почвоведение ганжара. Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений

• Название: Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений
• Анкор: почвоведение ганжара.doc
• Дата: 23.10.2017
• Размер: 7.4 Mb.
• Имя файла: почвоведение ганжара.doc
• Тип: Учебники и учебные пособия; #9693
• страница: 30 из 64

Глава 22. Плодородие почв

Плодородие — это способность почв обеспечивать рост и раз­витие растений. Оно является главным функциональным свой­ством почвы, которое обусловливается составом, свойствами и режимами почв, рассмотренными в предыдущих главах. Измеря­ется плодородие почв продуктивностью фитоценозов и урожайно­стью сельскохозяйственных культур. Однако, продуктивность и урожайность зависят не только от почвенного плодородия, но и от других факторов жизни растений, которые можно разделить на космические (свет и тепло), атмосферные (количество и режим атмосферных осадков, перераспределение тепла, влажность воз­духа, состав почвенного воздуха), литосферные (рельеф, грунто­вые воды, почвообразующие породы), биосферные (фитоценоз, взаимоотношения в биоценозах) и антропогенные. Все перечис­ленные факторы влияют на растение непосредственно (интенсив­ность фотосинтеза, участие в питании, обеспечении влагой и др.) и через свойства почв и их плодородие, которое формируется под воздействием этих факторов. Продуктивность фитоценозов и уро­жайность культур могут быть низкими и высокими, соответствен­но и плодородие может быть низким и высоким, но прямой зави­симости между ними нет в связи с действием других факторов на Растение. Например, на очень плодородных почвах — черноземах " в засушливые годы может быть очень низкий урожай. В этом случае проявляется действие погодного фактора. При анализе уро- 13 193 жайности и продуктивности необходим комплексный подход , учетом всех факторов жизни растения.

1. 
   Виды плодородия
   

Различают следующие виды плодородия: естественное (при­родное), искусственное, потенциальное, эффективное и эконо­мическое.

Естественное (природное) плодородие — это плодородие, ко­торым обладает почва (ландшафт) в естественном состоянии. Оц0 характеризуется продуктивностью естественных фитоценозов.

Искусственное плодородие (естественно-антропогенное, по В.Д.Мухе) - плодородие, которым обладает почва (агроландшафт) в результате хозяйственной деятельности человека. По многим по­казателям оно наследует естественное. В чистом виде - характерно для тепличных грунтов, рекультивированных (насыпных) почв.

Потенциальное плодородие - способность почв (ландшафтов и агроландшафтов) обеспечивать определенный урожай или продук­тивность естественных ценозов. Эта способность не всегда реализу­ется, что может быть связано с погодными условиями, хозяйствен­ной деятельностью. Характеризуется потенциальное плодородие со­ставом, свойствами и режимами почв. Например, высоким потен­циальным плодородием обладают черноземные почвы, низким - подзолистые, однако в засушливые годы урожайность культур на черноземах может быть ниже, чем на подзолистых почвах.

Эффективное плодородие — часть потенциального, реализуе­мая в урожае сельскохозяйственных культур при определенных климатических (погодных) и агротехнологических условиях. Эф­фективное плодородие измеряется урожаем и зависит как от свойств почв, ландшафта, так и от хозяйственной деятельности человека, вида и сорта выращиваемых культур.

Экономическое плодородие — это эффективное плодородие, измеряемое в экономических показателях, учитывающих сто­имость урожая и затраты на его получение.

22.2.Относительный характер плодородия

Относительное плодородие — это плодородие почвы (ланд­шафта) по отношению к определенному виду растений, расти­тельной ассоциации или группе культур. Требования отдельных

194или групп культур к почвенным условиям могут существен- вИД0 личаться. Свойства почв, благоприятные для одних расте- н° ? могут лимитировать урожайность других. Например, мох н^и,нуМ прекрасно себя чувствует на верховых болотных почвах с ьнокислой реакцией среды и высокой влажностью, но его °И ьзя вырастить на почвах с нейтральной или щелочной реакци­ей среды и с нормальными для большинства культур условиями

увлажнения.

В настоящее

время все сельскохозяйственные культуры по отношению к условиям питания разделены на три группы:

1. 
   культуры невысокого выноса питательных веществ: зер­новые, плодовые;
   
2. 
   культуры повышенного выноса: зернобобовые, корнеп­лоды, картофель, саженцы плодовых;
   
3. 
   культуры большого выноса: овощные, некоторые техни­ческие культуры, чай, цитрусовые, виноград.
   

Соответственно их требованиям к условиям питания диффе­ренцированы группировки почв по содержанию элементов пита­ния (Глава 21). Известно отношение многих групп культурных рас­тений к реакции среды, окислительно-восстановительным усло­виям, содержанию водорастворимых солей, повышенной плотно­сти и др. Внутри каждой группы сельскохозяйственных культур (зерновые, овощные, плодовые) также существуют различия от­дельных культур в требованиях к почвенным условиям. Например, из зерновых культур озимая пшеница характеризуется высокой требовательностью к почвенным условиям, а овес - низкой; из овощных, соответственно - огурцы, томаты и редька, редис. Для большинства пропашных культур оптимальной является нейт­ральная и близкая к нейтральной реакция среды, а для картофеля слабокислая. Это создает определенные сложности в регулиро­вании почвенного плодородия, поскольку, как правило, культу­ры выращиваются в условиях севооборотов, и почвы каждого поля севооборота должны отвечать потребностям всех культур се­вооборота. Оптимальное сочетание требований культур и особен­ностей почвенных условий лучше всего может реализоваться в адаптивно-ландшафтных системах земледелия, в которых на пер­вое место ставится задача не изменения свойств почв в соответ­ствии с требованиями культур, а подбор культур для определен­ных почвенных условий. В качестве примера можно привести мно- г°вековой положительный опыт выбора участков под плодовые насаждения, чайные плантации, виноградники, сенокосы и паст­ва и др.Оптимальные параметры — это сочетание количественных и качественных показателей состава, свойств и режимов почвы при котором могут быть максимально использованы все фактор^ жизни растений и наиболее полно реализованы возможности вы­ращиваемых сельскохозяйственных культур.

Теоретической основой оптимизации свойств и режимов почв являются законы и экологические принципы земледелии сформулированные в трудах Ю.Либиха, Г.Гельригеля, Э.Вольни К.А.Тимирязева, В.Р.Вильямса, Э.А.Митчерлиха и др.

Закон незаменимости факторов жизни растений. Отсутствие одного из факторов (свет, вода, тепло, питание и др.) приоста­навливает рост и развитие организма. Ни один из факторов жизии растений не может быть заменен другим.

Закон минимума, оптимума и максимума. Зона оптимума фак­тора жизни растений занимает определенный интервал, в грани­цах которого рост и развитие растений, при обеспеченности их другими факторами, будут наиболее активными.

Закон совокупного действия и оптимального сочетания факто­ров. Изменение одного из факторов жизни растений влечет за со­бой изменение действия других. Наибольшая эффективность дей­ствия — при оптимальном сочетании факторов.

Закон лимитирующего фактора. Недостаток одного фактора сни­жает положительное влияние всех других. Выявление и устранение лимитирующего фактора дает необходимый и наибольший эффект.

Закон соответствия (адекватности) культуры среде произраста­ния. Условия местообитания растений должны соответствовать биологическим требованиям растений.

Закон возврата. Вынос элементов питания с урожаем, а так­же другие потери веществ, связанные с деятельностью человека (эрозионные, усиление растворимости и вымывания и др.), при­водят к снижению уровня плодородия и должны устраняться вне­сением соответствующих удобрений и другими агротехническими и мелиоративными приемами.

Кроме перечисленных законов существует ряд экологичес­ких принципов, которыми руководствуется научное земледелие: плодосмен, уничтожение и подавление конкурентов (сорных ра­стений) возделываемых культур, защита сельскохозяйственных растений от вредителей и болезней, сохранение и восстановле­ние структуры почвы и др., направленные на оптимизацию

ойств почв и условии роста и развития растений, реализую­тся В урожае.

Как уже отмечалось, многие оптимальные параметры могут зличаться в зависимости от требований культуры или группы Ра Ур. Очевидна возможность различий оптимальных параметров ^ почв отдельных природных зон и даже элементов ландшафта в язи с разными климатическими, погодными и другими условия- С и Например, известно, что в условиях южной тайги оптимальны- Мц для большинства культур являются легко- и среднесуглинистые почвы, а в лесостепи - глинистые. Очевидна необходимость диффе­ренциации оптимальных параметров для почв разного грануломет­рического состава и с разным содержанием гумуса.

Тем не менее большинство культур, возделываемых челове­ком, обладает многими общими требованиями к почвенным ус­ловиям, что дает возможность определять диапазон оптимальных параметров свойств почв для преобладающего числа культур. Это можно объяснить тем, что основная часть урожая предназначена для питания человека и животных, и многовековой отбор куль­турных растений привел к общности их требований к почвенным условиям. Нахождение оптимальных параметров состава, свойств и режимов почв для отдельных групп и видов культур является одной из главных задач современного агрономического почвове­дения.

В табл. 22.1 перечислены только наиболее общие, установ­ленные к настоящему времени показатели оптимальных парамет­ров состава, свойств и режимов почв для большинства культур. Имеющиеся сведения об их дифференциации в зависимости от требований культур частично были приведены в соответствующих главах и некоторые будут приведены в последующих.

4. 
   Факторы, лимитирующие плодородие почв
   

К факторам, лимитирующим плодородие почв, относятся показатели состава, свойств и режимов почв, снижающие уро­жай культурных растений и биопродуктивность естественных Фитоценозов. В первом приближении их можно обозначить как Уклонения от оптимальных показателей. Степень отклонения ха­рактеризует уровень лимитирующего фактора и степень сниже­Ния Урожая. Теоретической основой исследований факторов, ли­митирующих почвенное плодородие, являются законы лимити­РУющего фактора и совокупного действия и оптимального соче-

197Состав, свойства и режимы почв	Оптимальные параметры
Минералогический состав	Наличие полевых шпатов, роговых обманок, глинистьпР^ минералов с высокой ЕКО, кальцита
Гранулометри­ческий состав	От супесчаных до глинистых в зависимости от условирГ^' увлажнения
Химический состав	Полиэлементный с отсутствием дефицита и избытка кальция и магния, загрязнения тяжелыми металлами, радионуклидами и другими токсикантами. Содержание гумуса, превышающее критическое на 1% и более. Содержание ЛОВ более 0,2-0,4%
Физико­ химические свойства	ЕКО более 10 мг-экв для супесчаных и более 15 мг-экв7[ля" суглинистых. Преобладание в составе ППК кальция и магния. Степень насыщенности основаниями более 55-70%. Реакция среды - близкая к нейтральной
Агрохимические свойства	Оптимальное содержание элементов питания в " соответствии с зональными группировками
Общие физичес­кие свойства	Общая порозность 55-65%, плотность 1,0-1,3 г/см*3
Структура	Содержание агрономически ценных водопрочных агрегатов (0,25-10 мм с порозностью более 45%) более 55% массы почвы
Водные свойства и запасы влаги	Запасы воды в диапазоне ВРК-НВ, 30-50 мм в пахотном слое, 100-200 - в метровом
Воздушные свой­ства и состав поч­венного воздуха	Порозность аэрации более 20% объема почвы. Содержание СОг 0,03-2(3)%; Ог- 19-20%
Окислительно- восстановитель­ные условия	ОВП (Eh) 400-600 мВ

тания факторов жизни растений.

Следует различать общепланетарные лимитирующие факто­ры, характерные для почв всех природных зон, внутризональныс (региональные), характерные для определенных зон и регионов, и местные, характерные для небольших территорий.

К общепланетарным можно отнести: недостаточную обеспе­ченность элементами питания, повышенную плотность, неудов­летворительную структуру, пониженное содержание легкоразла- гаемого органического вещества.

К внутризональным (региональным) - повышенную кис­лотность, повышенную щелочность, недостаток и избыток влаги, эродированность и дефлированность почв, каменистость, засо­ленность, солонцеватость и др.fc местным факторам, лимитирующим почвенное плодоро- можно отнести локальное загрязнение почв радионуклидами Тяжелыми металлами, нефтепродуктами, нарушение почвенно- И покрова горными выработками и др.

Г° Для ряда свойств почв и режимов определены критические овни показателей, при которых резко ухудшаются другие агро- мически важные свойства и режимы почв и резко снижается Н жай растений или его качество (табл. 22.2).

В почвах с низким естественным плодородием выделяют освоенные, окультуренные и культурные разности. Освоенные почвы формируются в условиях низкой агротехники, при нере­гулярном внесении невысоких доз органических и минеральных

22.2. Критические уровни показателей состава, свойств и режимов почв

Состав, свойства и режимы почв	Критические параметры
Минералогическии состав	Преобладание кварца, более 98%
Гранулометри­ческий состав	Песчаные почвы в аридных областях, глинистые - в гумидных. Высокая степень каменистости
Химический состав	Преобладание оксидов кремния (более 98%). Содержание гумуса менее 1% в почвах с фульватным составом гумуса и менее 2% — с гуматным. Содержание ЛОВ менее 0,1%. Содержание водорастворимых солей более 0,6-2% в зависимости от вида солей. Повышенные концентрации тяжелых металлов и токсикантов, превышающие ПДК, и радионуклидов
Физико­ химические свойства	ЕКО менее 5 мг-экв/100 г почвы. Степень насыщенности основаниями менее 50%, pHKci ниже 4,5-5. Содержание обменного натрия более 10-15% от ЕКО, сильнощелочная реакция среды рНнго более 8,5
Агрохимические свойства	Содержание элементов питания очень низкое и низкое в соответствии с зональными группировками обеспеченности
Общие физичес­кие свойства	Плотность более 1,4-1,5 г/см3, общая порозность менее 40%
Структура	Содержание агрономически ценных агрегатов менее 40%
Водные свойства и запасы влаги	Влажность, соответствующая ВЗ, водопроницаемость - ниже 30 мм/час
Воздушные свой­ства и состав поч­тенного воздуха	Порозность аэрации менее 15%. Содержание С02 более 3%; 02 — менее 10-15%
^кислительно- в°сстановитель- «^1Йеусловия	ОВП (Eh) ниже 250 мВ

удобрений. Окультуренные и культурные - формируются При высокой агротехнике, регулярном внесении органических и \1и неральных удобрений и проведении необходимых мелиоратив ных мероприятий (осушение, орошение, известкование, внссс ние высоких доз торфа, пескование глинистых почв, глиновц- ние - песчаных и др.). В результате мероприятий, направленных на устранение лимитирующих факторов, плодородие о культур ренных почв существенно выше по сравнению с освоенными аналогами.

Процесс противоположный окультуриванию предложено на­зывать выпахиванием. Выпахивание — снижение уровня плодоро­дия пахотных почв, ухудшение агрономических свойств (сниже­ние содержания гумуса, обесструктуривание, переуплотнение, почвоутомление) в результате использования их при низком уровне поступления источников гумуса (органических удобрений и послеуборочных остатков) в течение ряда лет. В настоящее вре­мя ведутся научные исследования по количественной оценке сте­пени выпаханности. Выпаханными могут быть как освоенные, так и в разной степени окультуренные почвы. В выпаханных почвах наиболее часто проявляется почвоутомление и фитотоксичность почв, резко снижающие урожай растений.

Почвоутомление — многофакторное явление, проявляющее­ся в агроценозах, особенно в условиях монокультуры. А.М.Грод- зинский (1965), В.Т.Лобков (1964) выделяют следующие, наибо­лее существенные причины почвоутомления:

• 
  односторонний вынос питательных элементов, наруше­ние сбалансированного питания растений;
  
• 
  изменение физико-химических свойств почв, сдвиг pH;
  
• 
  ухудшение структуры и водно-физических свойств почв;
  
• 
  нарушение биологического режима, развитие патогенной микрофлоры (грибов Fusarium, Penicilliumn и др., бакте­рий Pseudomonas, некоторых актиномицетов);
  
• 
  накопление фитотоксичных веществ (колинов) - произ­водных фенолов, хинонов и нафтизина, обусловливаю­щих токсичность почв;
  
• 
  размножение вредителей и злостных сорняков.
  

Почвоутомление рассматривается как результат наруше­ния экологического равновесия в системе почва-растснис вследствие одностороннего воздействия на почву культурных растений.

22 5-Атмосферные, литосферные, биосферные и антропогенные факторы продуктивности фитоценозов и урожайности сельскохозяйственных культур

Атмосферные факторы. Обычно они рассматриваются вместе космическими, как погодно-климатические: солнечная радиа­ция, количество и распределение атмосферных осадков, сумма активных температур, годовой ход температур, длительность без­морозного периода, относительная влажность воздуха, условия перезимовки растений, ветровой режим. К атмосферным факто­рам относится и состав атмосферного воздуха (углекислый газ, нитраты, аммиак, аэросуспензии и аэрозоли, водорастворимые соли и др*)*

Солнечная радиация - основной источник тепла и света. Ин­тенсивность радиации зависит от широты местности, характера подстилающей поверхности, облачности, времени суток, време­ни года. Наибольшие различия наблюдаются в приходе прямой солнечной радиации на северные и южные склоны. Южные - по­лучают больше солнечной радиации по сравнению с прямой по­верхностью, а северные — меньше.

Растения в процессе фотосинтеза усваивают только часть приходящей энергии солнца, которая называется фотосинтети­чески активной (ФАР). ФАР — световые лучи с длиной волны от

0. 
   38 до 0,71 мкм. Часть ФАР, используемую растениями для фото­синтеза и выраженную в процентах, называют коэффициентом использования ФАР. По А.А.Ничипоровичу, посевы сельскохо­зяйственных культур по использованию ФАР можно разделить на следующие группы: обычные 0,5-1,5%; хорошие - 1,5-3,0; рекор­дные 3,5-5,0 и теоретически возможные - 6-8%. Величина ФАР зависит от широты местности и на территории России изменяется от 0,4-0,6 млн МДж/га в тундре до 2,5-2,9 млн МДж/га на Север­ном Кавказе.
   

По приходу ФАР производят расчеты потенциальной биоло­гической урожайности. При коэффициенте использования ФАР 3% она составляет от 10-15 т/га в год в северной тайге до 30­35 т/га в год сухого вещества на Северном Кавказе. В тропиках воз­можная биологическая продуктивность при коэффициенте ис­пользования ФАР 3% может составлять 45-67 т/га в год.

Обеспеченность теплом. Кроме суммы активных температур в°здуха, которая отличается от суммы активных температур по­Чвы за период вегетации, на продуктивность агроландшафтов влияют адвективные, радиационные и адвективно-радиационныс заморозки. Адвективные — обусловлены наступлением волны хо лода с температурой ниже 0°С, радиационные - интенсивной 0т. дачей тепла с поверхности в безветренные ясные ночи. Наиболее подвержены заморозкам отрицательные формы рельефа. Условия перезимовки растений определяются температурами воздуха и высотой снежного покрова.

Обеспеченность влагой. Кроме количества осадков и их рас­пределения по месяцам большое значение имеет относительная влажность воздуха. Многие культуры, в частности чайный куст виноград, требуют повышенной влажности воздуха — 60-80%.

Ветровой режим существенно влияет на урожайность куль­турных растений. При высоких скоростях ветра наблюдается поле­гание посевов, повреждение цветков и завязей плодовых и других растений. Суховеи действуют на транспирацию и фотосинтез рас­тений, ухудшают качество и снижают урожай.

Литосферные факторы - рельеф, грунтовые воды, почвооб­разующие породы. Они влияют на растение не только опосредо­ванно, через почву, но и прямо.

Рельеф - перераспределитель тепла и влаги. Он формирует микроклиматические условия. Разные элементы рельефа отлича­ются не только влажностью почв, но и влажностью приземного слоя воздуха. Различия в температурах разных форм рельефа могут достигать 3-5°С, в длительности безморозного периода - 15­25 дней, в суммах температур в безморозный период — 150-200°С.

Почвообразующие породы. Глубина их залегания, карбонат- ность, засоленность, сложение учитываются при выборе участков под плодовые культуры. Установлено, что многие почвообразую­щие породы обладают плодородием. Например, эффективное пло­дородие лессов и лессовидных суглинков, аллювиальных отложе­ний при внесении минеральных удобрений соизмеримо с плодо­родием гумусовых горизонтов черноземов (Бекеревич Н.Е., Ма­сюк Н.Т., 1983). В.А.Ковда объясняет плодородие почвообразую­щих пород, как остаточное от древних стадий почвообразования.

Грунтовые воды. Глубина их залегания, степень минерализа­ции, состав солей учитываются в мелиоративной практике при землеустройстве территорий. Эти показатели оказывают большое влияние на рост и развитие плодовых культур и являются ведущи­ми при выборе участков под плодовые насаждения.

Литосферные факторы плодородия труднее поддаются или вообще не поддаются регулированию, поэтому их необходима максимально учитывать в системах земледелия

.Биосферные факторы - эволюция фитоценозов, внутривидо- аЯ и межвидовая конкуренция, паразитизм, симбиоз, аменса- изм и другие взаимоотношения в биоценозах оказывают значи­тельное влияние на их продуктивность. Например, паразитарный комплекс Choristoneura murinana. В Европе гусеница этой бабочки наносит большой ущерб лиственнице. Аменсализм - это явление, состоящее в торможении роста одного вида (аменсала) продукта­ми выделения другого. Например, ястребинка (Hieracium pilosella) из семейства сложноцветных благодаря выделению корнями ток­сичных веществ вытесняет другие однолетние растения и образует чистые заросли на довольно больших площадях (РДажо, 1975).

Антропогенные факторы прямого воздействия на растения оказывают влияние как на продуктивность естественных фитоце­нозов (пожары, загрязнение атмосферы токсикантами, вырубка леса и т.д.), так и на урожай культурных растений (вид растения, сорт, качество семян, севообороты, борьба с сорной раститель­ностью, вредителями и болезнями сельскохозяйственных куль­тур, внекорневые подкормки и др.).