Грунтознавство
 Скачать 3.44 Mb.
|
|
Повітряно-фізичні властивості грунтів – це сукупність фізичних властивостей грунтів, які визначають стан і поведінку грунтового повітря у профілі. Найбільш важливими є: повітроємність, повітровміст, повітропроникність, аерація. Загальною повітроємністю грунтів називають максимально можливу кількість повітря, яка вміщується в повітряно-сухому грунті непорушеної будови при нормальних умовах. Загальну повітроємність (Рз.п.) виражають у процентах до всього об'єму й визначають за формулою: Рз.п. = Рзаг. – Рг, де Рзаг. – загальна пористість грунту; Рг – об'єм гігроскопічної вологи,%. Повітроємність грунтів залежить від їх гранулометричного складу, складення, ступеня оструктуреності. Необхідно розрізняти капілярну й некапілярну повітроємність. Грунтове повітря, яке міститься в капілярних порах малого діаметра, характеризує капілярну повітроємність грунтів. Велика кількість у грунті цього повітря свідчить про низьке переміщення газів у межах грунтового профілю. Це характерно для важкоглинистих, безструктурних, щільних грунтів, що набухають, викликає в них оглеєння. Суттєве значення для забезпечення нормальної аерації грунтів має некапілярна повітроємність, або пористість аерації, тобто повітроємність міжагрегатних пор. Вона містить великі пори, ходи коренів і черв'яків у грунтовій товщі. Некапілярна повітроємність (Ра – пористість аерації) визначає кількість повітря, яка існує в грунтах при їх капілярному насиченні вологою. Вона розраховується: Ра = Рзаг – Рк, де Рк – об'єм капілярної пористості,%. У добре оструктурених грунтах некапілярна повітроємність досягає найбільших значень – 25-30%. Повітровміст – кількість повітря, яке міститься в грунті при визначеному рівні зволоження. Його визначають за формулою: Рв = Рзаг – Woб., де Wo6. – об'ємна вологість грунтів,%. Оскільки повітря і вода в грунтах є антагоністами, тому існує чітка від'ємна кореляція між волого – і повітровмістом. Повітропроникність – здатність грунту пропускати через себе повітря. Вона визначає швидкість газообміну між грунтом і атмосферою. Залежить від гранскладу грунту та його оструктуреності, від об'єму й будови порового простору. Переважно визначається некапілярною пористістю. Необхідно також звернути увагу на залежність некапілярної пористості від стану поверхні грунту, його розпущеності, наявності кірки. Повітрообмін (газообмін), або аерація – це обмін газами між грунтовим повітрям й атмосферою. Аерація визначається великою кількістю факторів як безпосередньо грунтових, так і зовнішніх, а саме: 1) атмосферними умовами – коливаннями температури повітря, зміною атмосферного тиску, кількістю опадів та їх розподілом, інтенсивністю та об'ємом випарування і транспірації води; 2) фізичними властивостями грунту – гранулометричним складом, структурою, станом поверхні, щільністю, кількістю та якістю пор аерації, температурним режимом і режимом їх вологості; 3) фізичними властивостями газів – швидкістю їх дифузії; 4) фізико-хімічними реакціями у грунтах по ланцюгу: поглинаючий комплекс-грунтовий розчин-газова фаза. Основним фактором аерації в грунті, газообміну між грунтом й атмосферою є дифузія. Дифузія – це переміщення газів відповідно до парціального тиску. Дифузія газів залежить від довжини вільного пробігу молекул окремих газів (О2, N2, СО2) та швидкості їх руху. Оскільки швидкість теплового руху молекул дуже велика (для О2, N2, СО2, Н2 і парів Н2O ця швидкість відповідно дорівнює 461, 493, 393, 1838, 615 м/с), то якщо б дифузія залежала тільки від теплового руху молекул, вона в атмосфері проходила б миттєво. Внаслідок незначної довжини вільного пробігу молекул газів (для О2, N2, CO2, Н2 і парів Н2O в середньому відповідно дорівнюють 10,22·10-5; 9,5·10-5; 6,5·10-5; 17,8·10-5; 0,72·10-5 м), вони зіштовхуються одна з одною і за одиницю часу проходять значно меншу відстань. Тому дифузія газів у грунті завжди повільніша, ніж у вільній атмосфері (в 2-20 разів). Сучасний склад земної атмосфери має біогенну природу. Велику роль у формуванні атмосфери відіграє газообмін між її приземним шаром і грунтом. Атмосферне повітря – це суміш газів, серед яких основними є чотири: азот, кисень, аргон, вуглекислий газ. Склад атмосферного повітря постійний, вміст його основних компонентів змінюється незначно. В атмосферному повітрі міститься в об'ємних процентах: азоту (N2) – 78,08; кисню (О2) – 20,95; аргону (Аr) – 0,93; вуглекислого газу (CO2) – 0,03. Грунтове повітря відрізняється динамічністю. Найбільш рухомими в грунтовому повітрі є О, і CO,. їх вміст у грунтах дуже коливається відповідно з інтенсивністю споживання кисню й продукування вуглекислого газу, а також швидкістю газообміну між грунтом і атмосферою. У грунтовому повітрі може бути СО, в десятки й сотні разів більше, ніж в атмосферному, а концентрація кисню може знижуватись з 20,9 до 15-10% і нижче. В орних, добре аерованих грунтах кількість СО2 в грунтовому повітрі не перевищує 1-2%, а кількість О2 не буває нижче 18%. В орних грунтах важкого гранулометричного складу вміст СО2 може досягати 4-6% і більше, а О2 падати до 8-15%. Кількість азоту в грунтовому повітрі мало відрізняється від атмосферного. Деякі зміни його вмісту відбуваються внаслідок зв'язування азоту бульбочковими бактеріями та проявом процесу денітрифікації. Кисень виконує величезну роль у біосфері в цілому і в грунтовому повітрі, зокрема. Достатній вміст кисню забезпечує необхідний рівень мікробіологічної діяльності, дихання коренів рослин і грунтових тварин. Дефіцит кисню пригнічує розвиток кореневих волосків, викликає масову загибель сходів рослин, провокує розвиток хвороботворних мікроорганізмів. Анаеробний процес починає розвиватися при зниженні вмісту кисню до 2,5%. Концентрація кисню в грунтовому повітрі коливається від 0 до 21,0%. Існує думка, що вуглекислий газ атмосфери на 90% має грунтове походження. Процеси дихання, розкладання постійно поповнюють запаси CO2. Вуглекислий газ забезпечує асиміляційний процес рослин. Водночас його надлишок у складі грунтового повітря (більше 3%) пригнічує розвиток рослин, уповільнює пророщування насіння, скорочує надходження води в рослинні клітини. Оптимальні рівні концентрацій СО2 в складі грунтового повітря коливаються в межах 0,3-3,0%. Існує високоінформативний показник біологічної активності грунтів, так зване "дихання грунтів". Воно характеризується швидкістю виділення СО2 за одиницю часу з одиниці поверхні. Коливається від 0,01 до 1,5 г/м кв за год. Динаміка грунтового повітря визначається сукупністю всіх явищ надходження, переміщення й трансформації газів у межах грунтового профілю, а також взаємодією газової фази з твердою, рідкою й живою фазами грунту. Вона має добовий і сезонний (річний) хід. Крім того, грунтове повітря різко реагує на додаткове надходження вологи в грунт. Добова динаміка визначається добовим ходом атмосферного тиску, температури, освітлення, зміною швидкості фотосинтезу. Ці параметри контролюють інтенсивність дифузії, дихання коренів, мікробіологічної активності, інтенсивність сорбції й десорбції, розчинності й дегазації. Сезонна (річна) динаміка визначається річним ходом атмосферного тиску, температур та опадів і тісно зв'язаними з ними вегетаційними ритмами розвитку рослинності та мікробіологічної діяльності. Контрольні питання 1. Оцініть поняття "вологість грунту", порівняйте можливі стани води в грунті. 2. Охарактеризуйте форми та основні властивості рідкої грунтової води. 3. Охарактеризуйте гравітаційну воду, порівняйте основні типи підземних вод. 4. Опишіть грунтово-гідрологічні константи та поясніть, як їх застосовують на практиці. 5. Порівняйте основні види вологоємності грунту, поняття про водопроникність. 6. Оцініть доступність різних категорій грунтової вологи рослинам. 7. Визначте поняття "грунтовийрозчин", опишіть його склад та властивості. 8. Опишіть різні типи кислотності грунтів, причини їх виникнення та методи боротьби з нею. 9. Охарактеризуйте лужність Грунтів та шляхи її регулювання. 10. Визначте поняття "буферність грунтів". 11. Поняття про окисно-відновний режим грунтів, його показники. 12. Дайте загальну характеристику грунтового повітря. 13. Проаналізуйте основні повітряно-фізичні властивості грунтів. 14. Проаналізуйте відмінність складу атмосферного та грунтового повітря. 8. РОДЮЧІСТЬ ГРУНТУ Основою сільськогосподарського виробництва є грунт (земля). Поліпшення його культурного стану – одна із найважливіших умов підвищення родючості. Головне завдання землеробства передбачає максимальне і раціональне використання грунтів як головного засобу виробництва в сільському господарстві, забезпечення росту врожайності сільськогосподарських культур. Не дивно, що в стародавні часи родючість грунту, як сонце, вогонь і воду, люди обожнювали: у стародавньому Єгипті богинею родючості грунту була Ізида, а у стародавньому Римі – Прозерпіна. У ті часи письменники, філософи, наприклад, Аристотель, розглядали неорганічну природу як умову існування рослин і поділяли грунти на родючі і неродючі. Бернард Паліссі (1563) пояснював ріст рослин дією солей, що містяться у землі: "Сіль є основа життя і росту всіх посівів". М.В. Ломоносов (1763) вважав, що рослини отримують живлення із повітря. У першій половині XIX ст. Теєр, який узагальнив погляди своїх попередників (Деві, Берцеліуса), дійшов висновку, що рослини живляться гумусом. Він вважав, що родючість повністю залежить від гумусу, оскільки, крім води, він є єдиною речовиною грунту, яка здатна служити живленням рослинам. Пізніше Шпренгель висловив думку про те, що для живлення рослин необхідні не тільки "перегнійні" кислоти, але і ще, принаймні, 12 неорганічних елементів: сірка, фосфор, калій, кремній та інші. У 40-і роки XIX ст. століття німецький учений Ю. Лібіх висунув теорію мінерального живлення рослин, згідно з якою родючість залежить від кількості мінеральних поживних речовин, які містяться у грунті в доступному для рослин стані. В.Р.Вільямс звернув увагу, що родючість грунту залежить не тільки від кількості мінеральних поживних речовин, але й від запасів вологи. Під родючістю він розумів здатність грунту забезпечити життєві потреби рослин у воді і живленні. Він перший поставив питання не про відновлення, а про підвищення родючості грунту, запропонував травопільні сівозміни і обожнював грунтову структуру. Для отримання високих і стійких врожаїв необхідно вкладання праці і коштів у землю, удобрення, правильне і своєчасне застосування технологічних процесів. У зв'язку з останнім при швидкому розвитку виробничої сили всі старі машини замінюються на більш вигідні. Земля, навпаки, постійно поліпшується, якщо правильно поводитися з нею. Отже, під родючістю грунту розуміють здатність грунту забезпечувати рослини всіма необхідними умовами росту і розвитку (а не тільки водою й елементами живлення). 8.1. Фактори і закономірності природної родючості грунтів Питання про родючість грунтів має давню історію. Люди ще на зорі землеробства помітили, що врожай залежить від властивостей грунтів. Видатний діяч стародавнього Риму Колумелла ще тоді доказував у досить образній формі, що земля – "це діва завжди юна і красива, завжди свіжа і молода, завжди здатна бути родючою, якщо тільки зумієш лілеїти її молодість, зберігати і підтримувати її ніжне грайливе життя". Сучасне природознавство розглядає родючість грунту як функцію грунтоутворюючого процесу, визначаючи його як здатність грунту до одночасного забезпечення рослин умовами їх нормального росту і розвитку. У зв'язку з тим, що ознакою родючості грунту є величина врожаю, яка обумовлюється сукупністю властивостей, здатних забезпечувати рослини всім необхідним, О.М. Грінченко (1984) зобразив їх у вигляді шестикутника, у кожному з кутів якого стоїть один із факторів, всі вони зв'язані між собою: гумус; гранулометричний склад; будова профілю і щільність; хімічний склад; структура; водно-повітряний і температурний режими; рослинність і мікробіологічна активність (рис. 22).  Рис. 22. Природні фактори родючості (за О.М. Грінченко) Тільки врахування всієї сукупності факторів дає можливість підвищувати врожай. Дія лише на один з факторів родючості на певному етапі призводить до зниження врожаю. Дослід, проведений у Німеччині (дослід Вольні), враховує дію на рослини трьох факторів – світла, води і живлення, при одночасному кількісному збільшенні яких прибавка врожаю не зменшувалася. З цих прикладів випливає надзвичайно важливий висновок, сформульований В.Р. Вільямсом: з метою підвищення родючості грунту необхідно одночасно подіяти на всі фактори життя і росту рослин. Все це характеризує грунт з природно-наукових позицій. Водночас, у характеристиці грунту необхідно врахувати і соціально-економічний аспект. Як тільки грунт починають використовувати для вирощування культурних рослин, здатність його забезпечувати рослини всім необхідним визначається не тільки природними властивостями, але й характером впливу на нього людини. Останній визначається соціально-економічними умовами суспільства. Проблему родючості не можна розглядати з відривом від обгрунтування теорії земельної ренти, яка зобов'язана своїм походженням суспільству, а не грунту. Рівень родючості тісно зв'язаний з питанням про те, кому належить земля. Родючість розглядається як здатність грунту давати врожай. 8.2. Категорії грунтової родючості, їх суть і коротка характеристика У підручниках та наукових працях із землеробства, грунтознавства та агрохімії зустрічаємо різні формулювання понять категорій, видів, груп грунтової родючості: природна, первинна, актуальна, потенційна, штучна, культурна, відносна, порівнювальна, дійсна, абсолютна, ефективна, економічна. Деякі поняття ототожнюються: родючість природна або потенційна; відносна або порівняльна; ефективна або економічна. У зв'язку з тим, що родючість грунту утворюється під дією природних і соціально-економічних факторів, вона належить до розряду природних і економічних категорій. О.М. Грінченко (1984) вважав за необхідне виділити і використовувати у господарській діяльності три категорії грунтової родючості: природну, ефективну і економічну. Природна родючість грунту. Грунт як природно-історичне тіло володіє визначеною родючістю, яка називається "природною родючістю". Вона є результатом розвитку грунтоутворюючих процесів, які призвели до утворення даного грунту як природного тіла, до якого не доторкалась рука людини. Вона притаманна лише цілинним землям. Характеризується комплексом взаємозв'язаних механічних, фізичних, хімічних, фізико-хімічних і біологічних властивостей, які обумовлюють життєдіяльність рослинних організмів. Водночас, рослинність і мікроорганізми також діють на зміну і напрямок грунтових процесів, а, отже, і на родючість грунту. Ефективна родючість грунту. Як тільки людина починає використовувати грунт (землю) з господарською метою, він стає засобом виробництва. Людина господарською діяльністю (обробітком та іншими технологічними процесами) впливає на розвиток і зміну родючості грунту; його родючість проявляється у величині врожаю культурних рослин. Цю категорію виділяють як ефективну родючість, її рівень залежить не тільки від природної родючості грунту, але й більше від процесу і характеру сільськогосподарського використання та культури землеробства. Застосування засобів обробітку, добрив, меліоративних заходів проявляється і на напрямку грунтоутворення: змінюється природна родючість, створюється її штучний ступінь. Але це не нова категорія родючості, а та сама природна родючість, яка за допомогою штучних заходів набуває більш високого ступеню розвитку. Штучний ступінь родючості і природна родючість зв'язані між собою і впливають на врожайність. Ефективна родючість та її новий штучний ступінь тісно зв'язані з розвитком соціально-економічних умов. Звідси випливає необхідність виділення категорії економічної родючості грунту. Економічна родючість грунту. В підручниках і працях деяких учених економічна родючість як категорія не виділяється, вона ототожнюється з поняттям "ефективна родючість". Це поняття "економічна родючість" доцільно виділяти як окрему категорію грунтової родючості, адже в суспільному виробництві грунт виступає предметом і знаряддям праці. В процесі застосування праці, знарядь і знань, при правильному ставленні грунт поліпшується; при цьому змінюється природна і підвищується ефективна родючість, перетворюючись в економічну, яка реалізується у визначеній кількості споживчих вартостей. Економічна родючість – це здатність землеробства, зумовлена соціально-економічними факторами, використовувати і підвищувати природну родючість грунту. З розвитком науково-технічного прогресу і виробничих сил суспільства створюються умови правильного використання земельних ресурсів і підвищення природної та економічної родючості грунту. 8.3. Підвищення родючості та окультурювання грунтів Родючість грунту є такою властивістю, яка здатна до відтворення і в природних умовах, і при сільськогосподарському використанні грунту. Відтворення родючості може бути розширеним, простим і неповним. Розширене відтворення родючості – це поліпшення сукупності властивостей грунту, які впливають на його родючість. Просте – це відсутність помітних змін сукупності властивостей грунту, які впливають на його родючість. Неповне – це погіршення властивостей грунту, які впливають на його родючість. Це широко розповсюджене як у світі, так і у нашій країні, явище має негативні наслідки в природному й соціально-економічному відношеннях. Зниження родючості грунту відбувається за рахунок трьох основних процесів. Перший – антропогенна деградація (ерозія, викликана людиною, вторинне засолення, вторинне заболочення). Другий – виснаження грунту (зменшення запасів гумусу, поживних речовин тощо). Третій – стомлення грунту (накопичення в ньому різних токсичних елементів, викликаних неправильними сівозмінами, надлишком хімічних засобів тощо). Для підвищення ефективної і природної родючості треба впроваджувати науково обгрунтовані системи землеробства, що може забезпечити окультурювання грунтів. |