Почвоведение. Роль мелиорации в плодородии почв

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Контрольная работа по почвоведению.

Выполнил:

ФИО

Факультет: Природообустройство

Специальность: Городской кадастр

Шифр:

Проверила:

Барнаул, 2010 год



СОДЕРЖАНИЕ

1. Содержание и задачи почвоведения. Основоположники науки о почве, их труды и значение в развитии почвоведения

2. Горные породы, виды горных пород. Условия их формирования

3. Минералогический и химический состав почв

4. Кислая реакция почвы, ее происхождение. Виды кислотности почв. Мероприятия по регулированию кислой реакции

5. Понятие о продуктивной воде в почве, движение ее по капиллярам. Влажность завядания

6. Плодородие. Виды плодородия. Влияние мелиорации на плодородие

7. Серые лесные почвы, состав, строение и свойства. Мелиоративные мероприятия, необходимые для улучшения их плодородия

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



1. Содержание и задачи почвоведения. Основоположники науки о почве, их труды и значение в развитии почвоведения

Упоминания о почвах, их описание, особенности земледельческого использования, характеристика производительности почв встречаются уже в древних рукописях и сочинениях. Однако потребовалось несколько тысяч лет для накопления знаний о почвах, прежде чем в конце XIX в. сформировалась сама наука о почвах -- почвоведение. И. А. Крупеников (1981), изучавший историю почвоведения с древнейших времен до наших дней, выделил условно десять этапов становления и развития науки о почвах.

Период первичного накопления разрозненных фактов о свойствах почв, их плодородии и способах обработки относится ко времени неолита и бронзы, около 10 тыс. лет до н. э., когда зарождалось земледелие и человек начал сопоставлять почвы по их способности давать урожай.

Последующий период, продолжавшийся несколько тысячелетий до н. э., в который была выработана определенная система использования почв в богарном и орошаемом земледелии. Почвы различались по качеству; потребовалось создание примитивного земельного кадастра для дифференцированного налогообложения на землю. В связи с этим необходимо сказать о египетских папирусах и стелах с описанием качества земли. Это «Бруклинский папирус» и «Палермский камень», относящиеся к 3,5--3 тысячелетиям до н. э., а также «Кодекс Хаммурапи», являющийся первым известным земельно-водным законодательством вавилонского царя Хаммурапи. В период первичной систематизации знаний о почвах, продолжавшийся с VIII в. до н. э. по III в. н. э., выходят трактаты Фе-офраста, Катона, Плиния, в которых постигалось существо почв как природных явлений. Особое значение имели труды Колумеллы, которого иногда называют «Докучаевым античного мира». Колумелла свои обширные знания по земледелию изложил в трактате «О сельском хозяйстве», который, по существу, явился первой в мире сельскохозяйственной энциклопедией с разнообразными сведениями о почвах различных территорий, их плодородии, классификации, обработке и удобрении. Примеры удобрений почв даны Варроном, вопросы общей географии почв отражены в трудах Геродота и Страбона, представления о почвах включены в философские (Лукреций) и религиозные концепции.

Период интенсивных земельно-кадастровых работ эпохи феодализма связан с описанием почв как земельных угодий для установления феодальных повинностей и привилегий. К работам этого периода относятся китайские кадастры, «Геопоники» в Византии, землеоценочные акты в Германии, Англии, Франции и других странах Западной Европы, «Писцовые книги» в России, оценка почв в Литве, Белоруссии и Украине (VI--XVI вв.). К концу периода появились первые представления о потреблении растениями солей из почвы (Бернар Палисси во Франции); проходили споры о том, является ли почва только «опорой» для растений или она их «питает» водой и солями (Френсис Бекон в Англии); Леонардо да Винчи предположил, что образование почвы происходит под воздействием растений. Период зарождения современных представлений о плодородии почв, об их связи с горными породами. А. Тюрго (Франция) выступил с обоснованием закона убывающего плодородия почв (1766), Н. Валериус (Швеция) выдвинул гипотезу гумусового питания растений (1761), Ф. Ахард (Германия) разработал принцип метода изучения гумусовых веществ извлечением их из почвы щелочью и осаждением серной кислотой (1786), который используют и в настоящее время. Появились новые идеи о происхождении почв, особенно в трудах русских ученых -- академиков М. В. Ломоносова, П. С. Палласа, И. А. Гюльденштедта. М. В. Ломоносов в своих работах «О слоях земных» (1763), «Слово о явлениях воздушных» (1753) высказал современные для будущего XIX в. взгляды на почву и природу питания растений. Он считал, что почвы являются продуктом воздействия растений на горные породы. Его мысль о воздушном питании растений была подтверждена Дж. Пристли (1771), Ян. Ингенг-Хаузом (1779) и Ж. Сене-бье (1782), а в 1868 г. экспериментально доказана выдающимся русским ученым К. А. Тимирязевым, создавшим теорию фотосинтеза.

В 1765 г. в Петербурге было создано Вольное экономическое общество (ВЭО), которое публиковало труды по различным вопросам агрономии, в том числе по улучшению почв. Оно сыграло ведущую роль в осуществлении первых научных работ В. В. Докучаева -- основателя почвоведения. Исследователей почв особенно интересовали самые плодородные почвы России -- черноземы. В 1771 г. М. И. Афонин, обобщив имевшиеся к тому времени сведения о черноземах, дал первую их классификацию и систематизированные рекомендации по повышению плодородия.

6. Период развития агрогеологии и агрикультурхимии предшествовал периоду становления почвоведения как самостоятельной науки и связан с распространением капиталистического производства в земледелии Европы в XIX в.

Этот период характерен тем, что были опубликованы работы ученых -- основателей агрохимии (М.Э. Вольни, А. Д. Тэер, Г.Дэви, М.Г.Павлов, Я. Берцелиус, Ю.Либих, Ж. Б. Буссенго), которые на основе изучения почв рассматривали питание растений как процесс использования ими «солей» почвы. Большой вклад в накопление и развитие агрономических знаний и знаний о почвах внес выдающийся русский агроном А. Т. Болотов. Он указал на необходимость изучения свойств разных почв, чтобы правильно подходить к их земледельческому использованию. Русский исследователь И. И. Комов придавал большое значение гумусу в формировании плодородия почв и питании растений. В 1837 г. в монографии К. Шпренгеля «Почвоведение или наука о почве» впервые было использовано слово «почвоведение». Однако в то время почвы все еще рассматривались наукой геологией. В результате же накопления знаний о почвах становилось все более очевидным, что почвы существенно отличаются от горных пород как по образованию, так и по свойствам. В 1900 г. А. Н. Сабанин приступил к чтению курса почвоведения в Московском университете. П. С. Коссович (1862--1915), работавший в Лесном институте в С.-Петербурге, в 1903 г. издал учебник по почвоведению, написанный им на основе генетических концепций В. В. Докучаева. П. С. Коссович являлся одним из основоположников изучения физических и химических свойств почв, развил оригинальные идеи по вопросам почвообразования, классификации и эволюции почв.

В 1908 г. вышел в свет учебник К. Д. Глинки (1867--1927), сыгравший особенно важную роль в распространении докучаевских идей. В последующие годы XX в. многие ученые внесли существенный вклад в создание учебников по почвоведению, в которых идеи В. В. Докучаева получили дальнейшее развитие (С. А. Захаров, И. В. Тюрин, А. А. Роде, Д. С. Виленский, Л. П. Розов, И. И. Плюснин, И. Ф. Голубев, А. Н. Соколовский, И. С. Кауричев с соавторами, В. А. Ковда и Б. Г. Розанов с соавторами и др.).

В 1904 г. в С.-Петербурге при Вольном экономическом обществе по проекту В. В. Докучаева был организован Центральный музей почвоведения.

Наряду с Россией почвоведение бурно развивалось и в других странах. В США почвенную школу основал Е. В. Гильгард, автором первой систематики американских почв и организатором почвенной службы США стал М. Уитни. Развитие почвоведения в Европе связано с именами Э. Раманна в Германии, Ю. Шлезинга во Франции, Г. М. Мургочи в Румынии, Н. П. Пушкарова в Болгарии, П. Трейца и А. Зигмонда в Венгрии, С. Миклашевского в Польше, И. Конецкого в Чехословакии, Б. Аарнио и Б. Фростеруса в Финляндии. Несмотря на получившие признание в почвоведении докучаевские генетические концепции, агрогеологическое направление в науке все еще было широко распространено, что проявилось в проведении Международных агрогеологических конгрессов в 1909 и 1910 гг.



2. Горные породы, виды горных пород. Условия их формирования

Планета Земля состоит из минералов и горных пород. Они являются основой почв и определяют многие их свойства. Поэтому для почвоведения чрезвычайно важны знания о распространении, образовании минералов и горных пород, их свойствах и изменениях во времени. В данной главе рассмотрены в основном минералы и горные породы, образовавшиеся в земной коре и гидросфере. Наиболее распространенные минералы и горные породы, составляющие твердую фазу почв, изучают на практических занятиях.

Горная порода состоит из нескольких или одного минерала, занимающего значительное пространство. Например, гранит состоит в основном из кварца, полевого шпата и слюды; рыхлые горные породы -- суглинки -- представлены обломками < 1 мм большого количества минералов; пласты минерала галита многометровой мощности.

Минералы и горные породы изучаются геологическими науками -- минералогией и петрографией. Они вместе с геохимией рассматривают материальный состав Земли.

Минералогия изучает состав, химические и физические свойства минералов, их происхождение, процессы изменений и превращений в другие минералы, а также взаимоотношения одних минералов с другими в минеральных месторождениях или горных породах. Задачей петрографии (от греческого слова «петра» -- камень) является изучение минерального состава пород, их строения, сложения, условий залегания, распространения, происхождения и образования различных полезных ископаемых.

ОБРАЗОВАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД

Образование горных пород происходит в тех же зонах земной коры, в которых образуются минералы, так как горные породы состоят из минералов. Поэтому рассмотрение отдельно процессов образования горных пород от процессов образования минералов условно. В основу классификации горных пород положено их происхождение, а отличия проявляются в составе минералов, строении и сложении.

В зависимости от зоны образования различают три генетических типа горных пород: магматические, осадочные и метаморфические.

МАГМАТИТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Их подразделяют на глубинные (интрузивные), образовавшиеся при медленном остывании магмы в эндогенной зоне, состоящие из хорошо окристаллизованных минералов, и горные породы излившиеся (эффузивные), стекловатые, пористые, скрытокристаллической и порфировой структуры, что обусловливается быстрым охлаждением магмы на поверхности Земли при извержении вулканов.

Для классификационных целей большое удобство представляет также деление магматических пород (интрузивных и эффузивных) по кварцевой основе, т. е. по среднему валовому содержанию Si0₂ как самой важной составной части. По этому признаку различают пять групп магматических пород.

Магматические породы Среднее валовое содержание Si0₂, %

I. Ультракислые > 75

II. Кислые 65...75

Средние 52...65

Основные 40...52

V. Ультраосновные < 40

В связи с тем что эффузивные горные породы образуются из магм того же состава, что и интрузивные, существуют их взаимные аналоги по составу минералов. Основные классификационные принципы магматических горных пород показаны в таблице 2. Все магматические породы, так же как и минералы эндогенного происхождения, называют первичными.

ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Так называются породы, образовавшиеся в результате осаждения или химических солевых минералов в водных бассейнах, или органического материала в виде остатков растений, или землистых масс из суспензии текучих вод и т. д. Все осадочные горные породы относятся к вторичным образованиям. Особенно большая группа осадочных пород, представленная землистыми массами, образовалась в результате физического выветривания плотных магматических и метаморфических горных пород, неоднократного последующего физического разрушения (выветривания) и переотложения минеральной массы ветром, морем, реками, ледниками, ледниковыми, талыми и дождевыми водами.

Такие породы приобрели новые качества, отличающие их от массивных плотных пород. Они являются рыхлыми, воздухо- и водопроницаемыми. В связи с этим в них активно протекают реакции химического выветривания. Они могут быть сыпучими (пески) или в сухом состоянии плотными, а в воде размокать (глины). Нередко в осадочных породах присутствуют остатки животных и растительных организмов. В зависимости от состава, строения и сложения осадочных пород, с учетом процессов образования выделяют три их группы: обломочные, химические и органогенные (табл. 3). В таблице приводится характеристика некоторых химических и органогенных осадочных пород, а также обломочных пород с определенным размером обломков минералов и смешанных, состоящих из обломков разного размера.

Осадочные обломочные смешанные породы имеют для почвоведения особое значение. Так как на них сформировались почвы, они называются почвообразующими или материнскими. Большинство почвообразующих пород образовалось в последнее геологическое время -- в четвертичный период, поэтому они называются четвертичными. Более древние породы, залегающие под четвертичными, в почвоведении относят к коренным породам, но при выходе их на поверхность они тоже становятся почвообразующими.

МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Метаморфической породой может быть любая осадочная или магматическая порода, которая при погружении в зону метаморфических процессов земной коры претерпевает изменения состава и структуры и приобретает новые качества под влиянием высокого давления, температуры, циркулирующих растворов и газов (т. е. факторов метаморфизма). Например, из глин образуются глинистые сланцы, из песчаников -- кварциты, из известняков -- мраморы, из гранитов -- гранитогнейсы и т. д.

В целом в земной коре на долю магматических пород приходится около 95 %, а на осадочные -- около 5 %. Если же рассматривать только гипергенную зону (включая гидросферу), то осадочных по род окажется около 70--75 %, а магматических -- около 20--25 %. Метаморфические породы в данный расчет не входят; они причислены к тем породам, из которых образовались.

СХЕМА ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА. ФОРМИРОВАНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ

Рассмотрим процессы превращения горной породы в почву. Так как почвообразовательный процесс совершается при непременном участии живых организмов, можно сказать, что образование почв началось тогда, когда появились жизнь на Земле. Этому предшествовали процессы физического и химического выветривания плотных горных пород, находящихся на земной поверхности. В тонкой поверхностной корочке выветривающейся плотной горной породы поселились первые живые организмы (микроорганизмы) и начался почвообразовательный процесс, который получил название первичного почвообразовательного процесса.

С тех пор прошли миллионы лет. Плотные горные породы в результате выветривания превратились в рыхлые осадочные обломочные горные породы. На них также образовывались почвы, но в результате геологической деятельности ветра, моря, ледников, талых и дождевых вод и т. д. они уничтожались, перемешивались с рыхлыми массами пород и откладывались в виде новых осадочных обломочных пород. Эти процессы совершались многократно. Почвообразовательный процесс на них начинался снова, но постепенно в таких породах стали отчетливо проявляться «почвенные» признаки, которые получили развитие при современном почвообразовании.

Уделим особое внимание рассмотрению общей схемы современного почвообразовательного процесса на осадочных обломочных смешанных горных породах, отложенных на равнинных территориях России в последнее геологическое время. Известно, что бесплодные рыхлые горные породы, превращаясь в почвы, претерпели большие качественные изменения, но у всех у них, несмотря на различия в минералогическом составе, сформировался общий качественный признак -- плодородие, т.е. способность производить урожай растений.

В каждой природной зоне в зависимости от конкретных природных условий, названных В. В. Докучаевым факторами почвообразования -- растительности и животных организмов, климата, материнских пород, рельефа и продолжительности течения процессов почвообразования, сформировались разные как по внешнему виду, так и по уровню плодородия почвы.

Минералогический и химический состав почв

Для нормального роста и развития растениям необходимы свет, тепло, вода, воздух и питательные вещества. Все эти условия жизни для растений равноценны и незаменимы. В почвах элементы питания растений находятся в составе минералов, органических и органоминеральных соединений твердой фазы почв, в почвенных растворах (в основном в ионной форме) и в газовой фазе почв. В результате поглощения питательных элементов растения формируют корневые и надземные массы, которые используются людьми как продукты питания, корм для животных или как сырье для промышленности (клубни картофеля, зерно, лен и т. д.).

В почвах содержатся практически все элементы периодической системы Д. И. Менделеева, но для питания растениям наиболее необходимы 19 элементов: С, Н, О, N, Р, S, К, Са, Mg, Fe, Mn, Си, Zn, Mo, В, CI, Na, Si, Co. Из них 16 элементов, кроме С, Н, О, относятся к минеральным. Углерод, водород и кислород поступают в растения преимущественно в виде С0₂, 0₂ и Н₂0. Необходимость натрия, кремния и кобальта не для всех растений установлена.

Углерод, водород, кислород и азот называют органогенными элементами, так как в основном из них состоит организм растений. Углерода содержится в среднем 45 % от сухой массы тканей растений, кислорода -- 42, водорода -- 6,5, азота -- 1,5 %. Их сумма составляет 95 %. Оставшиеся 5 % приходятся на зольные элементы: Р,

5, К, Са, Mg, Fe, Si, Na и др. Они называются так потому, что пре-
обладают в золе растений.

Химический состав золы является показателем валового количества усвоенных растениями из почвы зольных элементов питания. Их выражают в оксидах или в элементах по отношению к мае се сухого вещества, или к массе золы в процентах.

Валовой химический состав растений значительно отличаете от валового состава почвы вследствие избирательности растений к поглощению отдельных элементов для формирования урожая (табл. 12). В растениях всегда больше азота, фосфора и калия.

В естественных биоценозах питательные элементы, усвоенные растениями и другими живыми организмами, снова возвращаются в почву после их отмирания и перегнивания, поэтому, как правило, обеднения почвы питательными элементами не происходит. Устанавливается их относительное природное равновесие, характерное для разных типов почв.

На пахотных же землях после уборки урожая в почву возвращается только часть поглощенных растениями минеральных элементов, например с корневыми и стерневыми остатками зерновых культур; при тереблении льна почти ничего не возвращается. В связи с этим в пахотные почвы необходимо вносить минеральные удобрения, что позволяет возвратить в почву не только отчужденные с урожаем питательные элементы, но и сбалансировать их по количеству и соотношению для последующих сельскохозяйственных культур, тем самым обеспечить получение запланированного урожая. Для повышения эффективности удобрений и снижения их доз очень важно осуществлять агроприемы по регулированию почвенных процессов, направленных на накопление биологического азота и высвобождение из

Кроме азота и зольных элементов, называемых в агрономической практике макроэлементами, в составе растений присутствуют микроэлементы, содержание которых составляет <0,001 % сухой массы тканей (В, Си, Со, Zn, Mo и др.). Они играют очень важную роль в обмене веществ растительного организма.

В агрономических целях для характеристики условий питания растений определяют валовое содержание элементов в почве, ближайший для растений резерв доступных элементов и количество непосредственно усвояемых элементов из почвы.

АЗОТ В ПОЧВАХ

Валовое количество азота в почвах составляет 0,1--0,5 %(от 2 до Ют/га в пахотном слое 0--20см). В почвообразующих породах азота почти нет. Почвенный азот находится в основном в составе органического вещества -- гумуса (V20--V40 часть его процентного содержания). Этот азот растениям недоступен. Однако в течение теплого времени года часть гумуса (1--2 % его содержания) разлагается микроорганизмами и азот высвобождается в доступной для растений форме.

Резервом доступного для растений азота является легкогидролизуемый азот. Его содержание в почвах составляет 2--5 % валового количества азота. Это азот, который может быть минерализован в «ближайшее время» за счет наиболее разлагаемой части органического вещества почв (аминокислот и амидов). Однако по его количеству нельзя делать прогноз об обеспеченности растений азотом как элементом питания.

Основную роль в азотном питании растений играют минеральные формы азота: окисленная (NO3) и восстановленная (NH^). Минерального азота содержится в среднем от 50 кг/га в пахотном слое дерново-подзолистых суглинистых почв, до 100 кг/га и более--в черноземах, что составляет 0,5--1 % валового количества азота в почвах. За вегетационный период растениями усваивается около 40 % минерального азота.

Аммонийный азот образуется в почвах в результате жизнедеятельности аммонифицирующих гетеротрофных микроорганизмов, превращающих органический азот растительных и животных остатков, а также азот гумуса в NH4. Аммонийный азот находится в почвах в форме фиксированного глинными минералами аммония, входит в состав обменных катионов (0,3--0,4 % суммы катионов оснований), является компонентом почвенного раствора (5-- б мг/л). Содержание доступного для растений аммония (обменного и водорастворимого) зависит от типа почв, численности аммонифицирующих бактерий и изменяется в динамике. Количество аммония практически не меняется при окультуривании почв, он довольно равномерно распределен по их профилю.

ФОСФОР В ПОЧВАХ

Фосфор является «дефицитным» элементом, так как в мире запасы фосфатного сырья (апатитов и фосфоритов) для производства фосфорных удобрений невелики. Наряду с этим содержание валового фосфора (Р2О5) в почвах низкое -- 0,05--0,25 % (от 1 до 5 т/га в пахотном слое 0--20 см). Основное его количество растениям труднодоступно, а фосфор удобрений сильнее, чем азот и калий, закрепляется почвами в неподвижные формы. Естественных путей возобновления запасов фосфора в отличие от азота в почвах нет.

Соединения фосфора в твердой фазе почв по доступности растениям подразделяются на пять групп (по Ф. В. Чирикову). I группа -- наиболее доступные растениям, легко переходят в раствор под воздействием угольной кислоты -- фосфаты щелочей и NH₄, одно- и двузамещенные фосфаты Са и Mg, Mg₃(P0₄)₂, часть Ca₃(P0₄)₂. II группа -- ближайший резерв фосфора для питания растений --это Са₃(Р0₄)₂, часть фосфора фосфорита и апатита, часть А1Р0₄ и часть органических фосфатов; извлекаются раствором уксусной кислоты. III группа в основном представлена труднодоступными фосфатами железа и алюминия, фосфорита, апатита и фитина. IV группа -- это фосфаты органического вещества почвы; непосредственно растениям недоступны. V группа -- фосфаты невыветрившихся минералов; непосредственно растениям недоступны.

КАЛИЙ В ПОЧВАХ

Валового калия (К₂0) в почвах больше, чем азота и фосфора, вместе взятых, -- 1,5--2,5 % (30--50 т/га в пахотном слое), что зависит от минералогического, гранулометрического составов и содержания гумуса. Основное количество калия находится в труднодоступных для питания растения формах. Главным источником усвояемого калия служат обменно-поглощенные и водорастворимосолевые его формы. Обменный калий составляет 0,5--1,5 % валового. В почвенных растворах Нечерноземной зоны России содержится 30--40 мг/л калия (К₂0). Количество обменного калия изменяется по генетическим горизонтам почв.

Для агрономических целей разработана группировка почв по содержанию в почвах обменного калия

4. Кислая реакция почвы, ее происхождение. Виды кислотности почв. Мероприятия по регулированию кислой реакции почв

В почве широко распространены окислительно-восстановительные процессы, имеющие большое значение в почвообразовании и плодородии почв. Соотношение в почве в конкретный период наблюдений окислительных и восстановительных процессов, сопровождающихся накоплением окисленных или восстановленных продуктов этих реакций, характеризует окислительно-восстановительное (ОВ) состояние почвы.

Для количественной оценки ОВ-состояния почвы можно использовать несколько показателей: величину ОВ-потенциала (Eh), которую определяют с помощью потенциометров, величину индекса аэробности (гН₂), рассчитанную по формуле

гН₂=|1₊2рН;

количественные показатели содержания в почве суммы восстановленных продуктов или отдельных их компонентов (Fe²⁺, Мп²⁺, H₂S и др.). Eh характеризует разность потенциалов, возникающую между почвенным раствором и электродом из инертного металла (платины), помещенным в почву.

По величине Eh можно судить о преобладании в почве окислительных или восстановительных процессов, условиях обеспечения корней растений кислородом и т. д. Благоприятное ОВ-состояние почвенной среды характеризует величина Eh в пределах 450-- 700 мВ. Показатели в 250--300 мВ и ниже свидетельствуют о заметном развитии восстановительных процессов и создании неблагоприятных для растений условий аэрации в почве. При глубоком анаэробиозе и господстве восстановительных процессов Eh может достигать отрицательных значений (--100 мВ).

Величина гН₂ = 27 характеризует рубеж перехода от окислительного состояния к восстановительному (и наоборот). При величине гН₂ > 27 в почве преобладают окислительные процессы, а показатель гН₂ < 27 свидетельствует о нарастании восстановительных условий. При интенсивном развитии восстановительных процессов гН₂ снижается до 20 и менее. Характеристика ОВ-состояния почвы по показателям гН₂ позволяет получить сравнительную его оценку для почв с разной величиной их реакции.

Проявление ОВ-процессов в почве зависит от ее генетических свойств и состояния водно-воздушного, температурного и биохимического режимов.

Главным окислителем в почвах является свободный кислород почвенного воздуха и кислород, растворенный в почвенной влаге. Большая часть окислительно-восстановительных реакций имеет биохимическую природу, т. е. они связаны с проявлением микробиологических процессов.

Эти два обстоятельства определяют особую роль в развитии окислительно-восстановительных процессов следующих факторов: аэрации, влажности почвы, температуры, содержания и состава в почве органического вещества и минеральных соединений элементов переменной валентности.

Различают следующие типы ОВ-режима почв.

Почвы с абсолютным господством окислительных процессов. Этот тип ОВ-режима характерен для автоморфных почв степей, полупустыни и пустыни (черноземов, каштановых, бурых полупустынных, серо-бурых и песчаных пустынных почв, сероземов и др.).

Почвы с господством окислительных процессов при возможном проявлении восстановительных условий в отдельные влажные годы или сезоны (автоморфные почвы таежно-лесной зоны, лесостепи, буроземно-лесной, влажных субтропиков).

Почвы с контрастным ОВ-режимом (полугидроморфные почвы различных зон). Наиболее контрастен ОВ-режим с временным избыточным увлажнением верхних или нижних горизонтов профиля. Такие почвы широко распространены среди подзолистых, дерново-подзолистых, бурых лесных, солодей и других типов.

Почвы с устойчивым развитием восстановительных процессов (болотные, гидроморфные солончаки). Наиболее изменчивы показатели ОВ-потенциала в верхних горизонтах, обогащенных органическим веществом, с наибольшими колебаниями влажности и с более интенсивным развитием микробиологических процессов. Нижние горизонты почвенного профиля, бедные органическим веществом, со слабой микробиологической активностью обычно характеризуются и более высокими и устойчивыми потенциалами. Исключение составляют грунтовооголеенные почвы.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ. Все сельскохозяйственные растения (за исключением орошаемого риса) отрицательно реагируют на возникновение в почве устойчивых восстановительных процессов. Даже кратковременное их проявление (1--2 нед) отрицательно сказывается на состоянии растений и некоторых свойствах почвы (ухудшение питательного, воздушного и микробиологического режимов, появление токсичных соединений и др.). Чем активнее и продолжительнее развиваются восстановительные процессы, тем медленнее почва возвращается в свое исходное ОВ-состояние до их возникновения, тем сильнее ухудшается последующее состояние растений.

Постоянно избыточно высокие ОВ-потенциалы способствуют повышению минерализации органического вещества, в том числе гумуса, снижают подвижность некоторых элементов. Поэтому необходимо поддерживать оптимальный уровень ОВ-потенциала. Его ориентировочные параметры могут быть определены, исходя из тех значений, которые типичны для конкретных почв в условиях их нормального водно-воздушного режима. Так, для дерново-подзолистых почв ОВ-потенциал составляет 550--750 мВ, черноземов и каштановых -- 400--600, для сероземов -- 350--450 мВ. Приемы регулирования окислительно-восстановительного состояния почвы основываются на учете роли рассмотренных факторов (аэрация, органическое вещество, влажность и др.) в их проявлении.

Регулирование ОВ-состояния почвы включает агротехнические и агромелиоративные приемы, направленные на создание оптимальных условий аэрации, водного и микробиологического режимов. К ним относятся:

Агротехнические приемы по борьбе с поверхностным избыточным увлажнением -- создание мощного пахотного слоя, улучшение его структуры, поддержание благоприятной плотности и пористости, планировка поверхности почвы, рыхление подпахотного горизонта, отвод поверхностных вод путем устройства водоотводных борозд, кротование и др.

Осушительные мелиорации, направленные на радикальное улучшение водно-воздушного режима. При этом особое значение приобретает установление оптимальной нормы осушения, т. е. понижение уровня грунтовых вод до глубины, обеспечивающей достаточную аэрацию корнеобитаемого слоя и в то же время сохраняющей возможность поддерживать его влажность на уровне, близком к НВ, не только за счет атмосферного увлажнения, но и за счет капиллярной каймы грунтовых вод. Норма осушения колеблется в зависимости от свойств почв и возделываемых культур.

На переувлажненных тяжелых минеральных почвах эффективное регулирование водно-воздушного и окислительно-восстановительного режимов достигают путем сочетания закрытого дренажа с возделыванием культур на гребнях или в сочетании с узкозагонной вспашкой.

Оросительные мелиорации помимо создания оптимального водного режима способствуют ослаблению в почве избыточно интенсивных окислительных процессов, а это сопровождается некоторым (в допустимых пределах) понижением величин Eh.

Все приемы регулирования органического вещества касаются и ОВ-состояния почвы, поскольку органическое вещество оказывает значительное влияние на развитие ОВ-процессов. При возделывании культуры затопляемого риса для нормализации восстановительных процессов широко используют мобильные формы органического вещества (навоз, рыбные удобрения, запашка сидератов).



5. Понятие о продуктивной воде в почве, движение ее по капиллярам. Влажность завядания

Вода в почве --один из важнейших факторов плодородия и урожайности растений. В почвенных процессах, в создании агрономически важных свойств почвы она играет значительную и разностороннюю роль. Эта роль определяется особым положением воды в природе. Вода - это особая физико-химическая весьма ак тивная система, обеспечивающая перемещение веществ в пространстве. С содержанием воды в почве связаны скорость выветривания и почвообразования, гумусообразование, биологические, химические и физико-химические процессы. В воде растворяются питательные вещества, которые из почвенного раствора поступают в растения. Поскольку при испарении воды затрачивается огромное количество тепла, вода является и терморегулятором почвы и растений, предохраняя их от перегрева солнечной радиацией.

Вода поступает в почву в виде атмосферных осадков, грунтовых вод, при конденсации водяных паров из атмосферы, при орошении. Главным источником воды в почве в условиях неорошаемого земледелия являются атмосферные осадки.

Содержание влаги в процентах к массе абсолютно сухой почвы (высушенной при 105 °С) характеризует влажность почвы. Ее можно также выразить в процентах объема почвы (в м³Да, мм или т/га).

Капиллярная вода находится в тонких капиллярных порах почвы и передвигается в них под влиянием капиллярных сил, возникающих на поверхности раздела твердой, жидкой и газообразной фаз. Эта вода наиболее доступна растениям.

В зависимости от характера увлажнения различают капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую воду. При увлажнении почвы сверху атмосферными осадками или оросительными водами формируется капиллярно-подвешенная вода. При увлажнении почвы снизу за счет грунтовых вод в почве образуется капиллярно-подпертая вода. Зону капиллярного насыщения над грунтовой водой называют капиллярной каймой (КК).

Т1ри влажности, близкой к ММВ, растения обычно начинают устойчиво завядать, поэтому такую влажность называют влажностью завядания (ВЗ) или «мертвым», недоступным для растений запасом влаги в почве. Для разных растений, а также разных периодов их роста (проростки или зрелые растения) влажность завядания будет неодинакова. Особенно чувствительны к критическому состоянию влажности почвы проростки.

Влажность завядания растений определяют методом проростков по С. И. Долгову или расчетным способом, используя процентное содержание воды в почве, равное максимальной гигроскопической влаге.

При этом учитывают, что отношение влажности завядания к максимальной гигроскопической влаге в разных почвах для разных растений колеблется от 1 до 3, для незаселенных почв оно чаще составляет 1,3--1,5, для засоленных -- несколько выше. Влажность завядания (в %) равна максимальной гигроско-

пической влажности (в %), умноженной на коэффициент 1,34 (по рекомендации гидрометеослужбы) или 1,5 (по рекомендации Н. А. Качинского):

ВЗ=МГ- 1,34 (1,5).

Влажность завядания различается в зависимости от типа почв и гранулометрического состава.

В торфяных почвах влажность завядания достигает 50 % массы абсолютно сухой почвы.

Влажность завядания представляет важнейшую гидрологическую константу. На основании данных ВЗ и общего содержания влаги в почве вычисляют запас продуктивной влаги, т. е. той влаги, которая доступна для растений и расходуется на формирование урожая.

Количество продуктивной влаги принято выражать в мм толщины водяного слоя. В таком виде запасы воды лучше сопоставлять с данными по осадкам. 1 мм воды на площади 1 га соответствует Ют воды.

Запасы продуктивной влаги (в мм/га):

W=0,\d_v- h{B- ВЗ),

где 0,1 -- коэффициент перевода запасов влаги из м³/га в мм водяного слоя; d_v -- плотность почвы, г/см³; h -- мощность слоя почвы, см, для которого рассчитывается запас продуктивной влаги; В -- полевая влажность почвы, % на абсолютно сухую почву; ВЗ -- влажность завядания, % на абсолютно сухую почву.

Оптимальные запасы продуктивной влаги (по А. М. Шульгину) в метровом слое почвы в период вегетации растений находятся в среднем в пределах от 100 до 200 мм.

Как избыточная влажность (более 250 мм), так и недостаточная (менее 50 мм) отрицательно сказываются на развитии растений и их урожайности.

6. Плодородие. Виды плодородия. Влияние мелиорации на плодородие

Рассмотрим процессы превращения горной породы в почву. Так как почвообразовательный процесс совершается при непременном участии живых организмов, можно сказать, что образование почв началось тогда, когда появились жизнь на Земле. Этому предшествовали процессы физического и химического выветривания плотных горных пород, находящихся на земной поверхности. В тонкой поверхностной корочке выветривающейся плотной горной породы поселились первые живые организмы (микроорганизмы) и начался почвообразовательный процесс, который получил название первичного почвообразовательного процесса.

С тех пор прошли миллионы лет. Плотные горные породы в результате выветривания превратились в рыхлые осадочные обломочные горные породы. На них также образовывались почвы, но в результате геологической деятельности ветра, моря, ледников, талых и дождевых вод и т. д. они уничтожались, перемешивались с рыхлыми массами пород и откладывались в виде новых осадочных обломочных пород. Эти процессы совершались многократно. Почвообразовательный процесс на них начинался снова, но постепенно в таких породах стали отчетливо проявляться «почвенные» признаки, которые получили развитие при современном почвообразовании.

Уделим особое внимание рассмотрению общей схемы современного почвообразовательного процесса на осадочных обломочных смешанных горных породах, отложенных на равнинных территориях России в последнее геологическое время. Известно, что бесплодные рыхлые горные породы, превращаясь в почвы, претерпели большие качественные изменения, но у всех у них, несмотря на различия в минералогическом составе, сформировался общий качественный признак -- плодородие, т.е. способность производить урожай растений.

В каждой природной зоне в зависимости от конкретных природных условий, названных В. В. Докучаевым факторами почвообразования -- растительности и животных организмов, климата, материнских пород, рельефа и продолжительности течения процессов почвообразования, сформировались разные как по внешнему виду, так и по уровню плодородия почвы.

Почвенные процессы подразделяют на три группы (по А. А. Роде): микро-, мезо- и макропроцессы, в результате которых формируются свойства почв и их режимы, обусловливающие плодородие.

Микропроцессы. Под их влиянием осуществляются элементарные превращения и перенос веществ (увлажнение -- высыхание, растворение -- осаждение, нагревание -- охлаждение, сорбция, окисление органического вещества отмерших растений, образование комплексных органо-минеральных соединений, трансформация минералов и т.д.). 'Микропроцессы специфических почвенных признаков не формируют.

Мезопроцессы. Это определенные комплексы элементарных биотических и абиотических микропроцессов, воздействие которых приводит к формированию отдельных генетических горизонтов и специфических признаков и свойств в профиле почв, но не типов почв: подзолистый процесс, дерновый, солонцовый, осолодения, оглеения, лессиваж и др. Все эти процессы будут охарактеризованы в третьей части учебника при рассмотрении особенностей почвообразования, типов почв и их плодородия разных природных зон.

В качестве примера рассмотрим, из каких основных микропроцессов складывается подзолистый процесс, в основе которого лежат химическое разрушение минеральной части почвы и вынос некоторых продуктов разрушения в нижнюю часть профиля почвы и за ее пределы: разложение лесного опада микрофлорой, образование фульвокислот, химическое взаимодействие фульвокислот с минералами, образование низкомолекулярных органических кислот и других органических соединений, их взаимодействие с минеральной частью почвы, избыточное сезонное увлажнение почв, развитие восстановительных реакций, нисходящие токи почвенных растворов с выносом минеральных и органо-минеральных соединений, трансформация части соединений по пути транспорта с осаждением из почвенных растворов, развитие кислотности.

Макропроцессы. Это совокупность мезопроцессов, формирующих тип почвы, т. е. все генетические горизонты профиля. Например, для формирования дерново-подзолистых почв необходимо течение дернового и подзолистого процессов, в их образовании участвует также процесс лессиважа, а в условиях длительного избыточного увлажнения -- процесс оглеения. В профиле почв признаки течения этих процессов хорошо выражены морфологически, а генетические горизонты имеют характерные для них состав и свойства с определенной профильной закономерностью их изменения.

Признаки почв, возникшие в результате течения современных почвенных процессов, называются рецептными. Кроме них выделяют признаки остаточные, полученные от материнской породы. Направленность почвенных процессов может изменяться, как было показано, в связи с изменением со временем условий почвообразования. Например, могут смениться тип растительности, характер увлажнения почвы и т. д. Это приведет к тому, что появятся новые признаки, а старые еще не исчезнут; по ним можно будет судить об эволюции почв. Такие признаки, оставшиеся от прежних почвенных процессов, называют реликтовыми.

ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Изменения в материнских породах в результате процессов поч- вообразования происходили по-разному в зависимости от состава произрастающей растительности, минералогического состава и свойств самой материнской породы, количества выпадающих осадков, положения породы по рельефу и т. д. Эти условия почвообразования, влияющие на скорость почвенных процессов и их результативность, выраженную в уровне плодородия почв, по предложению В. В. Докучаева называют факторами почвообразо

вания. К ним относятся растительность и животные организмы,
материнская порода, климат, рельеф и возраст почв (продолжи-
тельность и скорость почвообразования). Кроме этих пяти факто-
ров имеется еще шестой особый фактор -- производственная дея-
цельность человека.

ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА

Производственная деятельность человека является мощным фактором изменения свойств природных почв и протекающих в них процессов, так как в результате освоения целинных земель под пашню течение естественных почвенных процессов прерывается.

Освоение под пашню больших площадей целинных земель на территории России произошло сравнительно недавно, во втором тысячелетии. Наиболее длительно в земледелии используются черноземы и серые лесные почвы.

В настоящее время накоплено много научных данных, подкрепленных практикой, позволяющих осуществлять в земледелии научно обоснованный комплекс агромероприятий по сохранению и повышению плодородия почв.

В результате земледельческого использования почв человек создал новые биоценозы -- агробиоценозы. Возникли совершенно новые взаимоотношения культурных растений с животным населением почвы, с окружающей средой. Земледельческое использование почв нарушило также установившийся естественный баланс органического вещества в почве в результате его отчуждения с урожаем. Поэтому обязательным агроприемом является внесение в почвы обоснованных доз органических удобрений.

В связи с различными требованиями сельскохозяйственных культур к плотности пахотного слоя, содержанию и соотношению в почве элементов питания, к реакции почв необходимо проводить разные системы обработки и удобрения почв, известкование кислых почв и гипсование щелочных. Необходимо регулировать водный, воздушный и другие режимы почв. Несоблюдение комплекса агромероприятий приводит к быстрому ухудшению свойств почв, снижению их плодородия.

6. Серые лесные почвы, состав, строение и свойства. Мелиоративные мероприятия, необходимые для улучшения их плодородия.

СЕРЫЕ ЛЕСНЫЕ ПОЧВЫ СЕВЕРНОЙ ЛЕСОСТЕПИ

Серые лесные почвы распространены в северной части лесостепи. Зона серых лесных почв начинается в западной части Украины и простирается узкой полосой на восток, заканчивается в Читинской области, приобретая в Средней Сибири фрагментарный характер. Зона серых лесных почв является зоной интенсивного земледелия и животноводства.

СТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯ И ГЕНЕЗИС

В профиле целинных серых лесных почв выделяют следующие горизонты: An -- лесная подстилка, под ней находится гумусовый горизонт А), а ниже -- гумусово-элювиальный А]А₂; за ним следует элювиально-иллювиальный горизонт А₂В, который сменяется несколькими иллювиальными горизонтами (В_ь В₂); внизу профиля -- переходный к материнской породе горизонт ВС; в нем или выше могут встречаться карбонаты (рис. 15). В пахотных почвах горизонты А] и А,А₂ обычно вовлекаются в обработку.

От дерново-подзолистых почв профиль серых лесных почв отличается усилением аккумулятивных процессов органического вещества и минеральных соединений, ослаблением элювиально-иллювиальной дифференциации профиля, более мощным гумусовым слоем, отсутствием сплошного подзолистого горизонта, наличием сероватых тонов в оподзоленном и нижележащем слоях.

Изучение генезиса серых лесных почв связано с именами В. В.Докучаева, С. И. Коржинского, В. И. Талиева, В. Р. Вильямса, И.В.Тюрина и других крупных ученых. В.В.Докучаев (1883) считал, что серые лесные почвы сформировались как самостоятельный зональный тип под травянистыми широколиственными лесами (дубравами) лесостепной зоны. С. И. Коржинский (1887) развил гипотезу об образовании серых лесных почв в результате деградации (ухудшения свойств) черноземов при воздействии на них леса.

В противоположность гипотезе С. И. Коржинского В. И.Талиев и П. Н. Крылов разработали теорию образования серых лесных почв в результате проградации (улучшения свойств) почв, ранее развивавшихся по подзолистому типу при смене биоклиматических условий. Близкое суждение об образовании серых лесных почв высказывал В. Р. Вильяме. Исследования И. В. Тюрина (1935) показали, что серые лесные почвы восточных районов европейской территории зоны образовались вследствие эволюции почв типа дерново-глеевых при изменении их водного режима в результате развития дренированное™ территории овражно-балочной сетью и речными долинами.

Все рассмотренные теории отражают возможные пути образования серых лесных почв в разных физико-географических условиях, обеспечивающих формирование довольно хорошо гумусированного профиля с признаками оподзоленности. Современное понимание генезиса серых лесных почв заключается в том, что этот тип почв сформировался под преобладающим влиянием дернового процесса в сочетании со слабым развитием подзолистого процесса при участии лессиважа.

СОСТАВ И СВОЙСТВА

Гранулометрический и минералогический составы. Они четко дифференцированы по профилю, что связано с оподзоливанием и проявлением лессиважа (см. рис. 15). Наиболее тяжелыми являются иллювиальные горизонты. Дифференциация профиля по гранулометрическому составу менее резкая, чем у дерново-подзолистых почв; она ослабляется от светло-серых к темно-серым почвам; у светло-серых лесных почв приближается к дерново-слабоподзолистым почвам, а у темно-серых -- к черноземам.

Состав первичных и вторичных минералов серых лесных почв определяется материнскими породами и фациальными условиями почвообразования. Глинные минералы представлены в большинстве случаев монтмориллонитом, гидрослюдами и их смешанно-слоистыми сростками; каолинита мало. В иллювиальных горизонтах содержание глинных минералов возрастает.

Общие физические и в однофизические свойства. По водопрочности макроструктуры пахотных горизонтов подтипы серых лесных почв значительно отличаются друг от друга. У светло-серых почв содержание водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм такое же, как у дерново-подзолистых -- 20--30 %, поэтому пахотный горизонт склонен к быстрому уплотнению и образованию после дождей на поверхности корки. У серых и темно-серых почв структурное состояние более благоприятное; водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм в их пахотных слоях соответственно около 40 и 50 %, а в подпахотных -- около 60 и 80%.

Все подтипы лесных почв имеют лучшие показатели общих физических и водных свойств по сравнению с дерново-подзолистыми почвами, особенно серые и темно-серые. Однако между подтипами серых почв имеются отчетливые различия. Плотность почвы и плотность твердой фазы пахотного слоя уменьшаются от светлосерых к темно-серым лесным почвам, но иллювиальные горизонты всех подтипов серых почв характеризуются высокой плотностью (1,5--1,65 г/см³). Показатели общей пористости, капиллярной и полной влагоемкости возрастают от светло-серых к темно-серым почвам, во всех случаях уменьшаясь вниз по профилю. Общая пористость изменяется в среднем от 50 % в верхних горизонтах до 40 % в иллювиальных. В светло-серых почвах капиллярная пористость значительно преобладает над некапиллярной.

Химический состав. Данные валового анализа серых лесных почв подчеркивают их элювиально-иллювиальный профиль, но он слабее выражен, чем у дерново-подзолистых почв (см. рис. 15).

Содержание гумуса и общего азота по профилю серых лесных почв свидетельствует о более интенсивном проявлении в них дер. нового процесса, чем в дерново-подзолистых почвах. Отчетливо проявились региональные особенности гумусообразования. Содержание гумуса в верхнем гумусовом горизонте почв на территории зоны закономерно возрастает с запада на восток (см. табл. 42), что связано с изменением гидротермических и других условий гумусообразования; мощность гумусового слоя уменьшается; в составе гумуса возрастает доля фульвокислот. Содержание гумуса вниз по профилю темно-серых лесных почв уменьшается довольно постепенно; для серых и светло-серых лесных почв характерно более резкое падение содержания гумуса с глубиной.

Количество гумуса в пахотных горизонтах подтипов серых лесных почв на многих территориях уменьшилось в результате недостаточного внесения органических удобрений и развития плоскостной водной эрозии.