Вальков - Почвоведение. Издательский центр МарТ
 Скачать 19.72 Mb.
|
Таблица Формы воды в почвах, их доступность и способ перемещения к корням с вой ст в а почв b91Для почвоведения характерны такие парадоксы сухая почва, находящаяся в комнате, содержит влагу. Например, в образце чернозема весом 1 кг количество воды достигает 50—60 г (5—6% гигроскопической воды. Ее можно определить высушиванием в термостате. А влажная почва слитого чернозема, содержащая в 1 кг г воды, физиологически является сухой, так как эта вода прочно связана и недоступно для растений. Различные растения начинают завядать при различной влажности, те. влажность завядания зависит не только от свойств почвы, но и от вида растений. Всасывающая способность корней определяет уровень нижней границы доступной влаги. Растения-ксерофиты начинают за вядать при более низких значениях влажности почвы. Плодовые растения дополнительно поглощали из суглинистой и глинистой почвы 16—24%, а из песчаной — 40% того запаса, при котором устойчиво увядали все листья подсолнечника. Засухоустойчивые растения позволяют возделывать их при весьма ограниченных запасах почвенной влаги. Например, виноград проявляет признаки массового завядания только при влажности, соответствующей максимальной гигроскопичности. Влажность завядания зависит от плотности почвы. При уплотнении почвенного профиля резко сокращается содержание водо- и воз духопроводящих пор, в которые могли бы проникать корни растений. В тоже время увеличивается количество мелких неактивных пор, содержащих непродуктивную влагу, удерживаемую почвой с давлением более 16 атмосфер. В связи с этим влажность завядания неодинакова на рыхлых и плотных почвах. При плотности 1,50—1,55 г/см 3 ВЗ на 28—30% больше, по сравнению с плотностью 1,11—1,44 г/см Влажность завядания служит нижней границей продуктивной влаги. Ее определяют непосредственно, фиксируя влажность почвы, при которой растения начинают завядать. Используются также величины максимальной гигроскопичности: ВЗ = к х МГ, где МГ — максимальная гигроскопичность к — коэффициент завя дания, зависящий от растения и типа почвы. В среднем к = 1,50 для тяжелых почв и 1,25 — для легких. Неодинаковое отношение растений к влажности завядания иллюстрирует табл. 16. Таблица Коэффициенты завядания различных сельскохозяйственных культур, к 1,2-1,4 1,4-1,6 1,6-1,8 Виноград Маш Сорго Сорго Яблоня лесная Яблоня Айва Суданская трава Донник Люцерна Житняк Груша Вишня Черешня Слива Алыча Лен Пшеница Ячмень Просо Подсолнечник Смородина Чай Огурцы Картофель Овес Кукуруза Гречиха Соя Мята перечная Водные и воздушные свойства почвы тесно связаны с ее плотностью и механическим составом. При тяжелом механическом составе и повышенной плотности объем воздуха в почве резко сокращается за счет увеличения количества труднодоступной растениям влаги. Неодинакова длительность выживания различных растений в условиях переувлажнения или затопления. В табл. 17 отражена устойчивость различных растений к затоплению. Экологический оптимум влажности почвы для нормального роста и развития неодинаков у разных групп растений. Например, для чайного куста оптимальная влажность составляет 80—90% от НВ. При влажности менее 80% начинается замедление роста. Оптимальная влажность для зерновых и корнеплодов составляет 55—70%, капусты и картофеля — 60—75 и для трав — 65—80% от полевой влагоемкости пойменных торфяных почв. А маш для оптимального роста требует только 50% от НВ. Обобщающие данные по оптимальной влажности для различных растений приведены в табл. 18. с вой ст в а почв b95iТаблица Относительная устойчивость растений к затоплению Неустойчивые Слабоустойчивые Устойчивые Люцерна Яблоня Канареечник Фасоль Костер Овсяница высокая Клевер Хлопчатник Груша Донник белый Овсяница луговая Рис Овес Ежа сборная Клевер гибридный Персик Слива Картофель Рожь Томат Пшеница Таблица Оптимум влажности почвы для различных растений Содержание воды в почве, % от полевой влагоемкости Более Менее 60 Рис Мандарин Фейхоа Чай Мята перечная Огурцы Картофель Гречиха Смородина Горох Капуста Клевер Овес Кукуруза Соя Конопля Свекла Люцерна Пшеница Рожь Ячмень Хлопчатник Подсолнеч ник Виноград Тамарикс Люцерна Маш с вой ст в а почв 95ние почвенной структуры при колебаниях температуры, атмосферного давления, влажности. Адсорбированный почвенный воздух — газы и летучие органические соединения, адсорбированные почвенными частицами на их поверхности. Чем более дисперсна почва, тем больше содержит она адсорбированных газов приданной температуре. Количество сорбированного воздуха также зависит от минералогического состава почв, от содержания органического вещества, влажности. Песок поглощает воздуха враз меньше, чем тяжелый суглинок, мелкодисперсный кварц сорбирует Св раз меньше, чем гумус (табл. Таблица Способность к поглощению почвенного воздуха и его компонентов частицами твердой фазы почвы, см3/Ю0г при 20 С (по Ковде) Почвенная масса Воздух см о и NH3 Кварцевый песок 12 Каолин Гумус 24228 Супесь 2,26 - - Легкий суглинок 4,93 - - Тяжелый суглинок 7,00 - - Чернозем 14,40 - - Растворенный воздух — газы, растворенные в почвенной воде. Растворенный воздух ограниченно участвует в аэрации почвы, так как диффузия газов вводной среде затруднена. Однако растворенные газы играют большую роль в обеспечении физиологических потребностей растений, микроорганизмов, почвенной фауны, а также в физико-химических и химических процессах в почвах. Способность газов к растворению показана в табл. Таблица Растворимость газов вводе, см3/л Газы Температура, °С 5 20 30 Воздух 0,25 0,19 Со Почвоведение Подчеркнем особую значимость растворенного вводе углекислого газа. При высокой растворимости С 0 2 велика его роль в создании кислотности, в почвах при отсутствии карбонатов (СаСОэ и др) происходит подкисление среды: С 0 2 + Н <-> НС В нейтральных и щелочных почвах С 0 2, растворенный вводе главное условие миграции карбонатов. Состав bbп о ч вен ног о в о з духа bИз всех компонентов почвы воздушная фаза — наиболее динамичная по объему и соотношению формирующих ее газов. Главные по массе — это N2, 0 2 и С 0 2, а также вода. Примерное их содержание в сравнении с атмосферой (% от объема): Газы Атмосфера Газовая фаза почвы 78 78-86 0 2 21 С 0 2 0,03 Н относи- Менее 95 Более тельная влажность Почвенный воздух имеет почти такое же количество азота, как и атмосфера Земли, кислорода обычно в два раза меньше, а двуокиси углерода — в десятки и сотни раз больше. Установлено, атмосфера Земли на 90% обеспечивается углекислым газом, те. основным источником углеродного питания растений, за счет его диффузии из почвенного воздуха. Вода, как неизменный компонент в почвенном воздухе всегда находится на грани конденсации и ее переход в капельножидкое состояние возможен при относительно небольших снижениях температур. Это часто служит источником свободной воды, например, в песках пустыни, в глубоких горизонтах чер ноземов при градиенте температур воздуха почвы в верхних слоях 30 Св нижних 10 С. Общеизвестно зимняя конденсация Н в промерзающих слоях сельских и городских почв (появление мокрой почвы в крытых токах, увлажнение почв под асфальтом городских улиц и т. д Часть. Состав и с вой ст в а почв 97Высокую динамичность содержания в воздухе кислорода и диоксида углерода иллюстрирует табл. Таблица Пределы изменения содержания 02 и Св почвенном воздухе в течении года (по Зборищук) Почва 02,% со2,% Иловато-болотная 11,9-19,4 1,1-8,0 Торфяно-глеевая 13,5-19,5 0,8-4,5 Дерново-подзолистая 18,9-20,4 0,2-1,0 Серая лесная 19,2-21,0 0,2-0,6 Чернозем обыкновенный 19,5-20,8 0,3-0,8 Чернозем южный 19,5-20,9 0,05-0,6 Каштановая 19,8-20,9 0,05-0,5 Серозем 20,1-21,0 0,05-0,3 В незначительных количествах в почвенном воздухе присутствуют такие компоненты, как N20 , N 0 2, СО, различные углеводороды (этилен, ацетилен, метан, сероводород, аммиак, эфиры и др. Происхождения микрогазов связывается с жизнедеятельностью организмов, особенно в анаэробных условиях. Болота часто выделяют самовозгорающиеся и психотропные газы. Обязательно присутствие инертных газов, в том числе и радиоактивных. Источником последних является распад радионуклидов минеральной части почвы. Естественная радиоактивность почвенного воздуха намного выше атмосферного. Свойства bbв о з душной bbф азы bГлавные свойства воздушной фазы почв воздухоемкость, воздухопроницаемость и высокая динамичность воздухообмена и химического состава. В оздухоем кость это та часть объема почвы, которая занята воздухом приданной влажности. Выделяют полную, или потенциальную, воздухоемкость, которая свойственна сухим почвам. Она соответствует пористости (порозности) почв и напрямую зависит от их плотности. Актуальная воздухоемкость — это содержание воздуха в. Почвоведение Почвоведение почве в каждый конкретный момент притом или ином уровне увлажнения. Таким образом, воздухосодержание (Р в) определяется: Рв Роб щ ” где Р ^ — порозность почвы, Pw — влажность почвы. Все величины выражаются в процентах от объема. Вода и воздух в почвах антагонисты чем больше воды в почве, тем меньше воздуха. Оптимальная экологическая гармония для большинства растений — вода и воздух должны содержаться в равных по объему количествах, что соответствует влажности почвы 60% от НВ. Воздухопроницаемост ь способность почвы пропускать через себя воздух. Воздухопроницаемость — непременное условие газообмена между почвой и атмосферным воздухом. Чем она выше, тем лучше газообмен, тем больше в почвенном воздухе содержится кислорода и меньше углекислого газа. Воздух в почве передвигается по порам, незаполненным водой и не изолированным друг от друга. Чем крупнее поры аэрации, тем лучше воздухопроницаемость. В структурных почвах, где наряду с капиллярными порами имеется достаточное количество крупных некапиллярных пор, создаются наиболее благоприятные условия для воздухопроницаемости. Динамика почвенного воздуха biзависит от многих факторов. Постоянно протекающий процесс обмена почвенного воздуха с атмосферным называется аэрацией почвы. При постоянной влажности почвы аэрация зависит от интенсивности диффузии и изменения температуры и барометрического дав ления. Диффузия — перемещение газов в соответствии сих парциальным давлением. Поскольку в почвенном воздухе кислорода меньше, а углекислого газа больше, чем в атмосфере, то под влиянием диффузии создаются условия для непрерывного поступления кислорода в почву и выделения Св атмосферу. Изменение температуры и барометрического давления также обусловливает газообмен, потому что происходит сжатие или расширение почвенного воздуха. При известной значимости в аэрации почвы диффузии и физического изменения объема воздушной массы важным фактором аэрации следует признать постоянную изменяемость воздухоемкости почвы, а это в первую очередь связано с динамикой влажности. Увлажнение Часть. Состав и с вой ст в а почв 99почвы осадками или орошением, испарение воды, транспирация ее растениями — факторы постоянного газообмена почвы и атмосферы. С влажностью почвы также связано изменение поровых пространств при набухании и усадке твердой фазы почвы. При аэрации почвы постоянна тенденция уравнивания вещественного состава воздуха почвы и атмосферы. Но равновесие всегда нарушается в сторону накопления продуктов жизнедеятельности организмов и тем в большей степени, чем выше биологическая активность. В связи с этим различают суточную и сезонную динамику почвенного воздуха. Суточная динамика определяется суточным ходом атмосферного давления, температур, освещенности, изменениями скорости фотосинтеза. Эти параметры контролируют интенсивность диффузии, дыхания корней, микробиологической активности. Суточные колебания состава почвенного воздуха затрагивают лишь верхнюю полуметровую толщу почвы. Амплитуда этих изменений для кислорода и диоксида углерода невелика. Наиболее существенно в течение суток изменяется интенсивность почвенного дыхания. Сезонная (годовая) динамика определяется годовым ходом атмосферного давления, температур и осадков и тесно связанными сними вегетационными ритмами развития растений и микробиологической деятельности. Годовой воздушный режим включает в себя динамику воздухозапасов, воздухопроницаемости, состава почвенного воздуха, растворения и сорбции газов, почвенного дыхания. Сезонная динамика состава почвенного воздуха отражает биологические ритмы. Концентрация диоксида углерода имеет в верхней толще четко выраженный максимум в период наивысшей биологической активности. В это время происходит насыщение почвенной толщи углекислотой. По мере затухания биологической деятельности происходит отток С 0 2 за пределы почвенного профиля. Динамика концентрации кислорода имеет обратную зависимость. Экологическая значимость почвенного bbв о з духа bВоздушная фаза — важная и наиболее мобильная составная часть почв, изменчивость которой отражает биологические и биохимические ритмы почвенных процессов. Количество и состав почвенного воздуха 1 0 Почвоведение оказывают существенное влияние на развитие и функционирование растений и микроорганизмов, на растворимость и миграцию химических соединений в почвенном профиле, на интенсивность и направленность почвенных процессов. Кроме того, почва является поглотителем, сорбирующим токсичные промышленные выбросы газов и очищающим атмосферу от техногенного загрязнения. Воздействие кислорода на жизнь растений проявляется в актах дыхания. При недостатке 0 2 дыхание ослабляется, что уменьшает метаболическую активность ив конечном итоге снижает урожай. Повышение аэрации почвы способствует лучшему развитию корней, более интенсивному поглощению питательных веществ растениями, усилению их роста и увеличению урожая при достаточном количестве почвенной воды. При отсутствии свободного кислорода в почве развитие растений прекращается. Оптимальные условия для них создаются при содержании кислорода в почвенном воздухе около При недостатке 0 2 в почве создается низкий окислительно-восста новительный потенциал, развиваются анаэробные процессы с образованием токсичных для растений соединений, снижается содержание доступных питательных веществ, ухудшаются физические свойства, что в совокупности снижает плодородие почвы. Большая часть углекислого газа почвенного воздуха образуется в процессах работы макро- и микроорганизмов, причем около 30% за счет дыхания корней высших растений и около 65% — при разложении органических остатков микроорганизмами. Избыток углекислоты угнетает развитие корней и прорастание семян. Однако современная концентрация Св атмосферном воздухе не вполне достаточна для потенциальной возможности биологической продуктивности зеленого листа. Приземное повышение концентрации углекислого газа может увеличивать урожай зеленой массы, что практикуется в тепличных хозяйствах. Однако следует помнить, Св высоких концентрациях — быстродействующий яд, и при почвенных исследованиях разрезы, особенно в болотных почвах, должны быть хорошо проветриваемые, так как С 0 2, являясь тяжелым газом воздуха, склонен к накоплению в понижениях. Велика почвенно-химическая и геохимическая роль диоксида углерода. Вода, насыщенная С 0 2, растворяет многие труднорастворимые соединения — кальцит СаСОэ, доломит СаСОэ u M gC03, магнезит M gC 03, сидерит FeC 03. Это вызывает миграцию карбонатов в по Часть. Состав и с вой ст в а почв 1 чвенном профиле ив сопряженных геохимических ландшафтах. Вынос (выщелачивание) карбонатов под действием увеличивающейся концентрации Св почвенном воздухе ив почвенном растворена зывается процессом декарбонизации, который обусловлен сдвигом равновесия влево: Са(НСОэ)2 н С аС 03 + НС Обратная картина этого явления — выпадение СаСОэ в осадок и формирование в почвах горизонтов скопления карбонатных почво образований (белоглазка, журавчики, карбонатная плесень). Существует высокоинформативный показатель биологической активности почв, так называемое дыхание почв, которое характеризуется скоростью выделения С 0 2 за единицу времени с единицы поверхности. Интенсивность дыхания почв колеблется от 0,01 до 1,5 г/(н а м в час) и зависит не только от почвенных и погодных условий, но и от физиологических особенностей растительных и микробиологических ассоциаций, фенофазы, густоты растительного покрова. Почвенное дыхание характеризует биологическую активность экосистемы в каждый конкретный период времени. Сравнительный уровень плодородия почв, фиксируемый при определении дыхания по выделению С 0 2, производят в оптимально насыщенной влагой почвенной массе (60% от наименьшей влагоемкости. Различия в уровнях могут изменяться в широких пределах при анализе генетически отдаленных и антропогенно измененных почв. Оценивать воздухоемкость почв и ее экологическую значимость необходимо всегда в комплексе с другими характеристиками почвы, от которых напрямую зависит объем воздуха |