снижение диффузии воздуха и газообмен между почвой и атмосферой, резкое сокращение доля О₂, изменение направления биологического превращения веществ, подавление разложения органических соединений.

4. При уплотнении почвы у растений снижается или запаздывает всхожесть, они ниже ростом, листья слабо окрашены, нарушаются формы корневых систем, деформируются клубни. Проникновение корней в горизонты при плотности 1,40–1,55 (1,6) г/см^з затруднено, их развитие угнетается, при дальнейшем уплотнении почв рост корней невозможен.

5. В более плотных почвах урожай зерновых снижается на 10–15 %.

В основу классификации почв по гранулометрическому составу положено процентное содержание физической глины, фракции размером менее 0,01 мм. Фракция большего размера называется физическим песком. Необходимо оценить плотность и порозность исследуемой почвы (табл. 11, 12).

Таблица 11 – Агрономическая оценка общей порозности

(суглинистые и глинистые почвы)

Общая порозность, %	Агрономическая оценка
≥ 70 65-55 55-50 ≤ 50	Избыточно пористая (вспушенная почва) Отличная (культурно-пахотный слой) Удовлетворительная (для пахотного слоя) Неудовлетворительная для пахотного слоя

Таблица 12 – Классификация почв и пород по гранулометрическому

составу (по Н.А. Качинскому), содержание физической глины, %

Степные почвы	Засоленные почвы	Гранулометрический состав
0-5 5-10 10-20 20-30 30-45 45-60 60-75 75-85 ≥85	0-5 5-10 10-15 15-20 20-30 30-40 40-50 50-65 ≥65	Рыхлопесчаная Связнопесчаная Супесчаная Легкосуглинистая Среднесуглинистая Тяжелосуглинистая Легкоглинистая Среднеглинистая Тяжелоглинистая

Для уточнения названия почвы, в ее систематике (разновидность), по данным гранулометрического состава выбираем две преобладающих фракции, главной является та, которой больше всего, и в названии ее ставят на последнее место.

Таблица 13 – Размер почвенных фракций, мм

Размер фракций, мм	Название
1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 ≥0,001	Крупный и средний песок Мелкий песок Крупная пыль Средняя пыль Мелкая пыль Ил

2.4. Гумусное состояние почв

Гумус – основная часть органических соединений, специфическая, присущая только почвам, органическая масса, полностью утратившая черты анатомического строения организмов. Гумус – смесь различных по составу и свойствам высокомолекулярных соединений, объединенных общностью происхождения, некоторыми свойствами и чертами строения.

С гумусом связаны основные запасы питательных элементов, в его состав входят многие физиологические вещества (ферменты, антибиотики, витамины). Он – источник углерода и энергии для почвенных микроорганизмов, способствует формированию оптимальных водных, воздушных, тепловых режимов, обеспечивает устойчивость почв к загрязнению.

Запасы гумуса – величина, которая характеризует содержание гумуса в генетическом горизонте или любом слое почвы в расчете на определенную площадь. Его значения используют для расчета доз органически удобрений.

Запасы гумуса (ЗГ) определяют по формуле:

ЗГ =Г d_v h, т/га

Г – содержание гумуса, %, h – мощность cлоя почвы, см. d_v – плотность почвы, г/см^з.

Таблица 14. Градация гумусного состояния почв

Характеристика содержания гумуса	Гумус, %	Запасы гумуса, т/га
		В слое 0-0,5 м	В слое 0-1,0 м
Очень высокое Высокое Среднее Низкое Очень низкое	≥ 10 6-10 4-6 2-4 ≤ 2	≥ 200 150-200 100-150 50-100 ≤ 50	≥ 600 400-600 200-400 100-200 ≤ 100

Задание. По исходным данным рассчитать запасы гумуса в слоях 0-50 и 0-100 см, охарактеризовать интенсивность содержания гумуса и его запасов (табл. 14).

Природно-экологическая значимость органических соединений

1. Минерализация органических соединений – первостепенный источник поступления в почвы доступных растениям элементов – биофилов в концентрациях, близких к потребностям. Более 80 % органических остатков участвуют в этом процессе.

Продукты минерализации попадают в почвенный раствор и становятся элементами питания – вновь включаются в биологический круговорот. Гумус подвергается минерализации значительно медленнее, что обеспечивает регулярность и стабильность минерального азотного и фосфорного питания живых организмов почвы.

2. Гумус – консервант солнечной энергии, которая была накоплена благодаря фотосинтезу растениями в многообразии неспецифических органических соединений, а затем трансформирована в вещества почвенного гумуса. Постепенное высвобождение лучистой энергии солнца осуществляет энергетическое обеспечение многих почвенных процессов. Почвенный гумус имеет конкретную калорийную энергетическую значимость.

3. Гумус обладают различной физиологической активностью. Стимулирующую роль гуматов используют для выращивания черенков- саженцев кустарниковых культур. В присутствии гуматов корневые системы ускоряют свой рост. Гуминовые удобрения – незаменимые удобрения, особенно для томатов, картофеля, свеклы.

4. Гумус оптимизирует физическое состояние почв, способствуют. образованию агрономически ценной структуры, что создает благоприятный для растений водно-воздушный режим.

5. Почвенный гумус имеет типичные характеристики гидрофильных коллоидов, увеличивает водоудерживающую способность, так как способен поглощать значительное количество воды.

6. Гумусное состояние почв – важнейший показатель количественной оценки плодородия. С ним связаны многие условия жизни растений: мощность и богатство гумусом почв, рН, пригодность к сельскохозяйственному использованию, физическое состояние почв, водный и воздушный режим, структура, биохимическая активность почв.

2.5. Физико-химические свойства почв

В этом разделе необходимо оценить окислительно-восстановитель-ные условия (рН) почв, определить катионно-обменный состав почв и привести анализ водной вытяжки.

2.5.1. Окислительно-восстановительные условия

Реакция среды имеет существенное значение для направления почвенных процессов, изменяется в широких пределах. Реакция среды, выраженная величиной рН – актуальная кислотность или щелочность.

Актуальная кислотность – концентрация ионов Н+ в почвенном растворе в мг-экв (моль) на 1 литр, выраженная в рН. Это наиболее устойчивый генетический показатель конкретной почвы.

Щелочность – содержание в почве соединений, обуславливающих ее щелочную реакцию, которая в основном обусловлена карбонатами натрия, кальция, магния.

Экологическая оценка рН.

4-5. Резко кислая. Часто встречается в условиях влажного климата, у сильноподзолистых и болотных почв, желтоземно- и красноземно-подзо-листых. В почвах нет периода весенней спелости, их можно обрабатывать в любое время года. Наиболее рационально использовать под кислотолюбивые и кислотовыносливые культуры.

5-5,5. Сильнокислая. Характерна для почв влажного климата (подзолистые, дерново-подзолистые, бурые лесные ненасыщенные, желтоземы и красноземы).

6-6,5. Слабокислая проявляется в почвах влажного климата (выщелоченные черноземы, серые и бурые лесные, насыщенные желтоземы и красноземы). Благоприятны физические условия, но склонность к уплотнению, повышенный уровень жизнедеятельности микроорганизмов и нитрификационной активности.

6,5-7,5. Нейтральная. Типична для черноземов. Благоприятные физические условия, прекрасная оструктуренность, интенсивная микробиологическая деятельность, оптимальные условия фосфорного, азотного минерального питания, высокое плодородие. Обрабатывать весной необходимо при спелости, которая наступает быстрее, чем у слабокислых почв.

7,5-8,5 (8,7). Слабощелочная. В южных черноземах, карбонатных почвах, автоморфных почвах сухих и полупустынных степей. Весеннее созревание идет быстро. Микробиологическая деятельность, нитрификационная способность, условия азотного питания, доступность многих зольных элементов хорошая.

8,5-10. Сильнощелочные. Почвы с повышенной щелочной реакцией породы. Такое повышение рН характерно для материнских пород многих черноземов и каштановых почв.

10-12. Резкощелочные. Встречается в почвах аридного климата. Это могут быть солонцы, содовые солончаки. Обуславливает неблагоприятные физические условия, бесструктурность, подавляет деятельность микроорганизмов. Необходимы высокие дозы гипса.

Задание. Указать окислительно-восстановительные условия по значению рН.

2.5.2. Оценка засоления почв по содержанию водорастворимых солей.

Общую минерализацию почв по данным водной вытяжки можно представить как сумму ионов в граммах:

∑ = СО₃ + НСО₃ + Сl + SO₄ + Ca + Mg + Na + K

Воднорастворимые соли в водных вытяжках и в почвенном растворе в результате ассоциации образуют малоподвижные электронейтральные ионные пары СаSO₄, MgSO₄, СаСО₃, MgСО₃. При этом ионы хлора в силу своей высокой реакционной способности комплексы не образуют (Вальков В. Ф. и др., 2001). Образование малоподвижных комплексов делает более стабильным солевой состав почв.

Задание. Определить сумму легкорастворимых анионов и катионов по результатам анализа водной вытяжки в граммах.

2.5.2. Определение солонцеватости почв по содержанию обменных катионов

Источником всех ионов почвенного раствора является почвенно поглощающий комплекс (ППК), связанный с жидкой фазой через процессы ионного обмена и адсорбции (Д. Л. Пинский). Э. А. Соколенко с соавторами (1981) приводят схему ионно-солевого комплекса почвы, исходя из которой очевидно взаимодействие малорастворимых и водорастворимых солей, обменных катионов.

Рисунок 2 – Схема ионно-солевого комплекса почвы

по Соколенко А. А. и др. (1981).

Катион натрия в количествах менее 3 % от емкости катионного обмена (ЕКО) – необходимый компонент оптимального функционирования почвы.

Общеизвестную оценку степени солонцеватости почв определяют по доле поглощенного натрия (табл. 15.).

Таблица 15. Оценка солонцеватости почв по величине обменного натрия

Доля обменного натрия, % от ЕКО	Оценка солонцеватости Почв
≤ 5	Несолонцеватая
5-10	Слабосолонцеватая
10-15	Солонцеватая
 15	Солонец

Магний всегда сопутствует кальцию. Типичное соотношение Са : Мg = 5:1. В этих количествах действие магния аналогично кальцию. Если катиона Мg больше, то повышается щелочность в связи с присутствием в почвенной среде бикарбонатов и карбонатов Мg. Поглощенный Мg поддерживает свойства солонцеватости почв (Вальков В. Ф., 2001, Панкова Е. И.)

В ходе работы необходимо рассчитать степень солонцеватости и соотношения катионов кальция и магния.

Высокая обеспеченность кальцием и магнием почвенных растворов препятствует диспергации коллоидов и развитию солонцовых процессов. Легкорастворимые соли натрия способны повышать рН почв. Известно, что карбонаты магния хотя и малорастворимы, но также могут повышать щелочность почв до 9,1-9,8. Щелочная реакция может быть вызвана и вытеснением натрия из ППК в ходе реакции:

2 Na + Са(НСО₃ )₂ → Ca +2 Na(НСО₃)

В случае, когда в соотношении Са : Мg, доля магния превышает единицу, рационально для градации степени осолонцеватости почв учитывать сумму обменных катионов натрия и магния.

Подвижность Са определяется гидролизом карбонатов до бикарбонатов:

СаСО₃ = Н₂О + СО₂ +Са(НСО₃)₂

Бикарбонат кальция существует только в растворимом состоянии, является основным компонентом выщелачивания. Но при изменении концентрации растворов и углекислого газа, бикарбонат легко переходит в кальцит. В результате в почвах формируется карбонатный профиль.

Материальным носителем катионообменной способности почв является почвенно-поглощающий комплекс (ППК).

ППК – совокупность минеральных, органических и органоминеральных компонентов твердой фазы почвы, обладающая ионнообменной способностью, плазма почвы, самая активная химическая, физическая, физико-химическая, биологически деятельная часть, определяющая генезис и плодородие. Илистая фракция и есть плазма, если она содержит органические соединения.

Скорость и соотношение обменивающихся катионов зависит от валентности ионов в растворе, их радиуса, от свойств ППК (дисперсность, органо-минеральный состав, окислительно-восстановительные условия).