Состав почвы, ее свойства и режимы.

1. Состав почв. Органическая и минеральная часть почвы.

2. Агрофизические свойства почвы.

3. Режимы почв и их регулирование в земледелии.

1). Почва состоит из трех фаз – твердой, жидкой или почвенного раствора, и газообразной, или почвенного воздуха, которые находятся в тесной взаимосвязи.

Почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа и несколько меньшим – кислорода. В атмосферном воздухе содержится 0,03 % СО₂, а в почвенном – 0,3-1,0 (иногда 2-3 % и более).

Почвенный раствор – наиболее подвижная и активная часть почвы, в которой совершаются различные химические процессы и из которой растения усваивают питательные вещества. Представляет собой воду с растворенными в ней минеральными солями.

Твердая часть почвы состоит из минеральной части (разрушенные горные породы), на которую в большинстве почв приходится около 90-99 % массы твердой фазы, и органической части.

Почти половина твердой фазы приходится на кислород, одна треть на кремний, более 10 % на алюминий и железо и только 7 % – на остальные элементы. Азот почти целиком содержится в органической части почвы.

Важнейшей частью почвы является органическое вещество. Органическая часть подразделяется на две группы:

1) негумифицированные органические вещества растительного и животного происхождения;

2) органические вещества специфической природы или перегнойные.

В группу негумифицированных веществ входят отмершие, но не разложившиеся или полуразложившиеся остатки растительного и животного происхождения. Они являются источником питательных веществ для растений, легко разлагаются в почвы и переходят в доступную для растений минеральную форму.

Около 85-90 % общего количества органического вещества приходится на долю гумусовых веществ – высокомолекулярных азотсодержащих соединений. Гумусовые вещества по составу и свойствам делят на следующие группы: гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумины.

Содержание гумуса в верхнем слое наших дерново-подзолистых почв колеблется от менее 1 до 3 % и более, в черноземах – до 10-12 % и более.

Незначительная часть гумусовых веществ в почве находится в свободном состоянии, остальная часть вступает во взаимодействие с минеральной частью, образуя органоминеральные соединения, которые позволяют закреплять гумус в почве.

Следует указать, что в жизни почвы – в ее генезисе и развитии плодородия – огромная роль принадлежит не только гумусовым веществам, но и неразложившимся органическим остаткам. Органическое вещество является источником элементов питания (N, P, K, Ca, микроэлементов), служит материалом для создания структурных агрегатов, регулирует связность почвы (уменьшает силу сцепления глины и увеличивает сцепление песка), снижает сопротивление при обработке почв, улучшает газообмен, что положительно влияет на жизнедеятельность микроорганизмов, улучшает водно-воздушный, тепловой режимы почвы.

Основными приемами, способствующими повышению содержания гумуса в почве, являются: систематическое внесение органических удобрений, посев сидеральных культур, многолетних трав, известкование кислых почв, рациональная система обработки почвы, проведение мелиоративных мероприятий.

Минеральная часть почвы состоит преимущественно из частиц различных минералов. Частицы различных размеров принято называть механическими элементами. Частицы более 1 мм называют скелетом почвы или ее каменистой частью, все частицы мельче 1 мм – мелкоземом. В мелкоземе выделяют две фракции: физический песок (размер частиц более 0,01 мм) и физическую глину (менее 0,01 мм).

Относительное или процентное содержание в почве частиц различного размера называют гранулометрическим составом почвы.

Процентное соотношение фракций физического песка и физической глины положено в основу классификации почв по грансоставу.

Гранулометрический состав – важная агрономическая характеристика почвы. Он оказывает огромное влияние на ее механические свойства, на водный, воздушный, тепловой и пищевой режимы, удельное сопротивление и износ рабочих органов почвообрабатывающих орудий.

По отношению к механической обработке выделяют легкие и тяжелые почвы. Легкие почвы (песчаные и супесчаные) обладают хорошей водопроницаемостью и аэрацией, слабо удерживают влагу, они бесструктурны, бедны гумусом и элементами питания. Тяжелые почвы (глинистые) плохо водопроницаемы, но способны удерживать много влаги длительное время. В тяжелых почвах накапливается больше гумуса и элементов питания, они способны к оструктуриванию. Такие почвы оказывают большое сопротивление при обработке, так как обладают большой связностью и липкостью во влажном состоянии.

2). Почва как всякое природное тело, обладает определенным набором физических свойств. К общим физическим свойствам относятся: плотность твердой фазы (удельный вес), плотность почвы (объемная масса) и пористость почвы.

Плотность твердой фазы – это отношение массы твердой фазы к массе воды в том же объеме при + 4 ⁰С. Эта величина довольно постоянна. Она зависит от минералогического состава и содержания в почве органического вещества. Для дерново-подзолистых почв республики она колеблется от 2,40 до 2,65 г/см³, а для торфяно-болотных – от 0,50 до 1,40 г/см³.

Плотность почвы – масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в ее естественном сложении. Величина плотности зависит от минералогического и гранулометрического состава, содержания органического вещества, структурного состояния и сложения почвы. Плотность почвы может изменяться: после обработки почвы она становится наименьшей, затем по мере уплотнения через определенный срок она увеличивается и становится постоянной. Такое состояние называется равновесной плотностью.

Различные культуры предъявляют разные требования к величине плотности. Оптимальная плотность для зерновых культур 1,2-1,4 г/см³, а для картофеля 1,0-1,1 г/см³. Поэтому, одной из задач земледелия является разработка путей оптимизации плотности пахотного слоя почв. Основными приемами регулирования плотности являются обработка почвы, внесение извести и органических удобрений.

Пористость – суммарный объем всех пор между почвенными частицами, выраженный в процентах от общего объема почвы. Она зависит прежде всего от гранулометрического состава, структурного состояния, деятельности почвенных организмов, содержания органического вещества, способов и приемов обработки почвы.

Выделяют 2 вида пор – капиллярные и некапиллярные. Капиллярные (мелкие поры) обычно заполнены водой и создают водоудерживающую способность почвы. Некапиллярные поры в обычном состоянии заполнены воздухом, а при увлажнении отвечают за водопроницаемость.

Соотношение объемов, занимаемых твердой фазой и различными видами пор, называется строение пахотного слоя. Наиболее благоприятные условия водно-воздушного режимов в пахотном слое почвы для растений создаются при величине общей пористости 50-55 % и соотношении капиллярной и некапиллярной пористости как 1:1.

К приемам регулирования строения почвы относятся: приемы, направленные на восстановление и улучшение структуры почвы (внесение органических удобрений, посев зернобобовых и многолетних злаковых и бобовых трав, известкование), рациональная обработка почвы, ход естественных процессов.

Наряду с общими физическими выделяют и физико-механические свойства почвы, которые оказывают большой влияние на прорастание семян, распространение корней растений и механическую обработку. К ним относятся: пластичность, липкость, твердость, набухание, усадка, связность, физическая спелость.

Пластичность – способность почвы изменять свою форму под влиянием внешних сил и в измененном виде длительно сохранять ее. Пластичностью обладают глинистые и суглинистые почвы, частичной – во влажном состоянии супесчаные и не обладают пластичностью – песчаные почвы (они текучи).

Липкость – способность почвы прилипать к соприкасающимся с ней поверхностям. Зависит от гранулометрического состава почвы и ее влажности. Отрицательное свойство при обработке почвы. С липкостью связано такое свойство почвы как физическая спелость.

Это состояние влажности, при котором почва хорошо крошится, не прилипая при этом к орудиям обработки. Она зависит от грансостава и гумусированности почв. Весной раньше созревают легкие (песчаные и супесчаные) почвы.

Твердостью – называется сопротивление, которое почва оказывает проникновению в нее под давлением какого-либо тела. Высокая твердость признак плохих физико-химических и агрофизических свойств почвы. Твердость почвы зависит от ее увлажнения и структурности. Наибольшая твердость отмечается в сухом состоянии и у тяжелых почв.

Связность – способность почвы противостоять раздавливанию, сжатию, разрыву. Она зависит от грансостава, структурности, степени увлажнения. Глиинистые почвы имеют наибольшую связность, песчаные – наименьшую. По мере увлажнения почвы ее связность уменьшается.

Набухание – это увеличение объема почвы при увлажнении, усадка – уменьшение объема при высыхании. Эти величины зависят от грансостава и минералогического состава почвы. Сильно набухают тяжелые почвы, что приводит к образованию трещин при усадке, разрыву корней.

Физические и физико-механические свойства улучшаются при посеве многолетних трав, внесении удобрений, известковании кислых почв, своевременной обработке, рыхлении пахотного слоя, минимализации обработки, посеве сидеральных культур.

3). Для своего нормального развития культурные растения требуют оптимального водно-воздушного, теплового и пищевого режимов почв.

Водный режим– это совокупность всех явлений поступления влаги в почву, ее передвижение, удерживание и расхода из почвы.

Приходная статья состоит из влаги атмосферных осадков, поливных вод при орошении. Поступившая вода под действием силы тяжести проникает в почву (явление водопроницаемости). Это способность почвы пропускать через себя воду. Она зависит от грансостава, структуры, сложения, минералогического состава почвы. Часть поступившей влаги может удерживаться в почве. Хорошая водопроницаемость обеспечивает в почве создание больших запасов влаги, что особенно важно для территории с неравномерным выпадением осадков. Низкая водопроницаемость и достаточный уровень увлажнения способствуют застаиванию воды на поверхности почвы и вымачиванию культур, а на склонах – развитию эрозии.

Излишне высокая водопроницаемость препятствует созданию хорошего запаса воды в корнеобитаемом слое почвы и даже при достаточном количестве атмосферных осадков растения могут страдать от недостатка влаги.

Водоудерживающая способность – свойство почвы удерживать то или иное количество воды. А наибольшее количество воды, которое способна удерживать почва теми или иными силами называется влагоемкостью. Она зависит от гранулометрического и минералогического состава, содержания органического вещества.

Однако влага в почве может не только просачиваться, но и подниматься вверх. Водоподъемная способность – это способность почвы медленно втягивать в себя воду по капиллярам под действием менисковых сил. Это свойство тем выше, чем меньше диаметр капилляров.

Тесную взаимосвязь с водным режимом имеет воздушный режим почвы. Это совокупность всех явлений поступления, передвижения, изменения состава и физического состояния воздуха в почве, а также его газообмен с атмосферным.

Наиболее благоприятный воздушный режим складывается в структурных почвах с оптимальным строением пахотного слоя, обладающих рыхлым сложением, способных быстро пропускать и перераспределять поступающие в них воду и воздух.

К важнейшим свойствам почвы относятся воздухоемкость и воздухопроницаемость.

Воздухоемкость – способность почвы содержать в себе определенное количество воздуха. Она зависит от пористости, структуры, грансостава и степени увлажнения почвы. Чем больше воды в почве, тем меньше ее воздухоемкость.

Воздухопроницаемость – свойство почвы пропускать через себя воздух. В легких структурных и оптимально увлаженных почвах воздухопроницаемость выражена лучше, чем в тяжелых бесструктурных переувлажненных почвах. При хорошем структурном состоянии воздухопроницаемость чрез 60 мин после обильного увлажнения должна составлять 60 мл/мин и более, при среднем – 40-60 мл/мин, а в бесструктурной почве – не более 20 мл/мин.

Величина дыхания почвы колеблется в пределах от 0,5 до 10 кг/га на 1 м² в зависимости от свойств почвы, интенсивности микробиологических процессов, характера растительности и развития корневой системы.

Таким образом, для создания оптимального водно-воздушного режимов необходимо направить силы на оструктуривание почв, создание мощного пахотного слоя путем внесения органических, известковых удобрений, посева многолетних трав, рациональной обработки почвы, осушения или орошения и т. д.

Темперный режим почвы также существенный фактор роста и развития растений, а также жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Совокупность явлений поступления, аккумуляции и отдачи тепла называется тепловым режимом.

Различные почвы обладают неодинаковыми тепловыми свойствами. Почвы темные нагреваются быстрее, чем светлые; переувлажненные – медленнее прогреваются и также охлаждаются. Глинистые почвы прогреваются медленнее и требуют больше тепла (холодные почвы), песчаные – прогреваются быстрее (теплые почвы). На этом основании строится весенняя обработка почв.

Основными источниками тепла в почве является солнечная радиация и теплота, выделяемая в процессе разложения органического вещества.

Важными тепловыми свойствами являются:

Теплопоглощение – способность почвы поглощать тепловые солнечные лучи.

Потеря или отдача тепла в окружающую атмосферу называется теплоизлучением.

Теплоемкость – способность почвы удерживать тепло. Она зависит от гранулометрического состава почвы, содержание в ней гумуса и увлажнения.

Теплопроводность – это способность почвы проводить тепло от более прогретых слоев к более холодным. Она зависит от теплопроводности составных частей почвы: воды, воздуха и твердой фазы.

Следовательно, чем больше в почве воздуха и органического вещества, тем хуже она проводит тепло и тем дольше его сохраняет. Сухие бесструктурные почвы нагреваются быстрее, но и быстрее теряют тепло. Увлажненные, рыхлые, богатые органическим веществом почвы нагреваются медленнее, но зато излучают его постепенно. В таких почвах тепло удерживается дольше, что благоприятнее для роста и развития возделываемых культур.

Тепловой режим почвы регулируют с помощью орошения, снегозадержания, мульчирования и рыхления почвы.

С пищевым режимом почвы мы познакомимся позднее.

Лекция № 3