Органічна речовина ґрунту

ТЕМА 4. АГРОЕКОЛОГІЧНА ОЦІНКА ҐРУНТІВ

ПЛАН

1. БУДОВА ҐРУНТОВОГО ПРОФІЛЮ.

2. ОРГАНІЧНА РЕЧОВИНА ҐРУНТУ.

3. ГРАНУЛОМЕТРИЧНИЙ СКЛАД ҐРУНТУ.

4. СКЛАД ҐРУНТУ І ВОДОПРОНИКНІСТЬ.

5. СТРУКТУРНА БУДОВА ҐРУНТУ.

6. ТИПИ ВОДНОГО РЕЖИМУ ҐРУНТУ.

7. ОЦІНКА ВОЛОГОЗАБЕЗПЕЧЕНОСТІ ҐРУНТІВ.

8. ОКИСНО-ВІДНОВНИЙ СТАН ҐРУНТУ.

БУДОВА ҐРУНТОВОГО ПРОФІЛЮ.

При оцінці ґрунтових умов важливо враховувати властивості не тільки гумусових шарів, а й усього ґрун­тового профілю до материнської породи. При цьому необхідно вра­ховувати потужність гумусової частини, орного шару, розміщення і властивості різних шарів, особливо ущільнених, перезволожених, солонцюватих, засолених, розвиток плужної підошви і т. ін.

У практиці землеробства добре відома особлива роль гумусо­вого шару в формуванні врожаю. Картограми потужності цього шару дозволяють правильно вибирати глибину обробітку грунтів і шляхи їх окультурення.

На чорноземних ґрунтах оцінка коренеобжитого шару прохо­дить з точки зору більш повного використання потужних гумусо­вих шарів де шляхом підбору культур з глибоко проникаючими кореневими системами для можливого використання запасів во­логи і мінеральних елементів.

Найбільш несприятливо складаються умови в ґрунтах з близь­ким розміщенням щільних порід, в яких розвиток кореневої сис­теми неможливий (вапняки, мергель, граніти, глинисті сланці та третичні глини з високою щільністю).

Потужність коренеобжитого шару оцінюють з урахуванням кліматичних, геоморфологічних умов, а також з врахуванням ви­мог рослин.

На грунтах з елювіально-ілювіально-диференційованим про­філем головне завдання — перебороти значущість ілювіальних шарів. Чим більше виявлене ілювіальне, тим більш значущим є застосування меліоративних заходів, створення достатньо поту­жного орного шару. Оптимальна глибина орного шару неоднако­ва для різних культур.

Створення глибокого орного шару за допомогою ярусних та інших меліоративних обробітків суттєво покращує їх водно-фізичні властивості. Цим в подальшому складаються сприятливі передумови для мінімалізації їх обробітку.

ОРГАНІЧНА РЕЧОВИНА ҐРУНТУ.

Вміст і запаси органічної речовини в ґрунтах традиційно є основним критерієм оцінки ґрунтової родю­чості. Органічна речовина в цілому і окремі її групи різнобічно впливають на агрономічні властивості і режими грунту. Циклічні процеси синтезу і трансформації органічної речовини в агроекосистемі лежать в основі біогеохімічних колообігів усіх біофільних елементів. У свою чергу, ці процеси виконують важливу роль у від­творенні властивостей ґрунту, що є основою його родючості.

Органічна речовина ґрунту в більшій мірі визначає поживний режим ґрунту, впливаючи безпосередньо на нього як джерело елементів живлення, і бічне, обумовлене дією різних груп органі­чних речовин на фізико-хімічні і водно-фізичні властивості ґрун­тів. На ґрунтах, збагачених органічною речовиною, помітно зни­жуються втрати елементів мінерального живлення добрив. Органічна речовина в значній мірі визначає ємність поглинан­ня катіонів, обумовлену карбоксильними групами, а при лужній реакції середовища — додатково спиртовими і фенольними гру­пами. Велике значення має комплексноутворююча здатність ор­ганічної речовини. З цим пов'язане утворення агрономічної цін­ної структури ґрунту, збільшення вологоємності. Відомий стиму­люючий вплив гумусових речовин на ріст і розвиток рослин.

Гумусний стан ґрунтів характеризують вмістом гумусу в орному шарі, запасами в шарі 0—100 м, відношенням С : 14, тобто збагаченістю азотом, та відношенням вуглецю гумінових кислот до вуглецю фульвокислот, в відповідно до якого визначається тип гумусу .

На різних етапах інтенсифікації землеробства зв'язок між вмі­стом гумусу в грунті і врожайністю рослин має різний характер. Традиційне уявлення про зв'язок гумусу з урожайністю склалося при відносно низькому рівні інтенсифікації землеробства, за умов помірного застосування добрив, коли ґрунтовий гумус залишався єдиним або основним джерелом тих або інших елементів мінера­льного живлення рослин.

В міру підвищення рівня інтенсифікації землеробства цей зв'язок помітно ускладнюється. За умов оптимального забезпе­чення вологою, мінеральними елементами живлення, сприятли­вому співвідношенні механічних елементів і глинистих мінералів зв'язок часто не проявляється або слабо виявлений. У посушли­вих умовах залежність продуктивності ґрунтів від їх гумусового стану проявляється помітніше в зв'язку з тим, що з підвищенням вмісту гумусу зростає вологоємність ґрунтів і відповідно збіль­шуються запаси продуктивної вологи, зменшується випарування, так як покращується водний режим.

При високому рівні інтенсифікації землеробства вплив органіч­ної речовини ґрунту на врожайність проявляється через складні системні взаємодії, що обумовлюють дозволяючу здатність ґрунту по відношенню до наростаючої хімізації. У зв'язку з цим поряд з фізико-хімічними питаннями на перший план виходять і екологіч­ній, особливо для подолання великого пестицидного навантажен­ня.

Дуже важливі також енергетичний і економічний аспекти про­блеми. За інтенсивного землеробства умови для скорочення витрат механічної енергії на обробіток ґрунту в значній мірі визначаються гумусовим станом. Ґрунт відрізняється сприятливими властивос­тями не лише тому, що має високий вміст гумусу, а й тому, що йому сприяє сукупність сприятливих природних факторів, які ви­значають його родючість відповідно до накопичення гумусу.

3. ГРАНУЛОМЕТРИЧНИЙ СКЛАД ҐРУНТУ.

Гранулометричний склад, тобто співвідношення в ґрунті механічних елементів різних роз­мірів (гранулометричних фракцій), впливає практично на всі його властивості.

Найбільш активна частина ґрунту — гранулометрична фрак­ція < 0,001 мм, збагачена гумусом, елементами зольного і азотно­го живлення рослин, відіграє основну функцію в формуванні поглинальної здатності і структуроутворенні. Ця фракція різко відрізняється від інших перевагою глинистих мінералів над пер­винними, з яких в основному зустрічається кварц.

Оптимальне поєднання глинистих мінералів з певною часткою монтморілонітових з достатнім вмістом гумусу, сполук заліза, кальцію, сприятливий склад обмінних основ створюють переду­мови для формування водостійкої структури. Проте ефект може бути протилежним при розвитку відновлюваних процесів внаслі­док перезволоження, при насиченні ґрунтового поглинального комплексу воднем, натрієм, при малих кількостях гумусу і висо­кому вмісту монтморілонітових мінералів.

Мілкопилова фракція (0,005—0,001 мм) близька до попере­дньої фракції за вмістом гумусу, складається з вторинних і пер­винних матеріалів, здатна до коагуляції і структуроутворення, але в значно меншій мірі, ніж мулиста фракція. Надлишок неагрегатованого мілкого пилу сприяє ущільненню ґрунту, збільшен­ня набухання і осідання, погіршенню водопроникності та утво­ренню тріщин.

Фракція середнього пилу (0,01—0,005 мм) не здатна до коагу­лювання і структуроутворення, але внаслідок підвищеного вмісту слюди, яка надає їй пластичності, зв'язності, утримує вологу, ха­рактеризується слабкою водопроникливістю.

Фракція великого пилу (0,05—0,01 мм) за мінералогічним складом наближається до піщаної, має невисоку вологоємність, мало набухає.

Ґрунти, збагачені фракціями великого і середнього пилу, легко розпилюються, здатні до ущільнення.

Піщана фракція (1—0,05 мм) містить в основному кварцові та польові шпати, які мають високу водопроникність з дуже ни­зькою поглинальною здатністю. Для польових культур придатні піски з вологоємністю не менше 10 %, для лісових — не менше 3—5 %.

Співвідношення цих фракцій покладено в основну класифіка­ції ґрунтів за гранулометричним складом, розробленої М.О.Качинським. Ця класифікація створена з посиланням на генезис ґрунтів з урахуванням того, що один і той самий вміст фізичної глини (частки < 0,01 мм) по-різному впливає на властивості підзо­листих, чорноземних, ґрунтів, для яких подані різні шкали. Згід­но з ними, наприклад, при вмісту фізичної глини 55 % підзолис­тий ґрунт відносять до легкосуглинних, чорноземні — до важкосуглинних.

Класифікація ґрунтів за гранулометричним складом основу­ється виключно на відносному вмісті в ґрунті механічних фрак­цій .

За цією шкалою за основу взяті дев'ять основних різновидно­стей ґрунтів за гранулометричним складом — від рихлопіщаних до важкоглинистих з додатковим виділенням різновидностей нижчих рангів по одній переважаючій фракції: піщаній (1,0-0,05 мм), крупнопилуватій (0,05—0,01 мм), пилуватій (0,01—0,001 мм) та муловатій (менше 0,001 мм). ся більш високою продуктивною здатністю і міцніше закріплю­ють утворені гумусові речовини. Тому важкі грунти завжди бі­льше гумусовані в порівнянні з легкими. Наприклад, типові чор­ноземи важкосуглинні містять 7—9 % гумусу, легкосуглинні — 4—5 %, а супіщані — 2,5—3 %.

Більш низька поглинальна здатність легких ґрунтів обумов­лює понижену їх буферність і відповідно різке підвищення кон­центрації ґрунтового розчину, більш швидке їх підкислення під впливом фізіологічно кислих добрив.

Порівнюючи багаторічні дані по гранулометричному складу ґрунтів і врожайності зернових культур у зональному плані, М. О. Качинський розробив десятибальну систему оцінки основ­них типів і підтипів ґрунтів . Найбільш високим боніте­том серед підзолистих ґрунтів характеризуються легкосуглинні різновидності, досить близькі до них супіщані в перезволожених і холодних районах. Ці категорії більш теплі, краще прогрівають­ся, більш водопроникні, достигають раніше, ніж глинисті і важ­косуглинні, легше обробляються. З сірих лісових вищу оцінку одержують важкосуглинні ґрунти, з чорноземів — глинисті різ­новидності, найбільш гумусовані і оструктурені, та з доброю агрегатністю.

4. СКЛАД ҐРУНТУ І ВОДОПРОНИКНІСТЬ.

Склад, або будова ґрунту характеризується щільністю та щілинністю. Щільність ґрунту, або об'ємна маса, в значній мірі визначає його водний і повітря­ний режим, біологічну активність, безпосередньо впливає на роз­виток кореневих систем рослин.

Вона залежить від мінералогічного, гранулометричного скла­ду ґрунту, вмісту органічної речовини і особливо від структурно­го стану.

Щільність ґрунту є основним кількісним показником фізично­го стану ґрунту.

Об'ємна маса орного шару ґрунту переважено знаходиться в межах 1,1—1,4 г/см³, але відхилення від цих значень можуть бу­ти дуже значними, що помітно позначається на умовах життя ро­слин та ґрунтових організмів.

Важлива характеристика складу ґрунту — вміст у ньому пові­тря. За умов оптимальної будови ґрунту ступінь аерації при польовій вологоємності не повинна бути нижчою за 15 %. При меншому вмісті в ґрунті повітря умови росту більшості культур­них рослин погіршуються. При ущільненні ґрунту погіршується його аерація та підвищується частка недоступної вологи. При щільності 1,5—1,6 г/см на частку доступної вологи припадає лише 5—10 % об'єму ґрунту, причому ця вода має місце тільки при високому вмісту вологи. Чим сухіший ґрунт, тим більше пригнічуються рослини від підвищення щільності.

Нормальний газообмін ґрунту порушується при щільності по­над 1,45г/см³ внаслідок зменшення кількості мікрощілин і вели­ких капілярів.

Пригнічення рослин від надлишкової щільності ґрунту прояв­ляється в зниженні схожості, послабленні забарвлення листя, де­формації коренів і бульб, зниженні росту рослин.

Несприятливо впливає на розвиток рослин і надто рихлий стан ґрунту.

Створювана системою обробітку щільність ґрунту, спочатку близька до оптимальної, в процесі вегетації змінюється до рівно­важної. Величина цієї розбіжності тим більша, чим помітніше рі­вноважна щільність відрізняється від оптимальної. Для чорнозе­мів з високими показниками структурного стану різниця між оптимальною і рівноважною щільністю для більшості культур досить мала, що визначає значні можливості мінімалізації основ­ного обробітку ґрунту .

Щільність ґрунту в значній мірі визначає його водопровідність. При цьому загальний об'єм щілин у важких ґрунтах не­помітно впливає на процес фільтрації. Рух води проходить не по всіх щілинах, а в основному по тих, де їх діаметр понад 100 мкм.

Оцінка водопровідності ґрунту проводиться з урахуван­ням природних і виробничих умов. Меліоратори розділяють зрошувані землі за швидкістю поглинання води на три великі групи:

• значної водопроникності, що поглинають за першу годину
понад 150 мм води;

• середньої водопроникності, що поглинають за першу годину
50—150 мм води;

• слабкої водопроникності, що поглинають за першу годину
менше як 50 мм води.

Для умов звичайного природного поглинання дощової води існує шкала водопроникності ґрунтів .

Водопроникність мерзлих ґрунтів в значній мірі залежить від вологості та глибини промерзання. Коли грунт замерз при волого­сті 60—70 % від позної вологоємності, він є водонепроникним. За меншості зволоження вода замерзає в ґрунті розрізненими криста­лами, що забезпечує його водопроникність. Для її забезпечення доцільно проводити глибокі обробітки або щілювання перед входом у зиму.

5. СТРУКТУРНА БУДОВА ҐРУНТУ.

Під структурністю ґрунту розу­міють його здатність розпадатися на агрегати під впливом меха­нічних дій. Структура ґрунту — сукупність агрегатів різної вели­чини, форми, щілинності, механічної міцності та водостійкості. При оцінці структури відрізняють морфологічне її розуміння від агрономічного.

Для агрономічної оцінки структури М.І. Савіновим запропо­нована класифікація, згідно з якою до агрономічно цінних відно­сяться агрегати розміром 0,25—10 мм. Більші ґрунтові окремості вважаються глибистою частиною ґрунту, а мілкіші — розпиле­ною. Ці три частини ґрунту діляться на види .

Відношення маси грудочок діаметром 0,25—10 мм до маси решти фракцій зветься коефіцієнтом структурності.

Найкращі водно-повітряні властивості ґрунту степової зони, складаються при розмірі агрегатів 0,25—3 мм, дерново-підзо­листих — при 0,5—5 мм.

При оцінці стійкості ґрунту проти дефляції враховують вміст агрегатів розміром більше 1 мм в шарі 0-5 см.

Важливішими умовами агрономічної цінності структури є водотривкість та пористість (понад 45 %).

Вміст водостійких агрегатів в орному шарі чорноземів знахо­диться в мажах 40—60 %, що визначає стійкість складання і опти­мальні значення щільності ґрунту для багатьох культур. Зменшення вмісту водостійких агрегатів у типових чорноземах нижче 40 % не­гативно позначається на деяких фізичних властивостях, і в першу чергу на водопроникності. При зниженні кількості водотривких аг­регатів з 45—55 до 30 % водопроникність знижується в 3 рази.

Нестійкість будови дерново-підзолистих ґрунтів пов'язана з невисоким вмістом в них водостійких агрегатів, який змінюється від 15—17 % під просапними культурами до 20-30 % під зерно­вими і до 30—40 % під багаторічними травами. Ця мінливість особливо помітно проявляється в екстремальних за погодними умовами роках. Дерново-підзолисті суглинкові ґрунти з вмістом водостійких агрегатів менше як 20 % можуть ущільнюватись в орному шарі в роки з надлишковим зволоженням до 1,5—1,6 г/см³. Оптимальна для вимогливих культур будова дерново-підзолистих ґрунтів досягається при вмісті водостійких агрегатів (> 0,25 мм) понад 40 %.

Орієнтовно оптимальний вміст водостійких агрегатів — рі­вень 75—80 %. При більш високий кількості водостійких агрега­тів значно зростає щілинність аерації, в наслідок зростає непро­дуктивна витрата вологи на фізичне випарування.

Нижня межа інтервалів вмісту водостійких агрегатів відноситься до малогумусних ґрунтів поліської зони, а верхня — до високогумусних ґрунтів лісостепової та степової зон.

Агрономічне значення структури має декілька положень:

8. У структурних ґрунтах складається найбільш сприятливий
водно-повітряний режим завдяки раціональному поєднанню ка­
пілярної і некапілярної щілинності. Наявність некапілярних щі­
лин сприяє зменшенню випаровування вологи з поверхні.

9. Достатня аерація при наявності доступної вологи створює
кращі умови для активізації мікробіологічних процесів, упере­
дження денітрифікації, мобілізації поживних речовин.

10. Завдяки зменшенню поверхневого стікання на структурних
ґрунтах зменшується змив і розмив, а структурні агрегати понад
1 мм стійко протистоять дефляції.

11. Агрономічно цінна структура забезпечує краще проростання насіння і розміщення кореневої системи в ґрунтовій товщі.

12. На структурних ґрунтах зменшуються енергетичні витрати
на механічний обробіток, створюються умови його мінімалізації.

Процеси структуроутворення в ґрунтах протікають під впли­вом фізико-хімічних, хімічних та біологічних факторів.

До фізико-механічних факторів відноситься поділ ґрунту на агрегати в наслідок зміни об'єму і тиску при змінному висушу­ванні і зволоженні, замерзанні і відтаюванні води в ньому, тиску коренів рослин, діяльності тварин та впливу ґрунтообробних зна­рядь. Розрихлюючий вплив на ґрунт проморожування виявляєть­ся тільки при оптимально вологому його стані. При замерзанні перезволоженого ґрунту, навпаки, відбувається розрив структур­них окремостей, а промерзання сухого ґрунту не впливає на його подрібнення.

Фізико-хімічні фактори структуроутворення — коагуляція і цементуючий вплив ґрунтових колоїдів. При цьому водостійкість забезпечується лише склеюванням часток органічними колоїдами при їх коагуляції дво- і тривалентними катіонами. Агрегати, створені за участі тільки мінеральних колоїдів, не водостійкі. Найбільш водостійка структура утворюється при взаємодії гумі­нових кислот з мінералами.

Серед хімічних факторів оструктурення важливе значення має цементація агрегатів формами заліза при зміні відновних умов оки­слювачами в періодично перезволожуваних ґрунтах. Такі агрегати при високій водостійкості мають малу щілинність (< 40 %), тому що частина об'єму щілин поступово заповнюється гідроксидом заліза.

Основне значення в структуроутворенні належить біологічним факторам, тобто рослинності і організмам, що населяють ґрунт (особливо дощові черв'яки).

Ґрунтові агрегати, сформовані під впливом різних факторів, не можуть мати однакову стабільність. Грудочка ґрунту, склеєна гуміновими речовинами, стійкими до мікроорганізмів, помітно повільніше руйнується, ніж агрегат, сформований під впливом білків, бактеріальних слизів та деяких міцеліїв.