Почвенный профиль. Морфологические признаки почв.

ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС

Многие миллионы лет потребовалось для того, чтобы массивные горные породы, покрывающие землю, превратились в почву.

Прежде чем начался почвообразовательный процесс, прошёл длительный период создания рыхлого (рухлякового) слоя на поверхности земной коры под воздействием атмосферных факторов - воды, воздуха, солнечного тепла. Происходило так называемое - физическое выветривание, состоящее в измельчении горных пород под воздействием физических факторов: температуры, воды, переносящей и перетирающей обломки горных пород, ветра и др. Этот процесс разрушения горной породы под влиянием физического выветривания можно наблюдать и в настоящее время.

Одновременно с физическим выветриванием происходило химическое выветривание горных пород и минералов под воздействием воды, углекислоты, кислорода в ходе процессов гидролиза, гидратации и окисления. При этом растворимые соли выщелачивались и породы приобретали новые физические свойства: связность, влагоёмкость, поглотительную способность.

Огромную роль в изменении поверхности земли сыграли ледники.

Под воздействием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности на фоне физических и химических превращений протекало биологическое выветривание горных пород и минералов. Многочисленные виды бактерий (нитрификаторы, серобактерии), грибов, водорослей, мхов, лишайников, высших растений и животных способствовало механическому разрыхлению пород, а также извлечению минеральных веществ, превращению их в органические соединения и аккумуляции в поверхностных слоях.

В результате длительного геологического процесса под влиянием физического, химического и биологического выветривания и перемещений горные породы измельчались и превращались в продукты другого химического состава с другими физическими свойствами: поверхность их, представляющая более или менее однородную массу, являлась материнской породой для образования почвы.

Совокупность явлений, под влиянием которых формируется почва, называется почвообразовательным процессом.

В процессе почвообразования почва проходит ряд последовательных стадий, направление, длительность и интенсивность которых определяется конкретным комплексом факторов почвообразования и их эволюцией в каждой точке земной поверхности.

Стадия начального (первичного) почвообразования обычно весьма длительна, свойства почв еще не сформировались, мала мощность охватываемого почвообразованием субстрата, медленно идет аккумуляция элементов почвенного плодородия, профиль слабо дифференцируется на почвенные горизонты. Начальное почвообразование сменяется стадией развития почвы, которая протекает с нарастающей интенсивностью, охватывая все большую толщу почвы вплоть до формирования зрелой почвы с характерным для нее профилем и комплексом свойств. К концу этой стадии процесс постепенно замедляется, приходя к некоему равновесию между факторами почвообразования и свойствами почвы. Это – стадия равновесия, или климакса, которая может длиться неопределенно долго.

На каком-то этапе климаксная стадия сменяется новой эволюцией в результате саморазвития системы или изменения почвообразующих факторов. Стадия эволюции почвы снова приводит к некоему климаксному состоянию. Например, возможно оподзоливание буроземов, заболачивание автоморфных почв, формирование луговых почв из болотных при обсыхании территории и т.п.

Эволюция почвы может идти в различных направлениях: засоления или рассоления, нарастания мощности почвы либо ее уменьшения, деградации почвенного плодородия или его увеличения. Эволюция почв на земной поверхности происходит не случайно, а в соответствии с общей историей ландшафтов, определяемой глобальными климатическими, тектоническими или морфоструктурными процессами.

Почвообразование в определенном смысле можно рассматривать как соотношение процессов выноса и аккумуляции, причем выносу из них подвергаются одни вещества, а аккумуляции (относительной или абсолютной) – другие.

Абсолютная аккумуляция веществ – поступление их из атмосферы или гидросферы и накопление в формирующейся почве. Например, углерод (фотосинтез - создание биомассы - отмирание биомассы – разложение –гумификация - гумусонакопление). Относительная аккумуляция – остаточное накопление в результате выноса других веществ. Например, в результате выноса щелочных и щелочно-земельных элементов может относительно увеличиться доля кремнезема и полуторных окислов. Относительная аккумуляция веществ – всегда следствие элювиального процесса, т.е. нисходящего передвижения веществ в почве при промывном водном режиме и частичный или полный вынос веществ в нижележащую толщу ряда соединений: солей щелочных и щелочно-земельных металлов, соединений железа, алюминия, марганца, фосфора, серы, иногда кремния, илистых частиц.

Вынос и аккумуляция веществ при почвообразовании являются следствием большого геологического (элювиирование, засоление, корообразование) и малого биологического круговоротов (биогенная аккумуляция биофилов) веществ на земной поверхности, которое развивается противоречиво в разных природных условиях. Биологический круговорот временно вырывает часть элементов из геологического круговорота, а почва служит своеобразным промежуточным резервуаром, предохраняя биофилы от выноса.

Из-за высокой важности названных процессов почвообразованиечасто определяют как сложный процесс взаимодействия малого биологического и большого геологического круговоротов веществ и потоков энергии в пределах коры выветривания горных пород, ведущий к образованию почвы, ее развитию и эволюции. Почвообразовательный процесс – совокупность явлений превращений и перемещений веществ и энергии в пределах педосферы Земли.

Взаимодействие круговоротов проявляется через серию противоположно направленных процессов и противоречивых явлений, из которых складывается почвообразование: разрушение – новосинтез минералов; биологическая аккуиуляция – потребление элементов из почвы организмами; гидрогенная аккумуляция – геохимический вынос; разложение – синтез органических соединений; поглощение – выделение ионов из твердой фазы в раствор; растворение – осаждение веществ; пептизация – коагуляция коллоидов; нисходящее – восходящее движение растворов; увлажнение – высыхание; набухание – усадка; нагревание – охлаждение; окисление – восстановление; азотфиксация – денитрификация.

Многие из этих процессов носят циклический характер, можно выделить суточную, сезонную, годовую, многолетнюю цикличность, специфическую для каждого типа почв. Данные противоположные процессы А.А. Роде назвал общими почвообразовательными процессами, так как они встречаются во всех почвах в той или иной степени и количественном проявлении. Специфические проявления общих процессов в зависимости от специфики факторов и условий почвообразования он назвал частными почвообразовательными процесссами. Это такие процессы как гумусообразование, торфообразование, засоление, неосинтез каолинита и т.п.

Помимо этого А.А. Роде делил все процессы на макропроцессы, охватывающие весь появенный профиль, и микропроцессы, то есть органические или минеральные преобразования в пределах изолированных участков почвенного профиля.

ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

В. В. Докучаев говорил, что почва есть результат совокупного, весьма тесного, векового взаимодействия между водой, воздухом, землёй, растительными и животными организмами и возрастом страны. Он выделил следующие факторы почвообразования: материнские породы, растительный и животный мир, климат, рельеф, возраст страны.

Почвообразующие породы. Материнской, или почвообразующей, породой называется верхний слой земли, на котором и из которого образуется почва. Механический, минералогический и химический состав материнской породы, её физические и физико-химические свойства обязательно влияют на состав и свойства почвы. Например, карбонатные почвы формируются на глинах, богатых известью, а подзолистые - преимущественно на кислых отложениях. При одних и тех же климатических условиях на разных материнских породах образуются и разные почвы.

Основными почвообразующими породами являются континентальные осадочные породы, возникшие в четвертичный период.

Растительный и животный мир. Важнейшим фактором почвообразования является растительность. От её характера зависят количество и свойства перегноя, (гумуса), аккумуляция минеральных веществ в верхних горизонтах почвы, а также физические свойства почвы.

Многолетняя древесная растительность корнями глубоко проникает в почву, добывая там воду и минеральные вещества, способствует накоплению снега, даёт ежегодный опад в виде хвои или листьев, образующий лесную подстилку. В процессе разложения опада выделяются органические кислоты, оказывающие сильное влияние на минеральную часть почвы, на формирование почвенного профиля.

Травянистая растительность образует густую сеть корней в верхних слоях почвы. Часть корней ежегодно отмирает и вместе с остатками надземной массы обогащает почву органическим веществом, создаёт её структуру.

Мхи, обладающие высокой влагоёмкостью, способствуют заболачиванию почв и образованию торфяников.

В почвообразовании исключительно велика роль микроорганизмов. В почве их огромное количество (до нескольких миллиардов на 1 г). они разлагают остатки растений и животных, превращают их в гумус, сложные органические и минеральные соединения переводят в простые минеральные соли, доступные для использования их растениями.

В почве обитает большое количество животных организмов (черви, грызуны, насекомые, простейшие), которые также оказывают большое влияние на свойства почвы.

Климат. Количество осадков, температура воздуха, ветер, испарения воды из почвы и другие метеорологические условия, из которых складывается климат местности, оказывает очень сильное влияние на формирование почвы. Прежде всего они определяют характер растительности, а также накопления перегноя и минерализации органического вещества в почве.

От количества осадков и степени испарения воды из почвы зависит направление передвижения солей: промываются они в грунтовые воды или, наоборот, преобладает процесс засоления почвы вследствие подъёма грунтовых вод.

Рельеф. Влияние рельефа сказывается на водном и тепловом режимах почвы. На повышенных элементах рельефа наблюдается меньшая влажность почвы, большая глубина залегания грунтовых вод. В пониженных частях рельефа, наоборот, отмечается большая влажность, близость грунтовых вод, даже заболачивание.

Возраст страны. Это понятие определяется периодом, в течение которого идёт почвообразовательный процесс. На территории России он раньше наступил там, где не было оледенения, или там, где поверхность почвы скорее освободилась от льда, поэтому почвы на севере более молодые, чем на юге.

Деятельность человека. В современных условиях, когда на огромном пространстве земли под действием природных факторов почвы сформировались, решающее влияние на изменение почвенного покрова оказывает производственная деятельность человека. Осушаются болота, орошаются пустыни, вырубаются леса или создаются новые лесонасаждения - все это оказывает влияние на почву. Интенсивное сельскохозяйственное использование земли, в частности применение удобрений, известкование, гипсование, обработка почв, возделывание тех или иных культур, изменяет агрономически важные свойства почвы.

СТРОЕНИЕ И СОСТАВ ПОЧВЫ

Органическое вещество почв

Органические вещества твердой части почвы подразделяются на две большие группы: негумифицированные и гумифицированные вещества. Негумифицированные (подвижные) органические вещества – это отмершие, но еще не разложившиеся или полуразложившиеся остатки растений (корни) и микробов (животных). На площади 1 га в почву ежегодно поступает 5–10 т растительных остатков и 0,7–2,4 т продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Негумифицированные органические вещества сравнительно легко разлагаются в почве. Содержащиеся в них элементы питания (азот, фосфор, сера и др.) переходят в доступную для растений минеральную форму. Органические вещества не полностью минерализуются. Одновременно в почве идет синтез новых очень сложных органических веществ, которые служат источником для образования гумусовых, или перегнойных, веществ.

Гумифицированные (перегнойные) органические вещества – это высокомолекулярные азотсодержащие соединения специфической природы. Они составляют основную часть (90 %) органического вещества почвы. Гумус представляет собой аккумулятор энергии Cолнца на планете.

Гумус состоит из гуминовых кислот, фульвокислот, гиматомелановых кислот и гуминов. Гуминовые кислоты представляют собой гетерогенную и полидисперсную группу высокомолекулярных азотсодержащих органических кислот, включающих ароматические цик­лы и алифатические цепи. Они извлекаются из поч­вы щелочами и некоторыми другими растворителями с образованием темно-окрашенных растворов гуматов натрия, калия и аммония. Молекулярная масса гуминовых кислот измеряется десятками тысяч атомных единиц массы. Гуминовые кислоты в зависимости от типа почвы включают от 30 до 43% углерода, от 32 до 42 – водорода, от 17,5 до 22 – кислорода, от 2,4 до 3 % азота. Гуминовые кислоты содержат также фосфор, серу и другие элементы.

Химическими и физико-химическими методами (рентгендефрактометрия, электронная микроскопия, спектрофотометрия и др.) установлено, что основными структурными единицами гуминовых кислот являются ароматические “ядра”, в том числе азотсодержащие гетероциклы, боковые цепи и периферические функциональные группы: карбоксильные – СООН, гидроксильные и фенольные ОН, метоксильные – О-СН₃, карбоксильные =С=0, хинонные С=0. Боковые цепи гуминовых кислот представлены углеводными, аминокислотными и другими остатками.

Фульвокислоты – гумусовые вещества желтой или красноватой окраски, которые остаются в растворе после подкисления щелочной вытяжки из почвы и вы­падения в осадок гуминовых кислот. Как и гуминовые кислоты, они входят в гетерогенную и полидисперсную группу высокомолекулярных азотсодержа­щих органических кислот. Фульвокислоты содержат: от 27 до 30 % углерода, от 34 до 42 – водорода, от 25 до 30 – кислорода и от 1,4 до 2,5 % азота.

В структуре фульво-, как и гуминовых кислот, установлены ароматические и алифатические группы. Однако ароматическая часть в их молекулах выражена менее ярко и в основном преобладают боковые цепи, т. е. алифатические, углеводные и амино­кислотные компоненты. По составу фульвокислоты раз­личных типов почв менее разнообразны и они лучше растворяются в воде, чем гуминовые кислоты.

Часть гумусовых веществ настолько прочно связана с минеральной частью почвы, что, не извлекается при обработке почвы щелочами и кислотами. Эти “нерастворимые” составляющие гумуса называются гуминами. В тяжелых глинистых почвах нерастворимые обра­зования составляют более 50 % гумуса.

Гумифицированные вещества почвы более устойчивы к микробиологическому разложению, чем негумифицированные соединения. Однако разложение гумуса в почве, хотя немедленно, но происходит. На полях, занятых зерновыми культурами, за вегетационный период разлагается 0,7–0,8 т/га гумуса, пропашными – 1,0–1,2 т/га с образованием доступного растениям минерального азота, фосфора, серы. В гумусе содержится около 5 % азота, от 1,5 до 2,4 % фосфора. В дерново-подзолистых почвах на органические соединения приходится 40 % фосфора и 90 % серы от общего содержания этих элементов в почве. На степень разложения гумуса влияет гранулометрический состав почвы, содержание гумуса в ней и т. д. Систематическое внесение органических и минеральных удобрений обеспечивает сохранение и накопление запасов гумуса в почве.

Главная особенность химического состава почв – присутствие органических веществ, особенно гумусовых, разнообразие форм различных элементов и их непостоянство во времени. Минеральная часть обычно 80-90% массы почв (в органогенных – 10% и менее). По сравнению с литосферой в почве в 20 раз больше углерода и в 10 раз – азота, что связано с деятельностью микроорганизмов. В почве меньше металлических элементов вследствие процессов выветривания и почвообразования, хотя в целом почвы наследуют геохимические черты исходного почвообразующего материала.

В органическом веществе находится большая часть почвенных запасов серы, фосфора и азота.

Органическое вещество почв первичным источником имеет автотрофы, преимущественно зеленые растения. Они дают от 1-2 в тундре до 30-35 т/га сухого органического вещества во влажных тропических лесах в год, в агросистемах – 3-9 т/га. Почти все органическое вещество перерабатывают микроорганизмы, и конечный продукт – минеральные соединения.

СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Поглотительная способность. Во всех почвах содержатся коллоидные частицы (< 0,0001 мм). Они обладают многими специфическими свойствами. Поэтому от их количества зависит плодородие почвы. Содержанием коллоидных частиц прежде всего определяется поглотительная способность почвы - способность поглощать из окружающей среды и удерживать растворимые и взмученные в воде твёрдые вещества, пары воды и газа. Коллоидные и близкие к ним частицы почвы, обладающие способностью поглощения, называют почвенными поглощающим комплексом (ППК).

Учение о поглотительной способности почв разработано русским учёным К. К. Гедройцем (1872-1932). Различают несколько видов поглощения: механическое, физическое (молекулярное), химическое, физико-химическое и биологическое.

Механическое поглощение - способность почвы задерживать при фильтрации частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, превышающее по диаметру почвенные поры. Механически задерживаются также частицы почвы, попадающие в трещины, образующиеся на поверхности почвы. Чем больше в почве тонких фракций механического состава, тем выше механическое поглощение.

Физическое поглощение (или молекулярная адсорбция) основано на способности коллоидов почвы притягивать к поверхности и удерживать на ней молекулы вещества (воды, растворов, газов, например аммиака), не изменяя их свойств.

Химическое поглощение. Вещества, входящие в почвенный раствор и твёрдую фазу почвы, вступают в химическое взаимодействие с находящимися в почве солями с образованием слаборастворимых или нерастворимых в воде соединений.

Физико-химическое поглощение, или обменная адсорбция (обменная поглотительная способность). Она основана на способности почвенных коллоидов поглощать из почвенного раствора и удерживать на поверхности катионы в обмен на другие катионы в ППК.

Энергия поглощения разных катионов зависит от их валентности и атомной массы: чем выше валентность, а в пределах одной валентности чем выше атомная масса, тем выше и энергия поглощения. Исключением является водород (Н). В порядке возрастающей энергии поглощения катионы располагаются в следующей последовательности:

Na < NH < K < Mg < H < Ca < Al < Fe

Количество катионов, которое способна поглотить почва, называется ёмкостью катионного поглощения, или ёмкостью обмена и выражается в миллиграмм-эквивалентах (мг-экв.) на 100 г почвы. Величина ёмкости поглощения (Т) у разных почв неодинакова и зависит от наличия минеральных и органических коллоидов почвы. Так, у супесчаных почв она составляет всего 5-10 мг-экв., у суглинистых малогумусных - 15-20, а у суглинистых чернозёмов - 40-50 мг-экв. и выше.

Чем больше в ночве глинистых частиц и гумуса, тем больше емкость поглощения.

Очень большое значение для плодородия почв имеет и состав поглощенных оснований. В нем могут быть кальций, магний, во­дород, калий, натрии, аммоний, железо и алюминий. Двухвалент­ные катионы (Са^, Mg^+) хорошо коагулируют коллоиды, способствуют 1от_(х)1)1^ом^1ию_с11^'кту11ь1, создают нр.йтря.цБную или близкую к ней реакцию почвы. В агрономическом отношении это наиболее ценные катионы.

Одновалентные катионы (К+, _Ма+) диспергир_уют_. цочведные коллоиды, разрушают лочвр'нные. яг.рега_ц)и-.-а_с_ними и структуру, при большом количестве вызывают щелочную реакцию. .

Поглощенный водород разрушает почвенные коллоттТГы и под­кисляет почву. Подкисляющее действие может оказывать на поч­ву II алюминий. Будучи вытесненным:.; из поглощенного состояния, он в почвенном растворе переходит в соединение АlСlз, которое !! результате взаимодействия с водой образует соляную кис­лоту.

В зависимости от наличия в поглощенном состоянии, с одной стороны, водорода (II) и алюминия (Аl), а с другой—двухва­лентных катионов (Са и Mg) различают почвы, насыщенные. осно­ваниями и не насыщенные ими. К первым относятся ночвы, в по­глощающем комплексе которых ; '.находятся

только катионы каль­ция, магния, калия и отсутствует водород; ко вторым - почвы, в поглощающий комплекс которых наряду с другими катионами входят водород, алюминий. Насыщены основаниями черноземы, каштановые почвы, сероземы, а не насыщены дерново-подзолистые почвы, красноземы, болотные. Почвами с высокой насыщенностью натрием являются солонцы. Они бесструктурны, расплываются от дождя, а при высыхании сплываются в плотную массу.

Для характеристики агрохимических свойств почвы важное значение имеет сумма поглощенных оснований (S). При ее определении учитывают количество содержащихся в .поглощенном состоянии катионов, (в дерново-подзолистых почвах Са, Mg), за исключением водорода. Этo количество выражают также в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. У разных почв оно колеблется от 2 до 50 мг-экв. и выше. Например, на легких дерново-подзолистых почвах S может быть всего 2-5 мг-экв., на легкосуглиннстых— 5-10, на тяжелых суглинках - 15-20, на лесостепных почвах и черноземах: от 20 до 50 мг-экв. Чем больше S, тем агрономически ценнее ночва.

С суммой поглощенных оснований связано вычисление степени насыщенности почвы основаниями (V). Она показывает, какую часть от емкости поглощения почвы занимают поглощенные основания, выражается в процентах от общей емкости поглощения, включающей содержание ионов водорода (Н), и вычисляется по формуле:

V= S *100% /S+Нг

Биологическое поглощение. Этот вид поглощения в почве осуществляется жизнедеятельностью растений и микроорганизмов. Одной из важных особенностей биологического поглощения является избирательная способность микроорганизмов и растений, проявляющаяся в том, что они берут из почвы преимущественно те вещества, которые им необходимы для построения своего тела, для жизни.

Структура почвы.

Частицы почвы могут склеиваться между собой, образовывать структурные комочки — агрегаты, не размываемые водой. Почва с большим количеством агрегатов называется структурной. Бесструктурными почвами называются такие, в ко­торых отдельные механические элементы (песок, пыль) не связа­ны между собой. Свойство почвы образовывать структурные агре­гаты называются структурностью.

В агрономическом отношении наиболее ценна мелкокомковатая и зернистая структура пахотного горизонта с размерами комочков от 1 до 5 мм. Очень важное качество почвенной структуры – ее водопрочность, т. е. неразмываемость агрегатов водой.

В структурной почве создается и поддерживается лучший воз­душно-водный режим, а следовательно, и микробиологическая деятельность, и питательный режим. Структурную почву легче обрабатывать.

Однако нельзя переоценивать значение структуры почвы. Известно, например, что песчаные почвы бесструктурны, но при достаточном увлажнении и удобрении могут давать очень высокие урожаи.

Физические и физико-механические свойства. К физическим свойствам почвы относятся плотность, плотность твердой фазы почвы, скважность, а также водные, воздушные и тепловые свойства.

Плотность почвы - масса единицы объема (1 см куб) сухой почвы в ее естественном состоянии. Плотность пахотного слоя грубозернистой песчаной почвы 1,8; подзолистой суглинистой 1,2; типичного чернозема 1,0. Исходя из плотности почвы, вычисляют массу пахотного слоя на 1 га. Для подзолистых суглинков он бу­дет 2,5—3 тыс. т (при глубине 20 см).

Величина плотности определяется плотностью твердой фазы почвы и зависит от ее зональных особенностей.

Плотность твердой фазы почвы - отношение массы твердой фазы (почвенных частиц) к массе того же объема воды при 4° С. Наибольшую плотность твердой фазы имеет минераль­ная почва, например песчаная с высоким содержанием кварца (2,65), у перегноя и торфа 1,6, поэтому почвы с большим количе­ством гумуса отличаются меньшей плотностью твердой фазы (так у мощного чернозема она 2,37).

Пористость, или скважность. Почва состоит из твердой фазы (почвенных комочков) и промежутков между ними, или пор. Общий объем пор в процентах по отношению ко всему объему почвы называется пористостью, или скважностью, почвы. Поры могут быть заняты водой или воздухом. Наиболее благоприятен в агрономическом отношении такой объем, при котором поры почвы заняты водой примерно наполовину.

Скважность различают капиллярную (объем промежутков капиллярного сечения), некапиллярную (промежутки более широкие, чем капилляры) и общую. Последняя в пахотном слое составляет около 50%.

Физико-механические свойства почвы: связность, пластичность, .липкость, набухание и усадка имеют значение при механической обработке, так как от них зависит удельное сопротивление почвы орудиям обработки.

Для агрономической характеристики состояния почвы применяется термин спелость почвы. Под спелостью почвы понимают ее пригодность для механической обработки. Она зависит от состояния влажности, связности, пластичности, липкости.

Спелая почва легко обрабатывается орудиями, не прилипает к ним, не мажется, не образует глыб, а крошится при обработ­ке на мелкие комки.

Неблагоприятное сочетание перечисленных физических свойств почвы может привести к образованию почвенной корки, ухудшаю­щей условия жизни растений.

В результате систематического уплотнения почвы плугом при вспашке на одну и ту же глубину в верхней части подпахотного слоя образуется плотная прослойка почвы, так называемая плужная подошва. Для предупреждения ее возникновения следует пахать поля на разную глубину и в разных направлениях.

Водные свойства и водный режим почв. Вода может находить­ся в почве в разных состояниях и в зависимости от этого имеет неодинаковое значение для питания растений. Различают следующие главные формы воды в почве.

Гравитационная вода занимает в почве крупные поры (некапиллярные), передвигается сверху вниз под собственно тяжестью. Это самая доступная для растений вода. Однако если она заполняет все поры, то наступает переувлажнение почвы. На песчаных почвах гравитационная вода легко уходит вглубь, в зону, недоступную для корней.

Капиллярная вода занимает капилляры почвы. По ним она продвигается от более влажного слоя к более сухому. По ме­ре испарения воды с поверхности почвы такой восходящий ток ее может иссушить почвы. Капиллярная вода вполне доступна растениям.

Гигроскопическая вода находится в почве в виде мо­лекул в поглощенном состоянии, удерживается поверхностью поч­венных частиц, почти недоступна растениям, передвигается между частицами почвы в форме пара.

Названные формы воды не являются постоянными. Вода может из одной категории переходить в другую. При переувлажнении почвы все промежутки между ее частицами заняты водой. При подсыхании почвы расходуется в первую очередь свободная (не­капиллярная) вода, а затем капиллярная. Если запасы капиллярной и некапиллярной воды исчерпаны, то растения уже почти не могут получать ее из почвы через корневую систему, так как в почве остается только вода, малодоступная растениям. Степень увлажнения почвы, при которой растения начинают завядать, от недостатка влаги, называется влажностью завядания (ВЗ). Влажность завядания равна обычно полуторной максимальной гигроскопичности; на песчаных почвах она ниже 1% на супесчаных 1-3, на суглинистых 4-10, а на глинистых 15 % и выше.

Количество воды, которую почва прочно удерживает, а растения не могут использовать, составляет мертвый запас воды.

В глинистых почвах, водоудерживающая способность которых очень велика, мертвый запас влаги составляет 10-15% массы почвы, а в песчаных почвах - меньше 1 %. Это значит, что при одинаковой влажности (допустим, 20%) глинистая и песчаная почвы имеют разное количество доступной растениям воды: глинистая 5-10%, песчаная 19%.

Воду, которая содержится в почве сверхвлажности завядания (некоторые считают сверх мертвого запаса), т.е. больше двойной максимальной гигроскопичности, называют продуктивной (или доступной) влагой. Процент продуктивной влаги в почве равен приблизительно влажности почвы, выраженной в процентах, за вычетом двойной максимальной гигроскопичности.

Однако более точно количество продуктивной влаги исчислять в весовых единицах Каждый миллиметр осадков соответствует 10 т воды на 1 га.

Запас продуктивной влаги (W) вычисляют с учетом мощности и плотности каждого слоя почвы по формуле:

W = 0,1 • П • h (B - BЗ),

где 0,1—коэффициент перевода в миллиметры водяного слоя;/7—плотность почвы (в r на 1 см куб); h — мощность слоя почвы, для которого рассчитывается запас влаги (в см); В—влажность почвы и ВЗ—влажность завядания (в % от абсолютно сухой почвы).

Почва способна впитывать и удерживать воду, а затем отдавать ее растениям. Для получения высокого урожая необходимо, чтобы в почве всегда содержалось нужное растениям количество воды. Зерновые культуры расходуют на создание урожая 2—3 тыс. т воды на 1 га, а другие растения и больше.

В почву вода попадает прежде всего с осадками, а также из атмосферы в виде водяных паров. Наибольшее количество воды, которое может удержать (вместить) почва при заполнении всех пор, называется общей, или полной, влагоемкостью (ПВ), Она зависит от механического состава почвы, содержания в ней перегноя и от общей пористости. Например, глинистые почвы отличаются высокой влагоемкостью (60-80 г воды на 100 г почвы), а песчаные - низкой (15-25 г). Особенно велика она в торфяных почвах. При полном насыщении торфа масса ее в несколько раз превышает массу воздушно-сухого торфа. Наиболее благоприятный для растений водный режим создается в минеральных почвах при насыщении их водой на 60-80% полной влагоемкости.

Способность почвы пропускать через себя воду носит название водопроницаемости. При плохой водопроницаемости вода осадков стекает по поверхности почвы. В то же время при очень высокой водопроницаемости, какой, например, обладают песчаные почвы, осадки очень быстро проникают через почву и не используются растениями. Наиболее благоприятны условия для водопроницаемости в структурных почвах.

Водный режим почвы зависит прежде всего от количества выпадающих атмосферных осадков и от величины расхода влаги на испарение и транспирацию. Соотношение этих величин и определяет тип водного режима почвы. Он может быть промывным (отношение осадков к испарению больше единицы), переходным (это отношение около единицы) и непромывным (осадков меньше, чем величина испарения). Промывной тип преобладает в лесолуговой зоне, непромывной – в степной и пустынной зоне, а переходный — в лесостепи. При близком расположении грунтовых вод возникает еще выпотной тип водного режима, а при высоком уровне грунтовых вод — застойный тип, который не считается самостоятельным типом, а разновидностью промывного.

Воздушные и тепловые свойства почвы. В почве содержится воздух, состав которого отличается от атмосферного большим количеством углекислого газа, меньшим количеством кислорода. При недостатке воздуха в почве замедляется прорастание семян, ненормально развивается корневая система, подавляется микробиологическая деятельность.

Содержание воздуха в почве (ее воздухоемкость) зависит от скважности почвы и относительного количества пор, занятых водой.

Важно, чтобы непрерывно шел интенсивный обмен воздуха между почвой и атмосферой (аэрация), чтобы воздух, более богатый кислородом, поступал в почву, а бедный кислородом удалялся из нее.

Тепловой режим в значительной степени объясняет интенсивность механических, геохимических и биологических процессов в почве. С повышением температуры на 10° С скорость химической реакции возрастает в 2-3 раза. В разных районах Земли в этой связи скорости химических реакций могут отличаться в десятки раз. От температуры зависит сорбция и десорбция, растворимость газов, соотношение твердой и жидкой фаз в почве, пептизация и коагуляция коллоидов.

Многие минералы отличаются значительными коэффициентами объемного расширения, например, у полевых шпатов вдвое меньше, чем у кварца. При периодическом нагревании и охлаждении в породах образуются трещины, а капиллярное давление в тонких трещинах и замерзающая вода в более крупных способствуют механическому разрушению минералов и пород. Нагревание увеличивает биохимическую деятельность бактерий, по крайней мере до температуры 40° С.

Тепловым режимом почвы называется совокупность явлений теплообмена в системе приземный слой воздуха – почва – почвообразующая порода. Тепловой режим определяет в первую очередь солнечная радиация, точнее соотношение поглощенной радиации и теплового излучения Земли. Сравнительно небольшую роль играют экзо- и эндотермические реакции в почве, а также внутренняя энергия нашей планеты. Интенсивность альбедо зависит от окраски почвы, характера ее поверхности, теплоемкости. Темные почвы, богатые органическим веществом и глинистыми минералами, энергично поглощают солнечное излучение. Светлые, особенно песчаные малогумусные почвы имеют альбедо 40-45 %, или почти вдвое меньше.

Под теплоемкостью понимают количество теплоты, необходимое для нагревания на 1° С 1 г почвы (массовая теплоемкость) или 1 см³ почвы (объемная теплоемкость). Теплоемкость жидкой фазы – около 1, твердой – 0,1-0,5, газовой фазы – 0,0003. Из этих величин следует, что теплоемкость почвы увеличивается с увеличением влажности почвы, то есть для нагревания влажной почвы требуется больше тепла, чем для нагревания сухой.

Излучение теплоты также зависит от состава и влажности почвы, строения поверхности. Поступающее количество энергии (радиационный баланс) тратится на испарение, нагревание почвы, отдачу тепла в атмосферу. В среднем за год тепловой баланс почвы равен нулю.

Тепловодность – способность почвы проводить теплоту, она определяет глубину прогревания и охлаждения почв. Этот показатель у воды в 20 с лишним раз выше, чем у воздуха, поэтому влажные почвы прогреваются на большую глубину, хотя и медленнее, чем сухие. Биологически активное прогревание соответствует температуре выше 10° С. Колебания суточных температур распространяются обычно до глубины 1 м. Сезонные колебания захватывают значительно большую толщину почвы.

Промерзание почвы зависит от ряда причин: географического положения, климатических особенностей, температуры замерзания почвенного раствора, мощности снежного покрова и времени его выпадения, наличия древесной растительности. Растительность задерживает солнечную радиацию, поэтому летом температура почвы может быть ниже, чем воздуха. Пониженную теплопроводность имеет лесная подстилка. Но зимой температуры почвы под лесом выше, чем на соседнем поле.

ПИТАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ

Почва – источник всех питательных веществ, поступающих в растения через корневую систему. К необходимым для растений элементам питания относя<