Виды почвенного плодородия

Лекция 5

Реакция почвы. Плодородие почв. Почвенно-географическое и природно-сельскохозяйственное районирование. Классификация почв. Зональность почвенного покрова

РЕАКЦИЯ ПОЧВЕННОЙ СРЕДЫ

Состав поглощенных катионов определяет многие свойства почв; с ними связаны кислотность и щелочность. Реакция среды имеет существенное значение для направленности почвенных процессов и уровня почвенного плодородия. Кислотно-щелочные условия зависят от типов почв, их подтиповых, родовых различий и могут колебаться в широких пределах.

Кислотность почв

Различают актуальную и потенциальную кислотность.

Актуальная кислотность почв – это концентрация ионов Н⁺ в почвенном растворе в граммах-эквивалентах (моль) на 1 литр, выражаемая величинами pH, где pH = -lg [Н⁺].

Нейтральную реакцию характеризует рН=7, кислую – рН < 7 и щелочную – рН > 7.

Актуальная кислотность определяется в водной вытяжке или суспензии, в связи с чем к индексу рН добавляется буквенный индекс «в» или «Н₂О» (рН_в или pH_Н2О).

Величина pH является наиболее устойчивым генетическим показателем конкретной почвы. Варьирование pH в границах типичных значений составляет 5-10%. Всякое изменение реакции среды приводит к резкой смене характера почвообразования. Ряд почвенных процессов имеет строгую приуроченность к определенным пределам водородного показателя. Это солонцовый процесс, оподзоливание, пептизация и коагуляция коллоидов, ферраллитизация, микробиологические явления и т.д. Антропогенетические изменения pH происходят при окультуривании или деградации почв. Для всех почв величина их pH считается существенным диагностическим критерием.

В почвах рН_в может находиться в пределах от 4 до 8 и более. Крайне низкие значения рН характерны для некоторых торфяно-болотных и болотно-подзолистых почв. Для подзолистых, дерново-подзолистых почв и красноземов рН_в равен 4,5-5,6, для серых лесных оподзоленных – 5,5-6,5, черноземов, каштановых, сероземов – 6,5-7,5, в карбонатных почвах, солонцах, солончаках рН_в более 8,5.

Потенциальная кислотность – это количество обменных ионов Н⁺ и А1³⁺ в составе почвенного поглощающего комплекса, выражаемое в миллиграмм-эквивалентах на 100 граммов почвы (мг-экв/100г). Это кислотность твердой фазы почвы. Потенциальная кислотность подразделяется на обменную и гидролитическую, характеризующиеся как последовательные этапы выделения в раствор дополнительных количеств протонов из твердой фазы почвы.

Обменная кислотность определяется количеством поглощенных Н⁺ и А1³⁺, вытесняемых из почвы катионами нейтральных солей. Обычно для ее определения используют 1 н раствор КС1 (рН около 6,0).

По степени кислотности, определяемой в солевой вытяжке 0,1 н. КСl почвы делятся на:

очень сильно кислые                рН менее 4,0

сильно кислые                           4,1-4,5

средне кислые                           4,6-5,0

слабо кислые                             5,1 -5,5

близкие к нейтральным            5,6-6,0

нейтральные                              рН 6-7

Природа обменной кислотности зависит от состава и свойств почвенных коллоидов. Кислотность органических почвенных коллоидов (гумусовые кислоты) обусловлена главным образом обменным водородом, причем непосредственным источником обменного водорода служат органические кислоты, включая гумусовые, и угольная кислота. Кислотность минеральных коллоидов связана с наличием в почвенном поглощающем комплексе обменных ионов водорода, алюминия или железа. Источником обменных алюминия и железа служат ионы кристаллической решетки глинистых минералов и гидроксидов, мобилизуемые органическими кислотами или присутствующие в почвенном растворе и также внедряющиеся в диффузный слой почвенных коллоидов.

Гидролитическая кислотность определяется количеством поглощенных Н⁺ и А1³⁺, вытесняемых гидролитически щелочной солью (CH₃COONa). Количество образующейся уксусной кислоты, эквивалентное количеству поглощенных водорода и алюминия в почве, определяет величину гидролитической кислотности и ее обозначают как Н_г. Так как нейтральная соль вытесняет лишь часть поглощенного водорода, а гидролитически щелочная соль – почти весь, то гидролитическая кислотность обычно больше обменной.

Гидролитическую кислотность рассматривают как суммарную кислотность почвы, состоящую из актуальной и потенциальной кислотности. Ее величина обусловливает ненасыщенность почв основаниями.

Щелочность почв

Различают актуальную и потенциальную щелочность почв.

Актуальная щелочность обусловлена наличием в почве гидролитически щелочных солей (Na₂CО₃, NaHCО₃, Ca(HCО₃)₂ и др.), которые при диссоциации определяют повышенную концентрацию гидроксил-ионов.

При характеристике актуальной щелочности природных вод и почвенных растворов различают общую щелочность, щелочность от нормальных карбонатов и щелочность от гидрокарбонатов. Эти виды щелочности различаются по граничным значениям рН.

Потенциальная щелочность обусловлена содержанием обменно-поглощенного Na, который может переходить в раствор и подщелачивать его. Характерна для солонцеватых почв. Следовательно, потенциальная щелочность – не что иное как солонцеватость почв.

Сильная щелочность почвы, как и кислотность, оказывает неблагоприятное действие на развитие растений и микроорганизмов, усиливает пептизацию почвенных коллоидов, ухудшает структурное состояние почвы и ее физические свойства.

Буферность почв

В широком смысле буферная способность или буферность характеризует способность почвы противостоять изменению концентрации почвенного раствора, его щелочно-кислотного, окислительно-восстановительного состояний и др. Чаще под буферностью понимают способность почвы лишь противостоять изменению ее актуальной реакции под воздействием различных факторов.

Буферность проявляется либо против подкисления, либо против подщелачивания. Кислота или щелочь, появляющаяся в почвенном растворе, вступает во взаимодействие с ППК, что уменьшает изменение реакции. Почвы, в ППК которых находятся Са²⁺ и другие катионы оснований, проявляют буферность против подкисления, а в ППК которых находится Н⁺ – против подщелачивания.

Буферность почвы измеряется количеством миллилитров кислоты или щелочи, которое необходимо внести в почву, чтобы изменить реакцию (рН) в почвенном растворе.

На величину буферности оказывают влияние минералогический и гранулометрический составы почвы, содержание гумуса, емкость поглощения, состав обменных катионов.

Чем больше в почве вторичных минералов, чем тяжелее гранулометрический состав и чем больше в почве коллоидов, гумуса и выше емкость поглощения, тем выше буферность почвы.

Буферность почв – один из важнейших элементов почвенного плодородия. Она позволяет сохранять благоприятные для растений свойства почв или оказать сопротивление приемам по регулированию реакции почвенного раствора и твердой фазы почвы.

ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ

Неотъемлемым специфическим свойством почвы как природного тела является ее плодородие. По мере накопления сведений о почве и развития естествознания и агрономии менялись представления о том, чем обусловлено плодородие почвы и определение самого понятия. В то время, когда была распространена «гумусовая» теория питания растений, под плодородием почвы понимали способность ее обеспечивать растения перегноем, а несколько позже сторонники минерального питания растений – способность почвы обеспечивать растения всеми минеральными элементами. Также широко распространено определение плодородия почвы, данное академиком В.Р. Вильямсом. Согласно ему, под плодородием почвы понимается ее способность непрерывно обеспечивать растения одновременно водой и элементами питания. Тепло и свет, необходимые растениям, рассматриваются им как космические факторы. Однако в настоящее время плодородие почвы понимается шире.

Плодородие – это способность почвы удовлетворять потребность конкретных растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые системы воздухом и теплом. Питание, вода, воздух, тепло – главнейшие слагаемые плодородия почв. Почва считается плодородной, если растения на ней не страдают от холода и перегрева, а корневые системы получают в нужном количестве элементы питания, воду, не испытывают недостатка в кислороде воздуха. Недостаток или избыток одного из слагаемыхкомпонентов плодородия ограничивает возможности получения урожая и часто приводит к гибели растений.

Виды почвенного плодородия

Возникновение плодородия связано с естественным почвообразованием, поэтому каждой почве присуще природное, или естественное плодородие. Оно определяется сложным взаимодействием свойств и режимов почв, обусловленных развитием природного почвообразовательного процесса, не нарушенного воздействием человека. В чистом виде оно присуще целинным почвам и характеризуется продуктивностью произрастающих на почве ценозов.

Земледельческое освоение почв вносит существенные изменения в естественное развитие почвенных процессов и режимов, в свойства почв. Эти изменения обусловлены обработкой, внесением удобрений, различными мелиорациями и т.д. Качественные и количественные изменения в свойствах и режимах почв, вызванные воздействием человека, характеризуют их искусственное плодородие. В чистом виде оно возникает при создании субстратов для выращивания растений в теплицах, парниках и т. д.

При сельскохозяйственном использовании почв искусственное плодородие в совокупности с естественным проявляется как эффективное плодородие. Оно реализуется в урожае сельскохозяйственных культур. Эффективное плодородие зависит не только от уровня природного плодородия, но в большой степени от условий использования почв в производстве, развития науки и техники и реализации их достижений.

Эффективное плодородие всегда связано с определенными затратами труда и средств для получения продукции возделываемых растений, с хозяйственной деятельностью человека. Оно может быть оценено в экономических показателях. Это экономическое плодородие.

Потенциальное плодородие характеризуется общими запасами элементов питания растений, формами их соединений и сложным взаимодействием всех других свойств, определяющих способность почвы в благоприятных условиях обеспечивать растения также другими земными факторами (водой, воздухом, теплом), длительное время мобилизовать в необходимых для растений количествах элементы питания и поддерживать высокий уровень эффективного плодородия.

Высоким потенциальным плодородием обладают, например, черноземные почвы, низким – подзолистые почвы. Примером почв с высоким уровнем потенциального плодородия могут служить также болотные низинные торфяные почвы, которые характеризуются значительными запасами элементов питания и способны после осушительных мелиораций обеспечивать высокое эффективное плодородие за счет частичного расхода запасного фонда.

Поскольку проявление плодородия дифференцируется в зависимости от требований различных сельскохозяйственных (и естественных) растений, то плодородие почвы по отношению к какой-либо определенной группе или виду растений называют относительным плодородием.