Лекции. Лекция Введение. Общепланетарное значение и функции почв

• Название: Лекция Введение. Общепланетарное значение и функции почв
• Дата: 29.11.2022
• Размер: 2.04 Mb.
• Имя файла: Лекции.doc
• Тип: Лекция; #820195
• страница: 9 из 14

Механическая поглотительная способность – это наиболее простой вид поглощения, которое происходит благодаря наличию в почве тончайших пор и капиллярных ходов. Мелкие твердые частицы, взвешенные в фильтрующейся через почву воде, задерживаются, т. е. механически поглощаются. Механическая поглотительная способность зависит от гранулометрического и агрегатного состава почвы и ее сложения, у песчаных почв она минимальная, у глинистых – максимальная. Механически первоначально поглощаются фосфоритная мука, известковые удобрения (любой степени измельчения), микроорганизмы.

Физическая поглотительная способность почвы – это способность ее положительно или отрицательно адсорбировать газы, молекулы солей, спиртов, щелочей и других веществ. Растворенное вещество притягивается или отталкивается поверхностью твердых частиц почвы Интенсивность физического поглощения прямо зависит от количества мелкодисперсных частиц в почве и считается положительным, когда молекулы растворенного вещества притягиваются частицами почвы сильнее, чем молекулы воды, и отрицательным, если сильнее притягиваются молекулы воды. Положительное физическое поглощение аммиака почвой происходит при внесении безводного аммиака или аммиачной воды, отрицательное – растворов нитратов илихлоридов. Это обусловливает высокую подвижность последних в почве, что необходимо учитывать при внесении, нитратных и хлорсодержащих минеральных удобрений. Нитратные минеральные удобрения следует вносить ближе к посеву или в подкормку, а содержащие много хлора – с осени, чтобы произошло хотя бы частичное вымывание хлора, так как большинство культур отрицательно реагирует на хлор.

Химическая поглотительная способность почвы – это способность почвы удерживать некоторые ионы путем образования труднорастворимых или нерастворимых в воде соединений в результате химических реакций, происходящих в почве. Наибольшее значение химическое. поглощение имеет при превращении соединений фосфора в почве.

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность – это способность мелкодисперсных коллоидных частиц почвы (от 0,00025 мм до 0,001 мм), несущих отрицательный заряд, поглощать различные катионы из раствора, причем поглощение одних катионов сопровождается вытеснением в раствор эквивалентного количества других, ранее поглощенных твердой фракцией почвы. Совокупность мелкодисперсных почвенных частиц, обладающих обменной поглотительной способностью К. К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом (ППК).

Почвенные коллоиды подразделяются на органические, минеральные и органоминеральные. Органические коллоиды представлены гумусовыми веществами (гуминовые кислоты, фульвокислоты и их соли), минеральные – глинистыми минералами, как кристаллическими, так и аморфными соединениями (кремниевая кислота, гидраты полуторных окислов).

Способность органических коллоидов и минералов глин к обменному поглощению катионов обусловлена их отрицательным зарядом. Поэтому поглощаются катионы солей (удобрений). Положительный заряд имеют коллоидные гидроокиси железа и алюминия, тогда обменно поглощаются анионы NO₃^-, Н₂РО₄^-, S0₄^-2. 0бменно поглощаются в почве калийные и многие азотные удобрения.

Обменная поглотительная способность имеет большое значение для питания растений и применения удобрений. Поглощенные ППК катионы доступны для растений в обмен на Н⁺, получаемый при диссоциации Н₂СО₃ = СО₃^-+Н⁺ +НСО₃^-, которая выделяется при дыхании корней растений.

Поскольку поглощенный калий слабо вымывается из почвы, то дозы калийных удобрений можно вносить большие (в запас) и повышать содержание калия в почве.

Закономерности обменного поглощения катионов:

реакция обмена между ППК и катионами солевых растворов протекает в эквивалентных соотношениях;

реакция обмена катионов обратима, т. е. поглощенный катион может быть снова вытеснен в раствор:

(ППК) Н+КСl = (ППК) К+НСl,

(ППК) Са+2КСl = (ППК) К+CaCl₂,

(ППК) H+NH₄N0₃ = (ППK) NH₄+HNO₃;

при постоянной концентрации раствора количество катионов, вытесняемых из почвы в раствор, увеличивается с увеличением объема раствора;

при постоянном объеме раствора количество катионов, вытесняемых из почвы в раствор, повышается с увеличением концентрации раствора вытесняющей соли;

реакции обменного поглощения в почвах подчиняются закону действующих масс: чем выше концентрация катионов в растворе и чем ниже содержание катионов в ППК, тем больше катионов поглотится почвой;

реакции обмена катионов при взаимодействии почвы с раствором протекают с большой скоростью, так как обмен катионов происходит на поверхности коллоидных частиц почвы;

разные катионы поглощаются почвой и удерживаются в поглощенном состоянии с неодинаковой энергией. Чем больше атомная масса и заряд катиона, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из почвы другими катионами.

Двухвалентные и трехвалентные катионы несут большие, электрические, заряды и поэтому значительно сильнее притягиваются коллоидными частицами, чем одновалентные. При одинаковой валентности энергия поглощения катионов тем выше, чем больше их атомная масса, так как атомная масса и гидратация катио­на находятся в обратной зависимости. Например, к Н⁺ присоединяется 1 молекула воды, к NH₄⁺ – 4,4 молекулы воды, к Na 8,4 молекулы воды. Слабогидратированные катионы сильнее притягиваются поверхностью коллоида.

По возрастающей способности к поглощению катионы располагаются в следующем порядке: Li; Na; NH4; К; Rb; Cs; Mg; Ca; Ba; Cd; Со; Al; Fe. Исключение составляет ион Н⁺. Он имеет наименьшую атомную массу, но обладает высокой энергией поглощения и способностью вытеснять из поглощающего комплекса другие катионы.

По данным К. К. Гедройца, энергия поглощения Н⁺ в 4 раза больше, чем Са²⁺, и в 17 раз больше, чем Na⁺. Это связано с тем, что в водных растворах ион водорода присоединяет молекулы воды и образует ион гидроксония (H₃O⁺), диаметр которого значительно меньше всех других гидратированных ионов. Катионы калия, аммония, рубидия и цезия могут частично закрепляться (фиксироваться) почвами в необменной форме. Это связано с тем, что они проникают внутрь кристаллической решетки минералов, входящих в поглощающий комплекс. Связано это с радиусом катиона. Радиус катиона К⁺= 1,33 А^о, радиус NH₄⁺= 1,43 A^о.

Степень необменной фиксации катионов зависит от гранулометрического и минералогического состава почвы. У черноземов она значительно больше, чем у дерново-подзолистых почв. Необменная фиксация катионов возрастает при периодическом увлажнении и высушивании почвы. Поэтому калийные удобрения для уменьшения необменной фиксации калия рекомендуется заделывать вспашкой в глубокий, непересыхающий слой почвы или вносить лентами, перемешивая с меньшим объемом почвы. Предпочтительнее гранулированные калийные удобрения.

Биологическая поглотительная способность почвы состоит в том, что азот и зольные элементы удерживаются почвой в составе органических веществ, образуемых растениями и почвенными микроорганизмами, благодаря чему эти питательные элементы не вымываются из почвы. Биологическое поглощение играет важную роль в превращении нитратных соединений азота в почве. Так, легкорастворимые соли азотной кислоты удерживаются в почве главным образом будучи усвоенными микроорганизмами. После их отмирания и минера­лизации они вновь становятся доступными для растений. В среднем на площади 1 га микроорганизмы могут удерживать до 125 кг азота, 40 – фосфора и 25 кг калия.

Эта же способность почвы может иметь и отрицательные последствия. Если в почву вносится много богатого клетчаткой, но бедного азотом органического вещества (солома; навоз, содержащий много соломы), то микроорганизмы, будучи конкурентами растений, используя клетчатку в качестве энергетического материала, будут интенсивно размножаться и потреблять много азота из почвы. Азотное питание растений может ухудшиться. Поэтому при запашке соломы на удобрение в почву необходимо вносить в расчете на каждую ее тонну 10–12 кг азота или же высевать зернобобовые культуры или высаживать картофель, так как эти культуры снижают урожайность в меньшей степени, чем зерновые.
Лекция 10. Физические свойства почв
Многие процессы, происходящие в почвах, во многом определяются физическими и физико–механическими свойствами. Физические свойства почв делятся на общие физические и физико-механические.

К общим физическим относятся удельная поверхность, удельный вес, объемный вес (плотность) и пористость (скважность).

К физико-механическим относятся пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и сопротивление при обработке.

Процессы, протекающие в почвах, во многом зависят от удельной поверхности почв, которая является важной физической характеристикой почвы. Удельная поверхность почвы – это суммарная поверхность всех частиц почвы, отнесенная к единице веса или объема. Выражается чаще всего в м²/г или м²/см³ почвы.

Процесс диспергирования (дробления) минеральной части почвы обычно не меняет ее веса, но резко увеличивает суммарную поверхность всех частиц. При этом почва переходит в более активное состояние, так как с увеличением поверхности твердой фазы в единице веса или объема, возрастает и поверхностная энергия частиц.

С величиной удельной поверхности связаны величины объемов поглощения минеральных веществ, зольных элементов, паров, газов, особенности передвижения в почве воды и воздуха, а также другие физические и технологические свойства почвы.

Удельная поверхность почвы зависит от минералогического и гранулометрического состава. Почвы легкого гранулометрического состава характеризуются меньшей дисперсностью и, соответственно, меньшей удельной поверхностью по сравнению с почвами тяжелого гранулометрического состава.

Выделяют общую, внешнюю и внутреннюю удельные поверхности частиц.

Внешняя (кинетическая) поверхность определяется дисперсностью твердых частиц почвы.

Внутренняя поверхность обусловлена особенностями строения самих частиц, наличием микропор и трещин внутри частицы. Поверхность почвенных частиц имеет свой сложный микрорельеф, отдельные участки которого энергетически неравноценны. Особой энергетической активностью характеризуются выпуклые элементы частиц. Значительную внутреннюю поверхность имеют почвы, богатые монтмориллонитом и другими минералами, имеющими подвижную структуру.

Общая поверхность представляет собой сумму внешней и внутренней удельных поверхностей. Ее величина колеблется в значительных пределах: от нескольких единиц м² на 1 г или 1 см³ почвы (в грубых песках) до нескольких сотен (тяжелые глины, почвы со значительным количеством органогенных веществ).

Удельная поверхность частиц разного размера может различаться на 6 порядков (табл.).
Таблица. Удельная поверхность частиц, м²/г

Размер частиц, мм
0,00001- 0,00005	0,00005- 0,0001	0,0001- 0,0005	0,00001- 0,00005	0,0005- 0,001	0,001- 0,01	0,01- 0,05	0,05- 0,25	0,25-1,00
22	4,4	0,76	0,46	0,111	0,031	0,015	1,5.10-3	1,8.10-4

Обычно удельную поверхность почвы определяют насыщением почвы водяным паром (этиленгликолем). Выявлено, что насыщение почвы водяным паром идет до тех пор, пока вокруг каждой почвенной частицы образуется мономолекулярный слой воды. Исходя из этой закономерности, выведена эмпирическая формула расчета удельной поверхности

S=3610 (V₂-V₁)/(V₁-V₀),

где V₂, V₁, V₀ – вес после насыщения, до насыщения и тары соответственно.

Плотность сложения почвы – масса абсолютно сухой почвы ненарушенного сложения (т.е. с почвенными порами) в единице объема. Выражается в г/см³. Она зависит от структурности и сложения почвы, а также характера слагающих почву минералов, ее гранулометрического состава и содержания органического вещества.

Величина плотности сложения почвы изменяется в широких пределах: для минеральных почв от 0,9 до 1,8 г/см³, для торфяно-болотных - от 0,15 до 0,40 г/см³.

Чем больше в почве перегноя и чем лучше выражена в ней структура, тем меньше плотность сложения почвы.

На плотность сложения почвы существенное значение оказывает ее обработка. После механической обработки почва становится наиболее рыхлой с меньшей плотностью сложения почвы. Этот период времени бывает достаточно коротким, потом начинается ее уплотнение, что приводит к увеличению плотности сложения почвы. После определенного периода времени, разного для разных типов почв, почва достигает определенной степени плотности, которая затем изменяется крайне мало. Такая плотность называется равновесной и ее величина является важной характеристикой почв. Величина плотности сложения почвы существенно влияет на водный, воздушный и тепловой режим почвы, что сказывается на развитии растений.

К значимым физическим свойствам почв относится плотность твердой фазы почвы. Плотность твердой фазы почвы.– это масса абсолютно сухих почвенных частиц при сплошном заполнении ими единицы объема,. г/см³. Почвы различных типов и их отдельные горизонты характеризуются неодинаковой плотностью твердой фазы, которая, зависит от содержания в ней органических веществ и состава слагающих ее минералов. Интервалы показателей плотности твердой фазы почвы составляют для минеральных почв – от 2,4 до 2,8 г/см³. Для подзолистых почв он составляет 2,5-2,65, черноземных – 2,37 и торфяных- от 1,4 до 1,8 г/см³

Пористость – это суммарный объем всех пор и промежутков между частицами твердой фазы почвы определенного объема. Выражается в % от общего объема почвы. Интервал показателей пористости составляет для минеральных почв – 25-80%, для торфяных – 80-90%. При рыхлении почвы пористость увеличивается, при уплотнении уменьшается.

Почвенные поры могут быть различной формы и диаметра. В зависимости от величины пор различают капиллярную и некапиллярную пористость.

Капиллярная пористость равна объему капиллярных промежутков в почвах и обусловлена наличием в почве глинистых минералов.

Некапиллярная пористость равна объему крупных пор и связана со структурным строением почвы.

Сумма обеих видов пористости составляет общую пористость почвы. Она вычисляется по формуле:

где отношение плотности сложения почвы (объемного веса) (ОВ) к плотности твердой фазы почвы (удельному весу) (УВ) составляет доля твердой фазы почвы, а за единицу принимается общий объем почвы со всеми порами. Величина пористости зависит от структурности, плотности, гранулометрического и минералогического состава почвы.

С пористостью почвы связаны важнейшие свойства почвы: водо- и воздухопроницаемость, влагоемкость и воздухоемкость, газообмен между почвой и атмосферой.

Выделяют внешнюю поверхность, или как ее еще называют кинетическую поверхность дисперсного вещества и внутреннюю поверхность внутри элементарных почвенных частиц, микропор, трещин и т.п.

Под пластичностью понимают способность почвы во влажном состоянии изменять и сохранять приданную ей внешним воздействием форму. В зависимости от степени увлажнения характер пластичности меняется. Следует различать несколько характерных состояний почвы: нижний предел текучести и предел раскатывания в шнур.

Нижний предел текучести – это такое увлажнение почвы, при котором пласт почвы, разрезанный пополам, при повторном встряхивании сливается воедино. Это состояние влажности принимается за верхний предел пластичности.

Влажность почвы, при которой она перестает раскатываться в шнур, определяет предел раскатывания в шнур. Такое увлажнение принимается за нижний предел пластичности.

Число пластичности - это разность между верхним и нижним пределами пластичности. Пластичность тесно связана с гранулометрическим составом почв и обусловлена наличием в ней глинистых частиц, диаметр которых меньше 0,002 мм.

Глинистые почвы имеют число пластичности – 17, суглинистые – 7-17, супесь – менее 7, пески совершенно не пластичны. Кроме механического состава, существенное влияние на пластичность почвы оказывает состав коллоидной фракции, состав поглощенных катионов, а также содержание гумуса.

Липкость – это способность почвы прилипать к различным поверхностям.

Величина липкости определяется силой, необходимой, чтобы оторвать почву от поверхности прилипания. Выражается в г/см².

Как и пластичность, она обусловлена наличием в почве глинистых частиц и воды, а также составом поглощенных оснований. У глинистых почв липкость значительная, у песка минимальная.

Липкость проявляется при увлажнении почвы, приближающейся к верхнему пределу пластичности. Сухая почва липкостью не обладает. Прилипание повышается по мере увлажнения примерно до 80% от полного насыщения почвы водой, затем начинает уменьшаться.

По липкости почвы делятся на предельно вязкие (> 15 г/см²), сильно вязкие (5 - 15 г/см²), средне вязкие (2 - 5 г/см²), слабо вязкие (меньше 2 г/см²).

С липкостью почвы связано важное агрономическое свойство почвы – физическая спелость. Когда при обработке почва перестает прилипать к сельскохозяйственным машинам и начинает крошиться на комки, то такое состояние почвы отвечает ее физической спелости.

? Нижним пределом влажности, при котором возможна обработка почвы, является влажность, отвечающая полуторной величине максимальной гигроскопичности почвы, а верхним пределом – 60-70% полной влагоемкости данной почвы.

Набухание – это способность почвы изменять в объеме под влиянием различных факторов, главным образом увлажнения и замерзания. Большое значение в этом процессе играют почвенные коллоиды, особенно органические, способные резко увеличиваться в объеме при смачивании и уменьшаться при высыхании. Вследствие этого песчаные почвы с низким содержанием коллоидов практически не набухают, глинистые и суглинистые обладают значительной набухаемостью.

Набухание измеряется в объемных процентах по формуле:


где V_наб – процент набухания, V₁–объем влажной почвы, V₂ – объем сухой почвы.
На величину изменения объема влияет минералогический состав почв, наличие и состав обменных катионов, количество органических веществ.

Усадка – это сокращение объема почвы при высыхании. Величина усадки зависит от тех же факторов, что и набухание. Усадка измеряется в объемных процентах по отношению к исходному объему:

где V_ус – процент усадки от исходного объема, V₁–объем влажной почвы, V₂ – объем сухой почвы.

Связность – это способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы. Связность вызывается силами сцепления между частицами почвы. Степень сцепления обусловлена гранулометрическим и минералогическим составом, структурным состоянием и влажностью почвы, а также характером ее сельскохозяйственного использования.

Твердость – это сопротивление, которое оказывает почва при проникновении в нее какого-либо тела. Величина твердости выражается в кг/см². Твердость определяется прибором – твердомером. Твердость почвы зависит от ее увлажнения, структурности, составом поглощенных оснований, гумусированности и гранулометрического состава. По мере уменьшения влажности твердость почвы резко возрастает. Почва комковато-зернистой структуры при высыхании оказывает значительно меньшее механическое сопротивление, чем распыленная. Хорошо гумусированные почвы, насыщенные двухвалентными катионами, обладают меньшей твердостью, чем малогумусированные.

Высокая твердость является признаком плохих физико-химических и агрономических свойств почв и требует больших затрат на ее сельскохозяйственную обработку. С твердостью почвы связана такая важная технологическая характеристика, как сопротивление ее обработке. Она выражается удельным сопротивлением. Удельное сопротивление – это усилие, затрачиваемое на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. Выражается в кг на 1 см². Этот показатель изменяется от 0,2 до 1,2 кг/см² в зависимости от механического состава, физико-химических свойств, влажности и агрохозяйственного состояния почв.

Лекция 11. Реакция почвы. Плодородие почв
Реакция почвенной среды. Реакция почвы – физико-химическое свойство почвы, связанное с содержанием ионов Н⁺ и ОН^- в ее твердой и жидкой частях. Реакция почвы кислая, если в ней преобладают ионы Н⁺, и щелочная, если ионы ОН^- . Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на эффективность удобрений, на химические и биохимические процессы в почве. Для количественной оценки реакции почвы применяют различные показатели: рН суспензии почвы в воде или в растворе КС1, количество кислотных компонентов в вытяжке 1М ацетата натрия и т.д.

Концентрацию ионов водорода в растворе принято выражать условной величиной рН (отрицательный логарифм концентрации Н⁺ ионов).

Различают две формы кислотности почв: актуальную (активную) и потенциальную (скрытую) кислотность. Последняя подразделяется, в свою очередь, на обменную и гидролитическую.

Актуальная кислотность – это кислотность почвенного раствора, обусловленная повышенной концентрацией в нем ионов Н+, а также слабых минеральных (Н₂СОз), органических кислот и гидролитически кислых солей (А1С1з). Последние при гидролизе образуют слабое основание и сильную кислоту: .

А1С1₃+ЗН₂0 = А1 (ОН) ₃+ЗНС1

ЗНС1 = 3Н⁺+ЗС1^-.

При нейтральной реакции концентрация ионов водорода и гидроксила одинакова – 10^-7 мг/л, то есть рН раствора равен 7. Актуальная кислотность непосредственно влияет на развитие растений и почвенных микроорганизмов.

Потенциальная (скрытая) кислотность обусловлена ионами Н⁺, Al³⁺ и Fe³⁺, поглощенными ППК с отрицательным зарядом. Часть поглощенных ионов водорода и алюминия может быть вытеснена в раствор катионами нейтральных солей (КС1):

(ППК)Н⁺+КС1=(ППК)К⁺+НС1,

в результате чего почвенный раствор подкисляется. Это – обменная потенциальная кислотность почвы, выражается рН в КС1. В почвах Беларуси обменная кислотность, как правило, на порядок выше актуальной и включает ее.

Принято следующее деление минеральных и торфяно-болотных почв республики Беларусь в зависимости от обменной кислотности (таблица 3.1):

Таблица 3.1.

Градация почв Беларуси по степени кислотности (pH в KCl)

и относительное содержание почв различной кислотности

№ п/п	Степень кислотности	минеральные почвы	торфяно-болотные почвы	Пашня, %	Улучшенные сенокосы и пастбища, %
1	сильнокислые	менее 4,5	менее 4,0	1,4	1,9
2	среднекислые	4,51–5,00	4,01–4,50	4,5	5,4
3	кислые	5,01–5,50	4,51–5,00	12,8	14,4
4	слабокислые	5,51–6,00	5,01–5,50	27,5	27,5
5	близкие к нейтральным и нейтральные	6,01–6,50	5,51–6,00	36,8	29,5
6	близкие к нейтральным и нейтральные	6,51–7,00	6,01–6,50	13,9	14,5
7	нейтральные и слабощелочные	более 7,00	более 6,50	3,1	6,8

Минеральные почвы с рН <4,5 – сильнокислые и с рН 4,51–5,00 – среднекислые, а также торфяно-болотные с рН менее 4,5нуждаются в первоочередном известковании; почвы 3 группы – кислые, требуют известкования, при рН 5,51–6,0 – минимальная нуждаемость в известковании имеется лишь для суглинистых и глинистых почв.

При обработке почвы уксуснокислым натрием CH₃COONa или уксуснокислым кальцием (СНзСОО)₂Са все ионы, обуславливающие кислотность почвы, вытесняются в раствор:

(ППК)Н⁺ Н⁺+2СН₃СООNа = (ППК) Nа⁺ Nа⁺+2СН₃СООН.

Эта часть потенциальной кислотности получила название гидролитической. Кислотность, обнаруживаемая при обработке почвы раствором CH₃COONa, включает актуальную и потенциальную кислотность – как обменную, так и собственно гидролитическую (которая не обнаруживается при обработке КС1). Гидролитическая кислотность выражается в мгэкв на 100 г почвы или, по современной системе, смоль(+)/кг, что одно и то же.

Свойства почвы характеризуются также степенью насыщенности основаниями – количеством обменно поглощенных оснований, выраженным в процентах от емкости поглощения:

V = S*100/T, и Т = S+H

где V – степень насыщенности почвы основаниями, %;

S – сумма поглощенных оснований (кроме Н и Аl);

Т – поглотительная способность всех катионов, включая ионы водорода.

Степень насыщенности основаниями показывает, какая часть общей емкости приходится на поглощенные основания и какая — на ионы водорода. Например, V= 80 % означает, что 80 % от общей емкости (Т) занимают основания и 20 % — ионы водорода.

По современным понятиям наиболее точно степень насыщенности основаниями можно определить через сумму основных катионов (Сa, Mg, K), непосредственно определенных в нейтрально-солевых вытяжках, и величину емкости катионного обмена (ЕКО). Их соотношение в процентах будет представлять собой степень насыщенности почв основаниями.

Буферная способность почв. Почвенный раствор подкисляется в результате выделения углекислоты при дыхании корней, образовании НNО₃ при нитрификации и от продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Реакция почвы изменяется также от удобрений. Изменение реакции разных почв под действием этих факторов неодинаково. Способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора в кислую или щелочную сторону называется буферной способностью почвы. Буферность почвы в целом зависит от буферных свойств ее твердой и жидкой частей. Буферность раствора создается слабыми кислотами и их солями. Слабые кислоты диссоциируют не полностью, большая часть их находится в виде недиссоциированных молекул:

СН₃СООН=СН₃СОО^-+ Н⁺

Н₂СО₃=Н⁺+НСО₃-

Если к этому раствору прибавить NaOH, то произойдет связывание ионов Н⁺ с образованием воды и рН изменится мало. Иными словами, слабая кислота будет противодействовать подщелачиванию раствора.

Раствор слабой кислоты и ее соли будет буферным также и против подкисления:

СН₃СООNа + НС1 = СН₃СООН + NaCl.

Буферность почвенного раствора обусловливается также водорастворимыми органическими кислотами и их солями:

(RCOO)₂Ca+2HN0₃=2RCOOH+Ca(N0₃)₂,

2RCOOH+Ca(OH)₂= (RCOO)₂Ca+2H₂0.

Чем больше общая емкость поглощения и степень насыщенности почвы основаниями, тем сильнее почва противостоит подкислению:

(ППК) Mg + H₂S0₄ = (ППК)Н ⁺Н⁺ + MgS0₄.

Чем больше ионов водорода в почве, тем сильнее она будет противостоять подщелачиванию.

На почвах с низкой буферной способностью (песчаных, супесчаных, бедных гумусом) при внесении физиологически кислых удобрений возможны резкие сдвиги реакции в кислую сторону. На таких почвах вносят также меньшие дозы извести, чем на суглинистых, так как они слабо противостоят подщелачиванию. Это нужно учитывать при внесении минеральных удобрений и извести.
Плодородие является неотъемлемым свойством почвы. От него зависит жизнь растений и животных. Под плодородием в современной научной литературе принято понимать способность почвы обеспечивать рост и воспроизводство растений всеми необходимыми им условиями.

Растения для своей жизни нуждаются в воде, элементах питания, свете, тепле, кислороде, углекислом газе. Все это (кроме света) в той или иной мере дает почва.

К. Маркс в «Капитале» различал три категории плодородия почвы: естественное (природное), искусственное (эффективное) и экономическое.

Естественное плодородие определяется свойствами природных почв, формирующихся в процессе их эволюции под влиянием природных факторов почвообразования. Естественным плодородием обладают целинные почвы.

Эффективное плодородие свойственно почвам сельскохозяйственного использования и проявляется в виде способности поддерживать некоторый уровень урожая культурных растений. Эффективное плодородие – та часть потенциального плодородия, которая реализовывается в виде урожая растений при данных погодных и агротехнических условиях.

Экономическое плодородие связано с разной оценкой конкретных земельных участков в зависимости от их расположения и удобства использования. Экономическое плодородие – экономическая оценка почвы в связи с ее потенциальным плодородием и экономическими характеристиками земельного участка.

Потенциальное плодородие – суммарное плодородие почвы, определяемое ее свойствами, как естественными, так и измененными человеком.

Относительное плодородие – плодородие почвы по отношению к определенной группе или виду растений. Плодородная для одних культур почва может быть неплодородна для других.

Воспроизводство плодородия – совокупность природных почвенных процессов и целенаправленных антропогенных воздействий для поддержания эффективного плодородия почв на уровне, приближающемся к потенциальному плодородию.

Рост и продуктивность растений зависят от плодородия почвы, но и плодородие зависит от количества поступающего органического вещества и направленности биологического круговорота. В этой связи на Земле растительные и почвенные зоны находятся в естественной связи. В природных биогеоценозах устанавливается динамическое равновесие между почвой и растительностью, почве любого плодородия находится свой вид растительности, по отношению к которому она наиболее плодородна. Болотные или лесные растения не могут расти на черноземе, например.

Плодородие почвы формируется в процессе образования самой почвы и определяется всей совокупностью свойств почвы. При этом не следует забывать, что плодородие формируется в процессе образования самой почвы и формируется всей совокупностью свойств почвы, а не только верхним ее слоем, где находится большая часть гумуса, корней, питательных веществ.

Важнейшими свойствами почв, определяющими ряд соподчиненных свойств и, в конечном счете, плодородие, являются гранулометрический состав, структурность, водно-физические свойства, тепловые свойства, содержание органического вещества, поглотительная способность почв, биологическая активность почв.

Гранулометрический состав почвы определяет тепловой, воздушный, водный и пищевой режимы. Легкие почвы прогреваются раньше тяжелых, и их называют «теплыми почвами». Они имеют хорошую водо- и воздухопроницаемость. Благодаря высокой аэрации органическое вещество в таких почвах быстро минерализуется, а гумификация ослаблена. Из-за малой влагоемкости влага не накапливается, а элементы питания активно вымываются. Их поглотительная способность и буферность низка.

Тяжелые почвы более «холодные», слабопроницаемы, значительная часть их влаги недоступна растениям. При сезонном переувлажнении возможен дефицит воздуха и развивается оглеение.

Структурность определяет плотность почвы, ее физические свойства и связанные с ними тепловой, водный, воздушный и пищевой режим, что в конечном счете сказывается на величине урожая. В бесструктурной почве обычно наблюдается дефицит либо воды, либо воздуха. В структурных почв вода удерживается в капиллярах, а воздух – в межагрегатных пустотах, обеспечивая постоянный газообмен с атмосферой, удаляя углекислый газ. Структурность почв обеспечивает одновременное наличие в почве и аэробных, и анаэробных микроорганизмов. Для плодородия почвы очень важны размеры структурных агрегатов, при величине агрегатов менее 0,5 мм резко падает порозность аэрации, имеется явный недостаток кислорода. Уже при величине агрегатов 1-2 мм порозность аэрации увеличивается до оптимальных 30 %, а содержание нитратов, например, увеличивается в 4 раза.

Тепловые свойства почв, то есть их способность поглощать и отражать лучистую энергию солнца, проводить и удерживать тепло, также во многом определяют рост и развитие растений. Тепловой режим почвы зависит от цвета почвы, водно-воздушных свойств, теплоемкости заполняющей ее воды или воздуха.

Органическое вещество почв содержит основную массу азота, 80 % серы, 60 % фосфора, много других элементов питания. Эти элементы не вымываются, но постепенно могут использоваться растениями. Органическое вещество – источник энергии для микроорганизмов, мобилизующих элементы питания для растений из растительных остатков и минеральной части почвы. С количеством и качественным составом гумуса связано образование водопрочной структуры и формирование благоприятных водно-физических и технологических свойств почв. Органические коллоиды вносят существенный вклад в создание поглотительной способности почв.

Поглотительная способность почв обуславливает ряд жизненно важных для растений свойств почвы – пищевой режим, химические и физические свойства. Благодаря ей элементы питания удерживаются почвой и меньше вымываются осадками, оставаясь доступными для растений. От емкости и состава обменных катионов зависит реакция почв, дисперсность, способность к агрегированию, водопрочность. Поглощенные водород, алюминий, железо разрушительно действуют на структуру почв и поглощающий комплекс в целом, а «кальций» называют стражем плодородия.

Биологическая активность почвы определяется численностью, составом и активностью почвенной фауны, микроорганизмов, ферментов. Они непосредственно участвуют в трансформации недоступных растениям элементов питания, участвуют в образовании гумуса, биологически удерживают элементы питания. В биомассе отмирающих микроорганизмов, а их количество может достигать 6 т/га, содержится около 12 5 азота, 3 % фосфора, 2,2 % калия. Биологическая активность определяет фиксацию атмосферного азота и образование углекислоты для процессов фотосинтеза.

Те или иные свойства почв могут иметь положительную или отрицательную роль в формировании почвенного плодородия. В агрономии и агрохимии известен закон минимума, согласно которому урожай растений определяется тем фактором, который находится в минимуме в данный момент. «Бочка» Либиха в настоящее время не считается вещью абсолютно бесспорной, но такая закономерность в почве, несомненно, есть.

В почвоведении основная практическая задача – ликвидация или минимизация лимитирующих почвенное плодородие факторов с помощью коренных почвенных мелиораций и агротехнологических приемов. Основными приемами являются:

Известкование

Гипсование, кислотование

Промывка и дренаж вод (избыток солей)

Пескование, оструктуривание и глубокое рыхление (глинистость)

Оструктуривание, рыхление, травосеяние (высокая плотность)

Тепловые мелиорации

Орошение, агротехнические приемы накопления воды

Минеральные и органические удобрения

Осушительный дренаж

Дренаж, щелевание, оструктуривание (недостаток аэрации)

Планировка поверхности (микрорельеф)

Террасирование, полосно-контурная обработка (уклон)

В отношении требований к плодородию почвы естественных фитоценозов и агроценозов существенно отличаются. В естественной среде растительный покров представлен растениями разных видов, которые отличаются по биологической стойкости и требовательности к потреблению элементов питания и воды как в количественном аспекте, так и в плане периодичности потребления в течение вегетации. Ярусность растительности позволяет полнее использовать свет и тепло. В целом природный фитоценоз – устойчивое растительное сообщество, приспособленное к климатическим и иным условиям местности и к почве.

Агроценоз обычно представлен популяцией одного вида. Этот вид растений потребляет много воды и пищи, причем периоды максимального потребления резко совпадают. Человек постоянно стремился создавать оптимальные условия для наиболее нужных ему популяций растений, подбирал и видоизменял сорта в расчете на максимальную продуктивность, в значительной мере за счет утраты устойчивости к неблагоприятным условиям среды. Культурные растения хуже естественных способны извлекать питательные элементы из труднодоступных соединений, их продуктивность подвержена капризам погоды, они без помощи человека не способны справиться с сорняками.

Свойства большинства почв не соответствуют тем высоким требованиям, которые предъявляют современные культурные растения. Почти все культурные растения нуждаются в почве с умеренной плотностью и такой аэрацией, чтобы был хороший газообмен и не было чрезмерной минерализации органического вещества. При плотности сложения почвы выше 1,45-1,60 г/см³ продуктивность многих растений резко снижается. При высоком уровне урожая отдельные виды культурных растений могут потреблять до 500 кг/га азота и кальция, 350 кг/га калия, 120 кг/га фосфора. Суммарное отчуждение элементов питания составляет в среднем для разных почв 300-600 кг/га. Огромную роль играет и наличие микроорганизмов, высокая активность которых крайне важна для высокой продуктивности. В пахотных почвах обычно численность и активность бактерий и других микроорганизмов значительно выше, чем в целинной. Культурные растения предъявляют высокие требования к содержанию и составу гумуса почвы. Гумус в пахотных почвах активно минерализуется, и для поддержания баланса гумуса даже на среднем для Беларуси уровне 2,0-2,5 % необходимо по разным данным вносить от 8 до 12 т/га навоза ежегодно.

Культурные растения предъявляют повышенные требования и к наличию воды, в них не отработана система экономного водопотребления и влагоудержания, высокая транспирация. Плодородная почва должна обладать высокой влагоемкостью, то есть быть структурной и иметь доастаточное количество коллоидных частиц.

Большинство культурных растений хорошо растет лишь в определенном диапазоне кислотности среды, они крайне негативно относятся к сильнокислой или щелочной реакции среды. Важную роль играет и буферность, так как угнетение растений может быть и после кратковременного подкисления в результате применения физиологически кислых удобрений, например. Плодородные почвы обычно имеют высокую емкость поглощения, насыщенную преимущественно кальцием.

Культурные растения произрастают лишь в определенном тепловом режиме, в гораздо более узком интервале, чем естественная растительность, отдельные представители которых могут переносить и очень высокие, и очень низкие температуры. С тепловым режимом связаны сроки сева и тем самым урожаи культур.

В целом плодородная почва должна обладать мощным, оструктуренным, биологически активным, богатым гумусом слоем с большими запасами элементов питания, благоприятным вводно-воздушным, тепловым и пищевым режимом. Преобразование почв в соответствии с требованиями культурных растений называется окультуриванием, а степень соответствия почв требованиям культурных растений – окультуренностью. По мнению ряда авторов, в плодородных почвах идет своеобразный, отличный от природного культурный почвообразовательный процесс.

Плодородие почвы растет вместе с уровнем развития науки и носит относительный характер, оно не может быть выражено какой-то отдельной величиной. Параметры свойств почв разной степени окультуренности одновременно являются мерой уровня плодородия почвы на данной ступени развития науки и техники.

После вовлечения целинной почвы в сельскохозяйственную культуру ее плодородие меняется в зависимости от степени окультуривания почвы, оно может иметь направление улучшения и деградации. Основными факторами воздействия на почву являются: обработка почвы, удобрения и сами культурные растения. Все они действуют на почву двояко, зачастую негативно. Механическая обработка разрушает структуру, способствует минерализации гумуса, с урожаями выносятся элементы питания. Длительное применение кислых минеральных удобрений может существенно подкислить почву и она начнет деградировать. Почва при длительной монокультуре, особенно люцерны, льна, сахарной свеклы, начинает страдать от почвоутомления, поэтому непременным приемом использования плодородных почв должно быть чередование культур.

При культурном земледелии все негативные последствия предусмотрены: возмещается вынос элементов, оструктуривается почва, проводится известкование и т.п. Особенно важное значение имеют гуматы кальция, то есть оптимизация состава обменных катионов и внесение навоза – важнейшие факторы окультуривания.

Почва – основное и незаменимое средство производства, обеспечивающее существование человечества. Вопросы плодородия почв всегда имели социально-экономическое значение, его нельзя рассматривать без контекста социально-экономических отношений. При правильном использовании почва постоянно улучшается, хотя в мире популярна точка зрения, высказанная еще в 1766 году французом А. Тюрго, о наличии закона убывающего плодородия почвы.
Лекция 12. Классификация почв. Почвенный покров мира
Система таксономических единиц. Таксономические единицы в почвоведении (таксоны) – это последовательно соподчиненные систематические категории, отражающие объективно существующие группы почв в природе. Они отражают место или ранг почвы в системе и характеризуют точность их определения.

Современная система таксономических единиц была принята Академией наук СССР в1958 г. В ее основе лежит докучаевское учение о типе почвы, основной таксономической единице.

Тип почвы – группа почв, развивающихся в однотипно сопряженных биологических, климатических, гидрологических условиях и характеризующихся ярким проявлением основного процесса почвообразования при возможном сочетании с другими процессами. Эта группа почв характеризуется однотипным строением почвенного профиля, однотипностью процессов поступления органических веществ и их трансформации, процессов разложения минеральной массы, миграции и аккумуляции веществ, однотипным характером различных почвенных режимов, что в итоге определяет сходство мероприятий по управлению плодородием. В разных странах он называется по-разному: во Франции-agruppe du sol; США, Канаде - great soil grup; Германии- bodentip; ФАО/ ЮНЕСКО- soil unit.

Подтипы почв выделяются в пределах типа и представляют собой группы почв, различающиеся проявлению основного или налагающихся процессов, обусловленных различием в составе почвообразующих пород, гидрологическом режиме, изменением основного признака почв ( дерновые типичные, дерновые оподзоленные и др.). С учетом суммы активных температур (>10 Сº) на глубине 20 см и продолжительности периода отрицательных температур на той же глубине выделяют фациальные подтипы: теплые, умеренные, холодные и т.д.

Роды выделяют в пределах подтипа и показывают влияние местных условий ( химизма и режима грунтовых вод, состав почвообразующих пород) на качественные генетические особенности почв: карбонатность, ожелезнение, реликтовые признаки и т.д.

Виды в пределах рода характеризуют различия в свойствах и строении почв, связанные с особенностями протекания основного почвообразовательного процесса, характером антропогенного воздействия: слабоподзолистые, слабоэродированные, окультуренные.

Разновидности почв определяются по гранулометрическому составу верхних горизонтов и почвообразующих пород: суглинистые, супесчаные и др.

Разряды характеризуют генетические свойства почвообразующих пород: моренные, покровные, флювиогляциальные и другие отложения.

Единицы выше типа окончательно не установлены: это классы и подклассы, ассоциации и семейства, стадии развития почв, т.е. по мере накопления знаний о почвах таксономические единицы, как и классификация, могут корректироваться и дополняться.