Агрономическое значение структуры почвы

СТРУКТУРА ПОЧВЫ

Лекция 12

Почвоведение

В почвах механические элементы находятся в раздельно-частичном состоянии или соединяются под действием разнообразных сил в комки разной формы и размера, которые называют почвенными агрегатами. В разлельно-частичном состоянии механические элементы обычно содержатся в песчаных и супесчаных почвах, а формирование агрегатов происходит в почвах с более тяжелым гранулометрическим составом. Особенно отчетливо образование агрегатов выражено в тяжелосуглинистых и глинистых почвах, что связано с наличием в них значительного количества коллоидных частиц. Однако под влиянием природных и антропогенных факторов суглинистые и глинистые почвы бывают не только структурными) но и бесструктурными или малоструктурными.

Почвенный агрегат (структурная отдельность) представляет собой определенное количество механических элементов, объединенных в единое целое в результате слипания и склеивания под влиянием абиотических и биологических факторов.
Совокупность агрегатов различного размера, формы и качественного состава называют почвенной структурой, а способность почвы распадаться на агрегаты при механическом воздействии — структурностью.

При оценке почвенной структуры необходимо учитывать, что это не только один из основных морфолого-генетических признаков почвы, но и важнейший показатель ее агрофизического состояния.

Как морфологический признак структура любой формы и размера бывает хорошей или хорошо выраженной (комковато-зернистая, листоватая, столбчатая и т. д.), но при этом не всегда представляет ценность с агрономической точки зрения.

К агрокомически ценным относят агрегаты 0,25...10 мм. Если при механическом воздействии почва распадается на агрегаты, преимущественно укладывающиеся в этот интервал, то ее считают структурной. В случае, когда почва не распадается на структурные отдельности, а имеет сыпучее состояние, как песок или пыль, то ее относят к бесструктурной раздельно-частичной. Если почва представлена большими бесформенными массами, то ее считают бееструктурной глыбистой, или массивной.

Кроме размера агрономическая ценность структуры характеризуется связностью (механической прочностью) водопрочностью и пористостью агрегатов.

Под связностью понимают способность агрегатов не разрушаться при механическом воздействии Связность возрастает с увеличением количества илистых и коллоидных частиц, участвующих в формировании агрегатов. Высокую механическую прочность имеют агрегаты глинистых я по гранулометраческому составу иллювиальных горизонтов, например солонцовых. В сухом состоянии они разрушаются с большим трудом, однако в воде легко распадаются на механические элементы. Агрономически ценная структура должна отличаться не только механической прочностью но и водопрочностью.

Водопрочность — способность агрегатов длительное время противостоять размывающему действию воды. Она зависит от качества материала, склеивающего механические элементы.

Водопрочность почвенной структуры имеет двойственную природу, поэтому не все водопрочные агрегаты относят к агрономически ценным. Одни агрегаты образуются за счет необратимой коагуляции коллоидов и благодаря клеющей способности органических веществ. Эти агрегаты характеризуются рыхлой упаковкой высокой пористостью (>45%), легко впитывают воду, в их поры свободно проникают корневые волоски и микроорганизмы. Именно такие агрегаты относят к агрономически ценным. Они обеспечивают благоприятный водно-воздушный режим почв.

Другие агрегаты обладают водопрочностью благодаря очень плотной упаковке слагающих их частиц. Вследствие этого они характеризуются низкой пористостью (30-40%), представленной в основном тонкими неактивными порами, в которых вода находится преимущественно в связанном состоянии и недоступна растениям. В эти поры корневые волоски и микроорганизмы проникают с трудом или вообще не проникают. Такие агрегаты характеризуются ложной водопрочностью и не относятся к атрономически ценным.

От структурного состояния зависят водный, воздушный и тепловой режимы почвы, с которыми) в свою очередь, связаны окислительно-восстановительный питательный и микробиологический режимы. Структура влияет на физические и физико-механические свойства почвы — плотность сложения, пористость коркообразование, связность и удельное сопротивление при обработке.

Особенно контрастные различия обнаруживаются при сопоставлении структурных и бесструктурных почв.

В структурной почве создаются оптимальные условия водно-воздушного и теплового режимов. Благодаря наличию водопрочных агрономически ценных агрегатов в структурной почве присутствуют поры различного размера — от самых тонких капилляров в агрегатах и на их стыках до более крупных пор с диаметром в несколько миллиметров и более. Между агрегатами преобладают некапиллярные поры (поры аэрации), а внутри агрегатов — капиллярные. Некапиллярные поры имеются и внутри структурных отдельностей (рис.). Они обеспечивают благоприятный баланс между водой и воздухом. При выпадении атмосферных осадков или поливах вода по крупным порам легко просачивается вниз, глубоко промачивая почву. По мере передвижения она рассасывается по капиллярным ходам структурных отдельностей, высвобождая поры аэрации, которые быстро заполняются воздухом. Благодаря высокой водопроницаемости и влагоёмкости структурная почва практически полностью впитывает влагу, поступающую на ее поверхность, предотвращает поверхностный сток и развитие эрозии. Даже при увлажнении до предельно-полевой влагоемкости в такой почве сохраняется хороший воздухообмен и протекают окислительные процессы. Одновременное присутствие воды и воздуха обеспечивает благоприятный тепловой режим почвы. При наличии в структурной почве некапиллярных пор уменьшаются скорость и высота капиллярного передвижения воды, вследствие чего снижается интенсивность испарения влаги с поверхности. Благодаря этому в засушливых регионах тормозится концентрирование почвенных растворов и замедляется процесс засоления почв.

При наличии доступной влаги хорошая аэрация способствует активизации микробиологических процессов и улучшению питательного режима почв за счет предотвращения денитрификации и образования активных форм полуторных оксидов, связывающих фосфаты в труднорастворимые соединения.

По мере оструктуривания уменьшаются плотность, связность и липкость почвы, благодаря чему снижаются энергетические затраты на механическую обработку и появляется возможность проводить ее при более высокой влажности почвы.
Совершенно иная ситуация складывается в бесструктурной почве. Для нее характерно раздельно-частичное состояние, которое обусловливает плотную упаковку частиц и развитие в основном тонкокапиллярной пористости. Поэтому суглинистые и глинистые бесструктурные почвы имеют плохую водопроницаемость, неудовлетворительную влагоемкость и недостаточные запасы влаги, доступной для растений. Такие почвы плохо впитывают выпадающие осадки, в результате чего часть воды расходуется на испарение или теряется с поверхностным стоком, что приводит к развитию эрозии. В то же время бесструктурные почвы характеризуются очень высокой капиллярной проводимостью, вследствие чего по капиллярам вода легко поднимается к поверхности почвы и испаряется в атмосферу. Испарению воды в большой степени способствует корка, которой бесструктурная почва неизменно заплывает после каждого дождя или полива и которая сильно препятствует всходам растений. В результате интенсивного физического испарения запасы воды в бесструктурной почве быстро исчерпываются и она покрывается глубокими трещинами.

В бесструктурных почвах вода и воздух играют роль антогонистов, поэтому такие почвы характеризуются очень напряженным водно-воздушным, а значит, и тепловым режимами, которые резко изменяются во времени.

Во влажном состоянии все промежутки в бесструктурной почве заполнены водой, которая вытесняет из пор воздух. В результате этого развиваются анаэробные процессы, ведущие к потерям азота благодаря денитрификации, образованию закисных форм железа и марганца, вредных для растений, происходит накопление подвижных несиликатных форм полуторных оксидов, связывающих фосфаты в труднорастворимые соединения. Дефицит кислорода и ухудшение питательного режима оказывают негативное влияние на развитие культурных растений.
В дальнейшем, по мере подсыхания, почва быстро теряет капиллярную влагу. Ее поры заполняются воздухом, анаэробные процессы сменяются аэробными. При достаточной обеспеченности кислородом растения страдают от недостатка влаги. Кроме того, из-за частого чередования окислительных и восстанови- тельных условий усиливается минерализация органического вещества.

Бесструктурные почвы характеризуются высокой плотностью, связностью и липкостыо. Поэтому при обработке их удельное сопротивление повышается, развитие корневой системы растений замедляется.

Благоприятное влияние на агрономические свойства почв оказывает и микроструктура при условии ее пористости и водопрочности. Наиболее ценные агрегаты размером 0,25-0,01 мм. Менее ценны агрегаты размером менее 0,01 мм, поскольку при высоком содержании они затрудняют воздухо- и водопроницаемость и увеличивают испаряющую способность почвы.

Оптимальный размер структурных агрегатов неодинаков в почвах различных зон- Во влажных зонах благоприятны агрегаты размером около 10 мм, так как они обеспечивают лучшую водо- и воздухопроницаемость, а в заболоченных почвах и водоотдачу. В засушливых и сухих зонах, где почвы хорошо аэрируются и большое значение имеет сохранение влаги, предпочтительнее агрегаты мелкого размера. Однако если в пахотном слое содержится менее 50% агрегатов крупнее 1 мм, то почва подвержена ветровой эрозии.

Таким образом, степень оструктуренности суглинистых и глинистых почв сильно влияет на их агрофизические свойства и режимы. Во всех случаях на почвах одного типа, одной генетической разности и в сходных агротехнических условиях структурная почва всегда характеризуется более благоприятными для сельскохозяйственных культур показателями, нежели бесструктурная.