почвоведение ганжара. Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений
 Скачать 7.4 Mb.
|
|
Регулирование теплового режима. Тепловой режим почв в пре- 183делах одного типа существенно различается в зависимости от поло жения в рельефе, экспозиции склона, вида сельскохозяйственных угодий, наличия мелиоративных систем (орошения, осушения) частоты и периодичности рыхления и др. В этой связи перспективно внедрение адаптивно-ландшафтных систем земледелия, в которых осуществляется подбор культур, наиболее приспособленных к уело- виям теплообеспеченности ландшафтов. В таежно-лесной и лесостепной зонах мероприятия направлены на повышение теплообес- печенности сельскохозяйственных культур: снегозадержание, поливы теплой водой, мульчирование, дымовые завесы, гребневые и грядовые посевы, закрытый грунт (теплицы, парники). В южных районах орошение, кулисные посевы, лесополосы, мульчирование светлыми материалами предохраняют почву от перегрева. Глава 21. Биологический и питательный режим почв
Почвенная биота является составной частью почв. С одной стороны, функционирование живых почвенных организмов в значительной степени зависит от свойств твердой, жидкой и газовой фазы почв, с другой, они сами формируют свойства этих фаз. Им принадлежит ведущая роль в формировании почвенного плодородия. Местообитанием мезо- и микрофауны в основном является система пор, занятых водой и воздухом. Для микроорганизмов почва представляет сложную гетерогенную систему микросред с резко различающимися свойствами. От 80 до 90% бактериальных клеток в почве удерживается на поверхности или внутри почвенных агрегатов (рис. 21.1). Это явление получило такое же название,  Рис. 21.1. Схема строения структурной почвы как среды обитания микроорганизмов (по Д.Г.Звягинцеву, 1987):
в коллоидной химии — адсорбция, или адгезия (прилипание), губные споры большей частью обнаруживаются на поверхности vriHbix частиц, иногда внутри агрегатов, а гифы развиваются на паническом субстрате. Адгезия клеток на твердых поверхностях ^чвенных частиц предотвращает их вымывание и повышает ус- ойчивость к воздействию неблагоприятных факторов. Т Наличие в почве влаги — обязательное условие для активной недеятельности микроорганизмов. При очень низкой влажности многие виды микроорганизмов могут поддерживать жизнедеятельность за счет свободной внутриклеточной воды и, так называемой, метаболической, образующейся при внутриклеточном распаде углеводов. На жизнедеятельность микроорганизмов большое влияние оказывают состав и концентрация почвенного раствора, осмотическое давление, реакция среды. В кислых почвах увеличивается роль грибов, устойчивых к низким значениям pH, но тормозится развитие азотобактера, нитрификаторов. Оптимум pH для большинства бактерий и аюгиномицетов — 6-8, для грибов - 3-5. Почвенный воздух и его состав оказывают сильное влияние на численность и состав микроорганизмов. В то же время микроорганизмы являются ведущим фактором изменения состава почвенного воздуха. Благодаря их деятельности почва поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Многие микроорганизмы переносят повышенные концентрации углекислого газа (до 10-12%). По отношению к кислороду микроорганизмы делятся на аэробы, облигатные и факультативные анаэробы и микроаэрофилы. Последняя группировка объединяет большинство почвенных микроорганизмов. Для них оптимальными являются условия с пониженным содержанием кислорода в среде. Тепловой режим почвы является одним из главных факторов жизнедеятельности микроорганизмов. По отношению к температуре выделяют мезофильные, термофильные, психрофильные и термотолерантные группировки (рис. 21.2). Большинство почвенных микроорганизмов - мезофилы с оптимумом роста при 26- 30°С. Среди актиномицетов и бактерий есть термофилы, минимальная температура роста которых выше 30°С, а оптимальная — 50-б0°С. Выше 65°С способны существовать только бактерии, а пРи температуре выше 90° - архебактерии. Наиболее низкотемпературная группа почвенных организмов — дрожжи. Оптимум для многих видов дрожжей — 12-15°, а выше 18-20° они прекращают Рост. Есть данные о значительном участии дрожжей в разложении Растительных остатков в холодное время года.  Рис. 21.2. Разделение микроорганизмов на группы по температурным границам роста (по И.П.Бабьевой и Г.М.Зеновой, 1989) Распределение микроорганизмов в почвенном профиле связано с содержанием органического вещества, температурой и влажностью. Наиболее высокая их численность наблюдается в органогенных горизонтах, особенно в прикорневой зоне — ризосфере. С составом и численностью микроорганизмов тесно связана ферментативная активность почв. Ферменты катализируют важнейшие реакции трансформации органических и органоминеральных веществ в почвах и активно участвуют в процессах почвообразования и в формировании почвенного плодородия (см. Главу 6). Гетерогенность микросред в почве с резкоразличающимися условиями обусловливает многообразие состава и численности различных групп микроорганизмов как в пределах одного почвенного профиля, так и в почвах зонального ряда с разными экологическими условиями. Биологический режим характеризуется численностью, активностью, составом почвенных микроорганизмов в разные периоды года. Комплексным показателем биологического режима является биологическая активность почв. Она характеризует емкость и интенсивность трансформации органических и органо-минеральных веществ в почвах. Для характеристики биологической активности используют показатели численности различных групп микроорганизмов и активности различных ферментов. Интегральным показателем биологической активности многие исследователи считают продуцирование почвой углекислого газа или поглощение кислорода за определенный промежуток времени (час, сутки, год). Биологический режим почв агроландшафтов тесно связан с яйственной деятельностью. Основными факторами, определявшими биологический режим почв в агроценозах, являются: 10 _ количество послеуборочных остатков и нормы органических удобрений;
Регулирование биологического режима почв осуществляется мероприятиями, направленными на обеспечение почв оптимальным количеством источников питания (послеуборочные остатки и органические удобрения), регулирование реакции среды (известкование, гипсование и др.), регулирование водного, воздушного и теплового режимов (мелиоративные и агротехнические мероприятия), предотвращение и снижение уровня загрязнения токсикантами, патогенными и токсикогенными микроорганизмами.
Свойства почв, учитываемые при определении вида, доз и норм минеральных и органических удобрений и химических мелиорантов, получили название — агрохимические. Главными из них являются: содержание гумуса, легкоразлагаемого органического вещества, емкость катионного обмена, состав поглощенных катионов, реакция среды, содержание усвояемых форм элементов питания (азота, фосфора, калия и микроэлементов). Азот в почвах. Валовое содержание азота в почве тесно связано с содержанием гумуса и изменяется от 0,02-0,05% в песчаных Дерново-подзолистых почвах до 0,2-0,5% в пахотном слое черноземов. Основные запасы азота (93-99%) находятся в составе органического вещества (3-5% от его массы). Накопление азота в почве обусловлено биологической аккумуляцией его из свободного ^ота атмосферы (рис. 21.3).CHIT CO2 N2 Ж] L  Рис. 21.3. Схема мобилизации азота в системе “почва — микроорганизмы - растение" и взаимосвязь фотосинтеза и азотфиксации (по М.М.Умарову, 1986) Круговорот азота в природе включает несколько звеньев, в которых главными агентами выступают микроорганизмы (азот- фиксаторы, аммонификаторы, нитрификаторы, денитрификато- ры). Фиксация атмосферного азота осуществляется клубеньковыми бактериями (до 300 кг/га), свободноживущими азотфиксато- рами (от 5-15 до 100 кг/га) и ассоциативными (ризосферными) бактериями — 10-100 кг/га в год (Умаров М.М., 1980). Разложение азотсодержащих органических соединений приводит к высвобождению азота в форме аммиака (аммонификация). Затем аммиак окисляется последовательно до нитритов и нитратов (нитрификация). Окисленный азот вновь восстанавливается до газообразной формы в процессе денитрификации. Азот органических веществ недоступен для растений. Основная роль в питании растений принадлежит минеральным формам азота: нитратному (N03) и аммиачному (NH4). Содержание минеральных форм азота в пахотном слое в среднем составляет 30-100 кг/га (5-30 мг/кг почвы). Показатели содержания минеральных форм азота динамичны во времени, их используют для определения необходимости подкормок и для расчета норм азотных удобрений. Легкогидролизуемый азот является основным резервом доступных для растений форм. Он содержится в легкоразлагаемом органическом веществе: послеуборочных остатках, органических удобрениях, детрите. Существенное количество азота поступает и почвы с атмосферными осадками — до 10-15 кг/га в год, который используется растениями. Очень остро стоит проблема регулирования азотного питания растений. Недостаток азота резко сказывается на величине 188 ая. На получение 1 т зерна вместе с соломой требуется от 30 jjj°40 кг азота. ^ Избыток азота, связанный с внесением высоких доз органи- ких (более 100 т/га) и минеральных удобрений, может приво- че к загрязнению почв, почвенно-грунтовых вод нитратами и Д коплению их в сельскохозяйственной продукции. Многие азотные удобрения (сульфат аммония, мочевина, без- ный аммиак и др.) являются физиологически кислыми и приво- в к существенному подкислению реакции почвенного раствора. Поэтому при их применении предусматривают внесение в почву дополнительного количества извести (от 40 до 170 кг на 100 кг удобрений в зависимости от их вида) для нейтрализации кислотности. От 15 до 25% азотных удобрений теряется в газообразном виде в результате процесса денитрификации. Снижение потерь достигается применением гранулированных удобрений, слаборастворимых азотных туков, дробным внесением удобрений. Предложены и дают положительные результаты химические ингибиторы нитрификации (Э.А.Муравин, 1989). Далеко не решена проблема биологического азота в земледелии. Регулирование процессов азотфиксации, аммонификации, нитрификации и денитрификации - актуальная задача сегодняшнего дня. Фосфор в почвах. Валовое содержание фосфора в почвах составляет 0,03-0,2%, или 1-6 т/га в пахотном слое. Основным источником фосфора в почвах служат труднорастворимые минералы группы апатита, главным образом фторапатит. В почве фосфор находится в форме минеральных и органических соединений. Органические соединения представлены нуклеиновыми кислотами, нукле- опротеидами, сахарофосфатами, гумусовыми веществами и др. Минеральные соединения фосфора содержатся в почвах в виде солей кальция, магния, железа и алюминия ортофосфорной кислоты, в поглощенном состоянии - в виде фосфат-иона, а также в составе минералов апатита, фосфорита и вивианита. В почвах с кислой реакцией среды преобладают фосфаты железа и алюминия, с нейтральной и слабощелочной — фосфаты кальция. Основная часть как органических, так и минеральных соединений фосфора в почвах недоступна растениям. Фосфор в составе органических соединений становится доступным после их минерализации, с участием ферментов фосфолитаз, фосфотаз, фитаз и Др. Мобилизация фосфора из минеральных соединений проис- х°Дит в основном под действием кислот, продуцируемых микро- °Рганизмами, в том числе углекислоты. Наиболее благоприятная 189реакция среды для усвоения фосфат-ионов растениями - слабо, кислая (pH 6-6,5). Для характеристики уровня обеспеченности почв зонального ряда подвижными (усвояемыми) формами фосфора используют различные вытяжки в связи с разной реакцией среды (от кислой до щелочной) и наличием карбонатов, в южных почвах (табт
Подвижность, или способность почвенных фосфатов переходить в почвенный раствор (фактор интенсивности) характеризуется фосфатным потенциалом (отрицательный логарифм квадратного корня из произведения растворимости монокальцийфосфа- та - Са(Н2Р04)2). Чем выше фосфатный потенциал, тем труднее переходит фосфор в почвенный раствор, тем менее благоприятные условия создаются для питания растений фосфором. Для характеристики фосфатного состояния почв используют фосфатную буферную способность — способность почвы поддерживать постоянную концентрацию фосфора в почвенном растворе, которая зависит от фактора емкости (запаса растворимых фосфатов в твердой фазе почв) и от кинетических параметров - скорости раство-
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||