Материал: Курс лекций (общее) (1)

46

химических процессов, протекающих в почвах при сменных режимах (Качинский Н. А., 1963).

При переувлажнении в почве развиваются восстановительные процессы с преобразованием запасных форм железа, которые вместе с почвенным раствором пропитывают агрегаты. В засушливый сезон, при опускании грунтовых вод, просыхающие слои почвы аэрируются, закисное железо переходит в нерастворимые формы окисного железа, которые, размещаясь в порах, цементируют агрегаты.

В качестве цемента агрегатов служит CaCO3 при образовании его из бикарбоната кальция по реакциям: Ca(HCO3)2→CaCO3 + CO2 + H2O при подсыхании почвы или Ca(HCO3)2 + CaO→ 2CaCO3 + H2O при инфильтрации раствора с бикарбонатом кальция в горизонты с избытком CaO. При удобрении почв суперфосфатом и преципитатом цементом почвенных агрегатов может стать Ca(PO4)2 при образовании его из водорастворимых форм фосфатов – CaHPO4, или другой формы –

Ca(H2PO4)2.

Наиболее выраженная комковато-зернистая структура черноземов обусловлена богатством их органическими и минеральными коллоидами с преобладанием кислот гуминового и ульминового комплекса и катионом кальция. Этому способствует травянистая растительность с хорошо разветвленной корневой системой, периодическое просушивание, промораживание почвы и другие процессы.

Одним из факторов образования макроагрегатов является наличие на поверхности микроагрегатов коллоидных пленок. При набухании этих пленок частицы соприкасаются друг с другом и при высыхании склеиваются и прочно удерживаются. Этот процесс усиливается, если одновременно происходит уплотнение почвы. Чем плотнее почва, тем большая часть поверхности частиц приходит в соприкосновение и тем с большей силой они слипаются.

Степень уплотнения зависит от влажности почвы. Сухая почва обладает сыпучестью, но, если постепенно увлажнять и перемешивать, начинается образование комков. Это происходит под влиянием менисковых сил, возникающих между частицами при смачивании почвы. Вогнутые мениски стягивают их и вызывают давление. Частицы, окруженные водными пленками, в результате скольжения

47

располагаются компактно, тесно соприкасаются, и почва уменьшается в объеме. Менисковые и склеивающие силы действуют при определенной влажности. Наряду с явлением склеивания и укрупнения почвенных комков в почве действуют факторы, расчленяющие ее. К ним относятся изменение влажности, температуры почвы, корни растений и почвенная фауна, а также обработка почвы.

При увлажнении почвы происходит набухание коллоидных пленок и увеличивается их объем. Чем меньше почвенные частицы, тем больше увеличивается общий объем почвы. По мере высыхания объем почвы уменьшается, в ней появляется много трещин, которые расчленяют почвенную массу. Степень расчленения зависит от гранулометрического состава. Сильно набухшие глинистые и тяжелосуглинистые почвы дают большую осадку, то есть уменьшение в объеме, чем песчаные. Аналогичные изменения вызывают температурные колебания, особенно промерзание и оттаивание почвы. При промораживании и оттаивании оптимально увлажненной почвы (20-25 %) ее структура уменьшается. В первую очередь замерзает свободная вода в более крупных капиллярных порах. Участки почвы по периферии крупных пор с замерзанием воды уплотняются и создают условия коагуляции коллоидов. Этому процессу способствует и вымораживание чистой воды, в силу чего повышается концентрация электролитов в незамерзшей части раствора. Давление замершей воды сближает почвенные частицы.

При замораживании и оттаивании переувлажненной почвы свободная замершая вода пропитывает всю толщину почвы, в том числе и внутренность набухших комков. Твердая фаза плавает в воде. Структурные агрегаты разрываются. Почва при оттаивании обесструктуривается.

Сухая почва при влажности завядания (11-14 %) замерзает при температуре – 20 ºС, не меняет своих свойств. Многообразные влияния на структурообразование оказывают корни растений. В межкорневых пространствах в результате расчленения корневой системы почвенной массы образуются макроагрегаты. Вблизи корней в зоне значительного сгущения, где усиленно развиваются ризосферные микроорганизмы, характерно присутствие повышенных количеств органических кислот, скоагулированных катионами Ca+иMg+, в результате самослипания

48

частиц создаются наиболее водопрочные микроагрегаты, богатые азотом, фосфором, калием и другими питательными веществами.

В естественном природном процессе комковатая водопрочная структура создается под покровом многолетних бобовых трав и рыхлокустовых злаков. На пашне аналогично действуют возделываемые сельскохозяйственные культуры. Наибольшую корневую систему имеют многолетние бобовые травы, особенно люцерна, клевер, эспарцет, а также люпин. По Н. А. Качинскому, на выщелочном глинистом черноземе в среднем на 1 га в почве до глубины 2 м в период цветения растений найдено корней пшеницы 5, подсолнечника – 6,1; кукурузы – 7,2; люцерны второго года пользования – 8,5 т.

Однако оструктуривание почвы однолетними культурами по сравнению с многолетними бобовыми травами справедливо для периода вегетации. При запахивании корневых остатков как материала для гумусообразования создается резкая разница между ними. Однолетние растения концентрируют все углеводы, белки в репродуктивных органах. В стеблях и корнях их к этому времени остаются преимущественно остатки, богатые целлюлозой.

При запахивании многолетних трав заделываются живые корни и корневища, пожнивные живые остатки стеблей и почки возобновления, содержащие значительное количество белков, углеводов и питательных веществ. Особенно это относится к бобовым растениям – люцерне, эспарцету, люпину, клеверу, на корнях которых поселяются азотфиксирующие клубеньковые бактерии. Люцерна, клевер, эспарцет, люпин – кальциефилы; концентрируя известь в своих корнях и стеблях, при запахивании обогащают ее пахотный слой.

Большое влияние на структуру почвы оказывают органические удобрения. В. Р. Вильямс придавал двоякое значение им: а) биологическое оживление почвы и б) обогащение ее питательными веществами. В выпаханной почве органические удобрения оживляют те биологические процессы, которые угасли вследствие несовершенной обработки. Роль навоза важна не только как средства активации биологических процессов, но и как источника органического вещества, одного из лучших минеральных и азотистых удобрений.

Одним из действенных средств улучшения структуры пахотного слоя почвы является обработка, особенно в условиях севооборота.

49

Работами многих исследователей установлено, что при оптимальной влажности крошения обработка почвы приводит к образованию агрегатов, обладающих прочностью и пористостью, которая характерна для природных агрегатов.

4. Структурное состояние пахотного слоя почвы и его значение

Минеральные, органические и органоминеральные частицы, взаимодействуя между собой, при определенных условиях могут взаимно притягиваться: коагулировать, слипаться, склеиваться, образуя различной величины и формы агрегаты или структурные отдельности. Способность почвы образовывать из механических элементов агрегаты называется структурностью. Совокупность агрегатов различной величины, формы, прочности, водопрочности и пористости называется

структурой почвы.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРУКТУРЫ ПОЧВЫ

1.Крупноглыбистая> 10мм

2.Глыбистая (мегаструктура)>10мм в диаметре

3.Мелкоглыбистая (10-1мм)

Комковато-зернистая (макроструктура) в диаметере: Крупнокомковатая от 10 до 3 мм

от 10 до 0,25 мм Среднекомковатая от 3 до 1 мм Мелкокомковатая от 1 до 0,25 мм

Грубая 0,25-0,01

Микроструктура<0,25 мм в диаметре Тонкая<0,01 мм

Следует отличать понятия о структуре почвы как морфологическом ее признаке от понятия структуры почвы в агрономическом смысле.

Как морфологический признак для черноземов хорошо выраженной является структура комковатая, для серых лесных почв – листовая, для солонцовстолбчатая. В агрономическом понимании положительной структурой является мелкокомковатая и зернистая с агрегатами диаметром от 0,25 до 10 мм, пористая, механически упругопрочная и водопрочная. Наряду с макроструктурой (более 0,25

50

мм) большое значение имеет и ее микроструктура (менее 0,25 мм). Она также должна быть водопрочной и пористой. Такая структура сообщает положительные свойства макроагрегатам. Она повышает влагоемкость почв, улучшает водо- и воздухопроницаемость.

Автор классических работ о черноземах В. В. Докучаев первенствующую роль в плодородии отводил структуре и зависимости от нее всех свойств почвы.Бесструктурная почва характеризуется раздельно-частичным строением. Это приводит к плотной упаковке частиц, к тонкокапиллярной пористости. Почва обладает наивысшей капиллярной проводимостью. По капиллярам вода легко поднимается к поверхности и испаряется в атмосферу. Во влажном состоянии все поры заняты водой, в почве нет воздуха. По мере подсыхания поры заполняются воздухом. Растения страдают от недостатка воды. Совсем иначе протекают процессы в структурной почве. Агрегаты обладают капиллярной пористостью, а промежутки между ними представлены некапиллярами. Капиллярные поры заняты водой, а некапиллярныевоздухом. В такой почве легче обеспечивается благоприятный тепловой режим. В ней при совмещении анаэробного и аэробного процессов происходит выветривание минеральной части почвы и бактериальное разложение гумуса с высвобождением питательных веществ для растений.

Важным свойством агрегатов является их прочночть или сопротивление размывающему действию воды. Водопрпочностью структуры обуславливается устойчивость и долговременность режимов почвы. Непрочные комки под действие атмосферных осадков или поливных вод разрушаются, и почва принимает раздельно частичное состояние со всеми отрицательными свойствами.

Влияние предшественников на водопрочность структуры изучается в многолетнем стационарном опыте СтГАУ. Результаты опытов показывают, что наибольшее количество водопрочных агрегатов отмечается в фазу цветения по занятому пару и кукурузе на силос и соответствует отличной водопрочности (табл. 9).

По содержанию водопрочных агрегатов (по С. И. Долгову и П. У. Бахтину) структуру подразделяют: более 70% – отличная; 70-55 % – хорошая; 55-40 % – удовлетворительная; 40-20 % – неудовлетворительная; менее 20 % – плохая.