Вопрос 14.Фазовый состав почв

Почва – это многофазное природное тело, которое представлено следующими физическими фазами: твердая, жидкая, газовая и живое вещество почвенных организмов. 

Твердая фаза почвы – это ее основа, образующая твердый каркас почвенного тела. Она состоит из остаточных минералов или обломков горной породы и органических веществ - растительных остатков. На поверхности твердых почвенных частиц сосредоточены основные запасы питательных веществ, прежде всего - гумус, микроорганизмы. Свойства почвы, ее богатство и плодородие в значительной мере зависят от состава почвы и величины частиц. Твердые частицы в естественном залегании заполняют не весь объем почвенной массы, а лишь некоторую ее часть. Другую часть составляют поры – промежутки различного размера и формы между частицами и их агрегатами. Суммарный объем пор называется пористостью почв. От пористости зависят водные свойства почвы (водопроницаемость, влагоемкость) и ее плотность. Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, а также сложением, структурой, порозностью. При механическом анализе почвы в ней различают следующие по крупности частицы. Частицы мельче 0,01 мм называют физической глиной, частицы от 0,01 до 1 мм - физическим песком, и частицы мельче 0,0001 мм - коллоидальными частицами. 

Жидкая фаза почвы – это вода в почве, почвенный раствор, заполняющий поровое пространство почвы. Почвенные поры могут составлять от 25 до 70 % общего объема почвы. Во всякой почве содержится вода. Различно только ее содержание. Вода в почву попадает с дождем, снегом, градом, и росой. Иногда она проникает в ее поверхностные слои снизу, поднимаясь вверх по капиллярам. Вода, с растворенными в ней органическими веществами, солями, воздухом и содержащимися микроорганизмами называется почвенным раствором.

В различных почвах, различно и содержание почвенного раствора. Один богат солями (солончаковые почвы), другой органическими веществами (торфяники), третий бедный и тем и другим (пески). Передвигаясь в почве, раствор омывает почвенные частички, таким образом, он забирает из твердых частиц различные вещества, но в то же время и теряет часть. Таким образом, происходит постоянная смена состава почвенного раствора и самой почвы.

Содержание и свойства почвенного раствора зависят от водно-физических свойств почвы и от ее состояния в данный момент. В районах с низкими зимними температурами в холодный сезон жидкая фаза почвы переходит в твердое состояние, при повышении температуры часть почвенной воды может испариться, перейдя в газовую фазу. Жидкая фаза – это «кровь» почвенного тела, служащая основным фактором дифференциации почвенного профиля - главным образом путем передвижения воды в вертикальном и горизонтальном направлении происходит перемещение почвенных растворов, микроорганизмов. Почвенные растворы служат непосредственным источником питания растений. Человек всегда стремился своими разнообразными воздействиями в процессе сельскохозяйственного производства сделать его состав оптимальным для получения наиболее высокой продуктивности агроценозов. Орошение и осушение почв наряду с созданием благоприятного водного режима позволяет разбавить сильно концентрированные растворы, понизить концентрацию соединений железа и других элементов, токсичных для растений. 

Для питания растений большое значение имеет осмотическое давление почвенного раствора. Осмотическое давление – это движение молекул из области более высоких концентраций в область более низких концентраций. При повышении осмотического давления почвенного раствора нарушается нормальное развитие сельскохозяйственных культур. У пшеницы, например, наблюдается задержка кущения, но ускоряются колошение, цветение и созревание, уменьшается урожайность, но увеличивается содержание белка в зерне. 

Газовая фаза почвы или почвенный воздух – это смесь газообразных веществ, заполняющая в почве поры, свободные от воды, состав которой существенно отличается от атмосферного и очень динамичен во времени. Количество воздуха зависит от минерального состава почв. Процесс обмена почвенного воздуха с атмосферным называется газообменом или аэрацией. Растворенный почвенный воздух – это газы, растворенные в почвенной воде. Растворимость газов в почвенной воде возрастает с повышением их концентрации в свободном почвенном воздухе, а также с понижением температуры почвы. 

В сухой почве воздуха больше, во влажной – меньше, поскольку вода и воздух в почве являются антагонистами, взаимно замещая друг друга в общем объеме почвенной порозности. Изменение состава почвенного воздуха происходит, главным образом, вследствие процессов жизнедеятельности микроорганизмов, дыхания корней растений и почвенной фауны. Почвенные грибы образуют разнообразные летучие соединения органической природы и определяют специфический запах земли. К макро газам почвенного воздуха относится азот, кислород, диоксид углерода.

В незначительных количествах в почвенном воздухе присутствуют такие компоненты, как NO₂, NO_3, CO_3, различные углеводороды – этилен, ацетилен, метан, а также сероводород, аммиак, эфиры и другие вещества. Болота часто выделяют самовозгорающиеся и психотропные газы. Обязательно отмечается присутствие инертных газов, в том числе и радиоактивных. Источником последних является распад радионуклидов минеральной части почвы. Естественная радиоактивность почвенного воздуха намного выше атмосферного. 

 Между атмосферой и почвой происходит постоянный газообмен, в процессе диффузии которого в почву проникает кислород и удаляется из нее углекислый газ и некоторые другие газы. Лучше аэрируются верхние слои почв, а также рыхлые, крупнопористые, с хорошей структурой и не переувлажненные почвы. При плохой аэрации, особенно в избыточно увлажненных почвах, содержание кислорода может понизиться до нескольких процентов или даже до десятых долей процента. Недостаток кислорода в почвенном воздухе нарушает нормальную жизнедеятельность корневых систем и растений в целом, а при очень малом содержании или отсутствии его (например, в случае затопления корнеобитаемого слоя почв) может привести к гибели активных корней и растений. Кроме того, недостаток кислорода в почве тормозит процессы разложения органического вещества. При этом в почве могут накапливаться токсичные продукты анаэробного разложения органических веществ, вредные для растений закисные соединения, а также токсичные продукты жизнедеятельности самих корней растений. 

Достаточное содержание кислорода в почве обеспечивает необходимый уровень микробиологической деятельности, дыхание корней растений и почвенных животных, которые являются основными потребителями кислорода. И лишь небольшая его часть расходуется на чисто химические процессы окисления с выделением углекислого газа и воды. Основная масса кислорода в почве расходуется в процессе аэробного дыхания. Дефицит кислорода угнетает развитие корневых волосков, вызывает массовую гибель всходов растений, провоцирует развитие болезнетворных организмов, вызывающих корневую гниль. Концентрация кислорода в почвенном воздухе различных почв в различные сезоны года колеблется от десятых долей процента до 21 %. Растворенный кислород поддерживает окислительные свойства почвенного раствора. Оптимальные условия для растений создаются при содержании кислорода в почвенном воздухе в пределах около 20 %. 

Азот из почвы поступает через корни растений. Он необходим для роста растений, образования белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла. При недостатке азота в почве растения желтеют, отстают в росте. Прямых определений содержания молекулярного азота в почвенном воздухе крайне недостаточно, но исследования динамики содержания молекулярного азота важны для изучения процессов азотфиксации, нитрификации. 

Растворенные почвенные газы проявляют высокую активность. С насыщением почвенного раствора углекислым газом повышается растворимость карбонатов, гипса. Доказано, что диоксид углерода атмосферы на 90 % имеет почвенное происхождение. Биологическое значение этого газа многосторонне. С одной стороны, он обеспечивает ассимиляционный процесс растений (искусственное повышение концентрации CO2 в теплицах вызывает увеличение скорости фотосинтеза и дает 50-100 % пророст урожая). Высокое содержание углекислого газа оказывает отрицательное влияние на семена, корни, урожайность растений.   

Важность роли почв как источника органического вещества, поступающего в реки и далее в моря, отмечал В.И. Вернадский, указывая на то огромное значение, которое имеет в жизни и химических реакциях океана почвенный покров суши, и подчеркивал, что почва и морская вода химически и генетически тесно связаны.  

Живая фаза почвы – это населяющие её организмы, непосредственно участвующие в процессе почвообразования. К ним относятся такие микроорганизмы, бактерии, грибы, водоросли, представители почвенной микро - и мезо- фауны, а именно простейшие, насекомые, черви, и корневые системы.