почвоведение ганжара. Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений
 Скачать 7.4 Mb.
|
|
139 и используется, так называемые, “принятые” коэффициенты гумификации (Кг) источников гумуса и коэффициенты минерализации гумуса (Кмг). Выше рассматривались методические вопросы определения этих коэффициентов. Использование подобных коэффициентов вызывает ошибку в расчетах, значительно превышающую (на 100% и более) сальдо баланса, что позволяет сделать вывод о непригодности методов расчета баланса гумуса для практических целей. Их принятие основывается на приближенных оценках прихода и расхода гумуса. Не корректна постановка задачи достижения бездефицитного и положительного баланса гумуса. Данные результаты длительных опытов (рис 14.3) убедительно показывают, что во всех вариантах опытов, даже под монокультурой зерновых, баланс гумуса со временем становится бездефицитным и поддерживается за счет послеуборочных остатков и, частично, за счет поступления веществ с атмосферными осадками. Для обеспечения положительного баланса гумуса необходимо внесение постоянно возрастающих норм органических удобрений (для сдвига квази-равновесного состояния), что вряд ли всегда целесообразно. При постоянной, даже высокой, норме органических удобрений положительный баланс со временем сменяется бездефицитным. Поэтому, исходя из вышеизложенных положений, более корректно ставить задачу достижения определенного уровня гумусированности. Для целей прогноза более перспективным является выявление уровней стабилизации содержания и запасов гумуса на основе анализа результатов длительных опытов (Ганжара Н.Ф., 1988). При этом целесообразно рассчитывать предельную величину накопления гумуса из единицы его источников. Например, в длительном опыте, в варианте, где среднегодовая норма органических удобрений составила 16 т/га (4 т/га сухого вещества), содержание гумуса стабилизировалось на уровне 4%, запасы в пахотном слое — 120 т/га; в контрольном варианте, где органические удобрения не вносились, но выращивались те же культуры, уровень стабилизации содержания гумуса составил 3%, запасы в пахотном слое — 90 т/га. Таким образом, среднегодовое поступление 4 т/га сухого вещества органических удобрений обеспечивает предельный прирост гумуса на 1%, или 30 т/га в пахотном слое, предельная величина накопления гумуса при внесении одной тонны органических удобрений составила 7,5 т/га в пахотном слое. К настоящему времени недостаточно разработаны критерии оптимизации гумусового состояния почв. В научной литературе у различных авторов приводится очень широкий диапазон опти- 140 Мальных параметров содержания гумуса — от 1,3 до 6% в дерновоподзолистых почвах и от 3,3 до 7% — в черноземах. Как правило, представленные показатели не имеют экспериментальных обоснований. В последние годы многие исследователи пришли к мнению, что в качестве оптимального содержания следует принимать не единичную и константную величину, а определенный интервал. За нижний предел этого интервала принимается показатель, несколько превышающий критическую величину содержания гумуса, верхний — определяется экономической и экологической целесообразностью повышения гумусированности. Показатели оптимальных параметров должны находиться в соответствии с требованиями отдельных культур или групп культур. Под критическим содержанием гумуса понимается такое, ниже которого существенно ухудшаются агрономические свойства почв и их способность противостоять агрогенным нагрузкам. При критическом содержании гумуса такие показатели как плотность, структурное состояние, физико-механические свойства приближаются к свойствам почвообразующих пород. Это наблюдается при содержании гумуса ниже 1% для дерново-подзолистых суглинистых почв и менее 2% для почв черноземного типа. Исследования и практический опыт свидетельствует о возможности получения высоких урожаев при содержании гумуса, ненамного превышающем эти показатели, при условии достаточного содержания в составе почв легкоразлагаемых органических веществ. Исследованиями Ганжары Н.Ф. и Борисова Б.А. (1997) установлено, что оптимальное содержание легкоразлагаемых органических веществ составляет 0,4-1,2%, или 12-36 т/га в пахотном слое. При таком содержании в составе ЛОВ содержится достаточно азота, чтобы обеспечить получение 50% урожая. Остальные 50% урожая должны формироваться за счет азота из минеральных удобрений. Снижение уровня гумусированности ниже критических показателей возможно под действием эрозионных процессов. Биологические потери гумуса от процессов минерализации приводят к сильной выпаханности почв, но не достигают критических показателей. Напомним, что выпахивание — это деструктивный элементарный почвенный процесс, в результате которого снижается уровень плодородия пахотных почв (снижение гумусированности, обесструктуривание, переуплотнение) из-за их использования при низком уровне поступления источников гумуса. Для количественной оценки степени выпаханности предложен показатель (Ганжара Н.Ф., 1988), характеризующий относительное содержа- 141ние углерода ЛОВ, выраженное в % к общему содержанию углерода гумуса. Почвы с высокой степенью выпаханности нуждаются в первоочередном внесении органических удобрений. В таблице 14.4 приводится ориентировочное количество органических удобрений, требующихся для поддержания содержания ЛОВ на оптимальном уровне в дерново-подзолистых почвах. Таким образом, на преобладающих площадях пахотных угодий России необходимо ставить задачу не повышения уровня гумусированности, а оптимизации содержания и состава легкораз- лагаемого органического вещества, обеспечивающего уровень эффективного плодородия почв. На эродированных почвах, а также в специализированных севооборотах при выращивании овощей, картофеля, в плодово-ягодных питомниках и в ряде других случаев может стоять задача повышения уровня гумусированности почв. Как оптимизация содержания ЛОВ, так и повышение уровня гумусированности осуществляются одинаковыми приемами. Это достигается, прежде всего, за счет научно-обоснованных норм внесения и качества органических удобрений, оптимизации севооборотов с целью увеличения послеуборочных остатков, травосеяния,
инимизации обработок, посевов сидеральных и пожнивных кульМ D В ряде случаев для снижения плотности тяжелых почв и улучше- ,'а волно-воздушного режима вместо повышения уровня гумуси- ни Я - ованности целесообразно использовать мелиоративные дозы рыхлителей в виде торфа, компостов, соломенной резки, агрономическая эффективность которых соизмерима с повышением уровня гумусированности, а экономическая — существенно выше. В этом отношении заслуживает внимание опыт приготовления тепличных грунтов, в которых оптимальное содержание органического вещества составляет 20-30% общей массы и достигается внесением древесной коры, соломенной резки, торфа и др. материалов. Повышение сорбционных свойств легких почв может достигаться внесением сапропеля, низинного торфа и различных компостов. Следует также иметь в виду, что повышение уровня гумусированности очень дорогостоящее мероприятие. Установлено (Ганжара Н.Ф., 1988), что для повышения уровня гумусированности на 1% необходимо увеличить среднегодовую норму органических удобрений на 3-4 т/га (сухого вещества), то есть практически удвоить рекомендуемую в настоящее время норму их внесения. Глава 15. Поглотительная способность и физико-химические свойства почв Основы учения о физико-химических свойствах почв были разработаны в трудах К.К.Гедройца, Г.Вагнера, С.Матсона, Е.Н.Гапона и в более поздних работах И.Н.Антипова-Каратаева, Б.П.Никольского, Н.П.Ремезова, Н.И.Горбунова, С.Н.Алешина и других учёных. Физико-химические свойства почв являются предметом изучения физической и коллоидной химии. Они обусловлены составом и свойствами почвенных коллоидов и их взаимодействием с почвенными растворами.
К.К.Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв: механическую, физическую, физико-химическую, химическую и биологическую. Механическая поглотительная способность — это свойство 143 почвы поглощать твёрдые частицы, поступающие с водой или воздухом, размеры которых превышают размеры почвенных пор. В данном случае почву можно рассматривать как набор сит с отверстиями разного размера. Физическая поглотительная способность (молекулярная адсорбция) — это свойство почвы изменять концентрацию молекул различных веществ на поверхности твёрдых частиц за счёт физического взаимодействия молекул. При этом изменяется величина поверхности и поверхностная энергия. Вследствие стремления дисперсной системы к уменьшению поверхностной энергии происходит концентрация раствора органических кислот, спиртов, высокомолекулярных органических соединений и др. на границе дисперсной фазы и дисперсной среды, то есть положительная физическая адсорбция этих соединений. Многие минеральные кислоты, соли (в том числе нитраты и хлориды), щелочи, некоторые органические соединения повышают поверхностное натяжение воды, отталкиваются от твердых частиц и испытывают отрицательную физическую адсорбцию. Они слабо удерживаются в почве и могут вымываться за пределы почвенного профиля. Физической адсорбции подвергаются пары и газы почвенного воздуха, особенно азот и углекислый газ. Химическая поглотительная способность (хемосорбция) обусловлена образованием труднорастворимых соединений, выпадающих в осадок из почвенного раствора. Например, сорбция фосфатов на поверхности гидроксидов железа и алюминия в почвах с кислой реакцией среды, образование труднорастворимых фосфатов кальция в почвах с нейтральной и слабощелочной реакцией среды, комплексообразовательная сорбция — образование алюмо- и железогумусовых комплексов, глинисто-гумусовых комплексов и др. Биологическая поглотительная способность обусловлена поглощением элементов питания и кислорода почвенного воздуха корнями растений и микроорганизмами. Она характеризуется большой избирательностью поглощения. При этом может возникать конкуренция между растениями и микроорганизмами. Например, при внесении в почву соломы зерновых, в которой низкое содержание азота, разлагающие солому микроорганизмы активно используют почвенный азот и вызывают резкий его недостаток для растений. Физико-химическая поглотительная способность почв обусловлена наличием в их составе почвенного поглощающего комплекса (ППК), представленного почвенными коллоидами. ППК 144 обладает способностью поглощать и обменивать катионы и анионы находящиеся на поверхности коллоидных частиц, на эквивалентное количество ионов почвенною раствора. Физико-химическая поглотительная способность обусловливает физико-химические свойства почв, такие как кислотность, щелочность, буферная способность, которые в значительной степени определяют агрономические свойства и почвенное плодородие. 15.2 Почвенный поглощающий комплекс (ППК) Поглотительной способностью обладают коллоиды (частицы размером 0,2-0,001 мкм) и предколлоидная фракция (частицы размером 0,2-1 мкм). Характерной особенностью этих частиц является наличие большой удельной поверхности (до 50 м2/г), которая определяет их высокую химическую активность. Почвенные коллоиды образуются в процессе почвообразования двумя путями: в результате дробления крупных частиц и путём соединения молекул в более крупные частицы. По составу коллоиды подразделяются на минеральные (глинистые минералы, гидроксиды железа алюминия, кремния и др.), органические (гуминовые и фульвокислоты, белки, полисахариды и органо-минеральные глинисто-гумусовые комплексы, алюмо- и железогумусовые сорбционные комплексы). Минеральные коллоиды подразделяются на кристаллические (глинистые минералы) и аморфные (гидраты оксидов железа, алюминия и кремния). Коллоидная мицелла состоит из ядра (рис. 15.1), слоя потенциалопределяющих ионов, неподвижного и диффузионного слоя компенсирующих ионов. Ионы диффузного слоя способны обмениваться с ионами интермицеллярного (почвенного) раствора, обусловливая физико-химическую поглотительную способность. Коллоидная мицелла электронейтральна, но поскольку основная масса принадлежит грануле, заряд последней рассматривается как заряд всего коллоида. В почве преобладают коллоиды, несущие отрицательный заряд и диссоциирующие в раствор Н-ионы. Такие коллоиды обладают кислотными свойствами и называются ацидоидами (гумусовые кислоты, глинистые минералы, кремнекислота). Кроме того в почвах присутствуют коллоиды, обладающие основными свойствами и диссоциирующие в раствор ОН-ионы, и коллоиды с переменным зарядом. К последним относятся гидроксиды железа и алюминия, протеины, у которых заряд зависит от реакции по-
 Рис.15.1. Схема строения коллоидной мицеллы (по Н.И.Горбунову) чвенного раствора. В кислой среде они ведут себя как базоиды, а в щелочной — как ацидоиды. По степени сродства к воде различают гидрофильные (удерживают повышенное количество воды) и гидрофобные — связывают небольшое количество воды. К гидрофильным коллоидам относятся минералы монтмориллонитовой группы, гумусовые кислоты, гидроксид кремния; к гидрофобным — гидроксиды железа и алюминия, минералы группы каолинита и некоторые др. Чем больше в почве гидрофильных коллоидов, тем в большей степени она набухает (увеличивает объем) при увлажнении.
Коллоиды в почве могут находиться в форме геля (в осажденном состоянии) и в форме золя (в виде суспензии). Под действием различных факторов, влияющих на величину заряда, со- 146 стояние коллоидов может изменяться — гель может переходить в золь и наоборот. Увеличение степени дисперсности коллоидов и переход из геля в золь называется пептизацией. Пептизация гелей происходит Г результате следующих причин, связанных с изменением электрического потенциала и степени гидратации: увеличение щелочности среды; уменьшение концентрации легкорастворимых солей; замена двух- и трехвалентных катионов на одновалентные катионы калия, натрия, аммония. Уменьшение степени дисперсности и переход коллоидов из золя в гель (из суспензии в осадок) называется каогуляцией. Коагуляция происходит при изменении электрокинетичес- кого потенциала частиц и за счёт дегидратации. Изменение элект- рокинетического потенциала может происходить при добавлении электролитов (кислоты, щёлочи, соли). Наименьшей коагулирующей способностью обладают соли одновалентных катионов (калия и натрия), более высокой — двухвалентных (кальция и магния) и наибольшей — трехвалентных (железа и алюминия). Коагуляция за счёт дегидратации происходит при высушивании, нагревании и замораживании коллоидов. Наконец, коагуляция может происходить при взаимодействии отрицательно заряженных частиц (например, гумусовых кислот) и положительно заряженных (гидроксидов железа и алюминия). Коагуляция может быть обратимой (гель может вновь переходить в золь) и необратимой. Чем сильнее коагулирующая способность веществ и процессов, её обусловливающих, тем больше вероятность необратимости коагуляции. Процессы необратимой коагуляции и старения коллоидов играют большую роль в образовании гумусовых и иллювиальных горизонтов, в формировании водопрочных структурных агрегатов, в накоплении продуктов почвообразования в почвенном профиле. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||