Классификация почв по гранулометрическому составу и управление плодородием

Глинистая или песчаная: как механический состав почвы определяет работу с удобрениями и влагой

В составе любой почвы выделяют твердые частицы (минеральные и органические вещества), влагу, газы и живые организмы. Твердая фаза образуется при разрушении горных пород и состоит из кварца, силикатов, алюмосиликатов глин и вторичных минералов. По размеру этих частиц почвы классифицируют на глинистые, тяжело-, средне- и легкосуглинистые, супесчаные и песчаные.

Глинистые и суглинистые почвы — это естественные кладовые питания. Мельчайшие илистые частицы глин богаты калием, кальцием, фосфором и железом. Они обладают высокой емкостью поглощения, поэтому внесенные удобрения прочно закрепляются в корнеобитаемом слое и не вымываются. Однако работать с такими почвами сложно: во влажном состоянии они вязкие и липкие, а при высыхании становятся плотными, твердыми и требуют повышенных тяговых усилий при обработке.

Емкость поглощения напрямую связана с содержанием гумуса и гранулометрическим составом. Чем тяжелее почва по механическому составу, тем выше ее естественный потенциал плодородия и запасы азота. По данным полевых исследований дерново-подзолистых почв в Беларуси, запасы азота распределяются строго в соответствии с их механическим составом.

Реакция среды и почвенная биота: как управлять поглотительной способностью

Агрохимические показатели плодородия — это не только запас элементов, но и реакция почвенного раствора (pH), а также состав поглощенных катионов. В обменных реакциях активно участвуют ионы водорода, взаимодействующие с твердой фазой почвы. В хорошо окультуренных почвах среди поглощенных катионов преобладают кальций (Ca²⁺) и магний (Mg²⁺), тогда как высокая доля водорода (H⁺) и алюминия (Al³⁺) указывает на закисление.

• Кислые почвы — катионы H⁺ и Al³⁺
• Нейтральные почвы — ионы Ca²⁺
• Щелочные почвы — ионы K⁺ и Na⁺

Реакцией почвенного раствора можно и нужно управлять для создания культурного пахотного слоя. Кислотность кислых почв устраняют известкованием, а избыточную щелочность — гипсованием. Это оптимизирует условия для питания растений и активизирует почвенную микрофлору, которая переводит органические остатки в доступную форму.

Разложение органики в почве ведут три основные группы микроорганизмов: анаэробные бактерии, аэробные бактерии и грибы. Анаэробы получают кислород из окисленных химических соединений, тогда как аэробам и грибам необходим доступ свободного воздуха. Бактерии чувствительны к условиям среды — они плохо развиваются на кислых участках и угнетаются дубильными веществами древесного опада. Грибы и актиномицеты, напротив, легко переносят кислую среду и эффективно разлагают древесную органику.

При аэробных условиях разложение органического вещества в почве происходит быстро, при анаэробных — медленно; в последнем случае могут образосостав, структура, типы 81 ваться и вредные (неокисленные) для возделываемых растений соединения. Для улучшения условий жизни растений, т. е. для ослабления анаэробных и усиления аэробных процессов, применяют соответствующую агротехнику и специальные приемы (осушение (на заболоченных почвах) и др.). Однако анаэробный процесс, замедляя разложение органического вещества в почве, способствует тем самым его сохранению, более экономному расходованию.

По своему составу гумус в разных почвах неодинаков. Примером могут служить почвы северной лесной и степной природных зон.

В почвах северных районов, находящихся под лесной растительностью, отмершие остатки (хвоя, листья и другие) сосредоточиваются на поверхности почвы. Увлажнение ее поверхностных горизонтов в течение года значительное, и разложение органического опада, богатого дубильными веществами, протекает главным образом при участии грибов, а не бактерий. В этих условиях образуется гумус светлый и кислый, содержащий мало гуминовых веществ и много креновой кислоты, которая легко растворяется в воде и быстро вымывается из почвы. Клеящая способность такого гумуса слабая.

В степных почвах южных районов травянистая растительность дает по всей толще почвы больше органического вещества и с большим содержанием азота и зольных веществ; при значительных количествах кальция в условиях теплого климата напочвенное органическое вещество разлагается бактериями при доступе воздуха. В составе гумуса степных почв много устойчивых, богатых кислородом нейтральных гуминовых веществ, слабо поддающихся воздействию воды и прочно сохраняющихся в почве. Такой гумус придает почве темную окраску (содержит меланины и фенольные вещества — продукты разложения лигнина) и склеивает ее частицы в комочки.

Гумус — продукт, который не имеет точной химической формулы, но отличается следующими свойствами: окраска колеблется от темнокоричневой до черной; практически нерастворим в воде, хорошо растворяется в слабых щелочах, при нейтрализации дает осадок; содержит углерода больше, чем растения, животные и микроорганизмы, и много азота; обладает высокой поглотительной и обменной способностью; служит источником энергии и пищи для микроорганизмов; является постоянным источником углекислоты в почве.

Гумус почвы имеет большое значение для земледелия как основной источник питательных веществ растений; образующиеся при разложении и синтезе органического вещества угольная и другие кислоты растворяют соли минеральной части почвы, и они становятся доступными для питания растений. Подвижная часть гумуса образует ряд соединений, которые легко минерализуются и служат источником азотного питания растений. Гумус улучшает также физические свойства почвы, особенно же велика его роль в структурировании почвы — способности ее образовывать отдельные комочки различной формы, величины и прочности. Чем прочнее структурные агрегаты почвы, тем она плодороднее. 82 продуктивности растений и образования урожая

В почвенной массе всегда имеются выделения и скопления различных веществ химического и биологического происхождения, возникших в процессе почвообразования и называемых новообразованиями. К новообразованиям биологического происхождения относятся ходы и канальцы червей, зернистые клубочки экскрементов червей, ходы кротов, сусликов и других землероев и т. д. На структуру почвы влияют также корневая система растений и такие физические факторы, как колебание температуры и влажности почвы, замерзание и размерзание ее и др.

В почве содержится то или другое количество влаги, главным образом за счет выпадающих атмосферных осадков. Кроме того, увлажнение почвы происходит путем поднятия воды вверх по капиллярам, если уровень грунтовых вод залегает недалеко от поверхности почвы, а также за счет конденсации пара (из воздуха и глубоких слоев земли). Водяные пары, передвигаясь из теплых слоев почвы в более холодные, охлаждаются и сгущаются в мельчайшие капельки, образуя внутрипочвенную росу.

Почвенная влага растворяет различные соли, в том числе и необходимые для питания растений, взаимодействует с почвенным воздухом, микроорганизмами, корнями растений и т. д., превращаясь таким образом в почвенный раствор. От количества (концентрации) и состава растворенных в почвенной влаге веществ зависят рН-реакция почвенного раствора (кислая, щелочная, нейтральная), ионный состав и многие другие ее свойства.

Воздух в почве (газовая фаза почвы) размещается в ее порах и частично поглощается поверхностью почвенных частиц. Количество воздуха в почве находится в обратном соотноРис. 9. Формы воды шении с содержанием в ней влаги. в почве: Почвенный воздух содержит необходимые 1 — вода выпавшего дождя, про- для растений компоненты: кислород, углекиссачивающаяся в почву, — свободная (гравитационная) вода, лый газ, азот. Растения очень нуждаются в вылегкодоступная растению; 2 — соком содержании кислорода в почве: высокие частицы почвы; 3 — вода пле- концентрации углекислого газа угнетают дыханочная, трудно усвояемая рас- тельную и поглотительную функции корней. тением; 4 — вода гигроскопическая, не усвояемая растениями;

Атмосферный азот, как правило, недоступен 5 — почвенный воздух с пара- растениям, только обитающие в почве азотми воды; 6 — вода капиллярная, фиксирующие микроорганизмы могут поставлегкоусвояемая растением лять его корням. состав, структура, типы 83

Почвенный воздух по составу отличен от атмосферного. В нем значительно больше углекислого газа и меньше кислорода. Особенно много углекислого газа содержат почвы, богатые органическим веществом.

Водно-воздушный режим: как структура почвы спасает корни от стресса

В бесструктурных и переувлажненных почвах вода полностью вытесняет воздух из пор. Без кислорода корни растений и полезные аэробные бактерии начинают задыхаться, а в почве накапливается избыток углекислоты. При высыхании же такая земля превращается в плотный монолит, где все пустоты заполнены воздухом, из-за чего всходы страдают от обезвоживания. Решить этот конфликт между водой и воздухом помогает только прочная комковато-пористая структура почвы.

В структурном грунте вода удерживается силами капилляров внутри почвенных комков, а воздух свободно циркулирует в промежутках между ними. Такое равновесие сохраняется даже в периоды максимального увлажнения. Точкой отсчета здесь служит предельная влагоемкость — состояние, когда почвенные частицы удерживают максимум влаги после стекания лишней гравитационной воды (ее принимают за 100 %).

Когда капилляры рвутся, корневой волосок быстро выпивает воду из доступного ему изолированного участка и отмирает. В нормальных условиях один волосок функционирует от 10 до 15 суток. При дефиците влаги этот срок сокращается до 3–4 или даже нескольких часов. Растению приходится тратить ресурсы фотосинтеза на постоянное отращивание новых корней в поисках воды вместо формирования урожая. Всасывающая система одного растения колоссальна: общая длина волосков в среднем достигает 3–4 км.

• Нижний предел оптимальной влажности — 60 %
• Средняя длина корневого волоска — 1 мм
• Длина корневых волосков у мятликовых — 1,5 мм
• Число корневых волосков кукурузы на 1 мм² — 1900 шт.
• Общая длина волосков у тыквы — 25 км
• Всасывающая площадь корней пшеницы на 1 га — 100 000 м²

Генетические горизонты: о чем говорит разрез профиля

Любая почва на срезе четко разделяется по вертикали на генетические горизонты. Чтобы быстро оценить потенциал поля, агроному необходимо анализировать морфологические признаки этих слоев. Ключевые показатели для оценки в полевых условиях включают:

• окраску слоев;
• структуру почвы;
• сложение (плотность);
• наличие новообразований;
• посторонние включения;
• общую мощность и строение генетических горизонтов.

Сверху располагается перегнойно-аккумулятивный горизонт А. Если на поверхности есть дернина или неразложившиеся остатки, их обозначают как слой А0. Горизонт А имеет темную окраску, его толщина колеблется от нескольких сантиметров до 1,5 м и более. Поскольку осадки постоянно вымывают из него часть веществ вниз, его также называют перегнойно-элювиальным. В зонах, где вымывание преобладает над накоплением, этот горизонт становится чисто элювиальным.

Ниже лежит иллювиальный горизонт В — зона вмывания. Он всегда более плотный, часто растрескивается и имеет грубую ореховую или столбчатопризматическую структуру. Здесь накапливаются все вымытые сверху элементы. Под ним залегает горизонт С — материнская порода, которая практически не затронута процессом почвообразования.

Цвет каждого слоя указывает на его химический состав. Гумус дает темные и серые тона, окислы железа окрашивают землю в красный, оранжевый и желтый цвета. Углекислая известь, гидраты окиси алюминия и каолин осветляют почву, а закисные соединения железа придают ей сизые и голубоватые оттенки. Соотношение этих компонентов определяет итоговый тип почвы — от болотного и подзолистого до степного и латеритного.

Рассматривая типы почв земного шара, надо иметь в виду, что все они представляют собой лишь стадии, ступени в развитии единого почвообразовательного процесса. В своем естественном развитии каждая почва проходит эти стадии, связанные с факторами почвообразования. Внешне и наиболее отчетливо эта связь проявляется в определенной зависимости Рис. 11. Схематический меридиональный профиль основных типов почв СНГ: а: зависимость содержания азота от запасов гумуса; б: 1 — тундровая глеевая почва; 2 — дерново-подзолистая; 3 — серая лесная;

4 — чернозем типичный; 5 — каштановая; 6 — бурая; 7 — серозем; 8 — краснозем 86 продуктивности растений и образования урожая почв и ее растительного покрова от климата. Субтропический климат создает почвы одного типа, умеренно теплый — другого, а холодный — третьего. Соответственно этому в результате воздействия климата и других факторов почвообразования формируется растительность на тех или других почвах. Немаловажную роль при этом играет фактор времени или возраст почв. Так, в конечном итоге на данный исторический период под влиянием почвообразующих факторов складывается зональность типов почв, с присущими каждой из них признаками.

В Беларуси более половины сельскохозяйственных угодий представлено легкими почвами. В составе пашни они занимают 56 %, в том числе 42,4 % — супесчаные и 13,6 % — песчаные. Их удельный вес больше в Брестской (77,4 %) и Гомельской (70,7 %) областях и меньше в Минской (47,8 %) и Витебской (32,1 %) областях.

Эти почвы быстрее других прогреваются весной, поэтому их называют теплыми. Они легко обрабатываются, имеют хороший воздушный режим, обладают хорошо выраженной водопроницаемостью, в них энергично проходят процессы разложения органических остатков, с высвобождением азота и зольных элементов питания растений.

Легкие почвы характеризуются и рядом отрицательных свойств. Они бедны гумусом, содержат мало коллоидов и элементов питания. У них стихийный водный режим, который зависит от характера выпадения осадков. Благодаря повышенной водопроницаемости и незначительной влагоемкости почвы атмосферные осадки не задерживаются в корнеобитаемом слое, а фильтруются в нижележащие горизонты. Поэтому растения при отсутствии осадков больше страдают от недостатка влаги.

Быстрое разложение органических остатков и удобрений и низкая поглотительная способность легких почв обусловливает значительные потери питательных веществ. Хорошо выраженный в таких почвах процесс разложения органических веществ исключает интенсивные процессы гумификации и накопление гумуса в них. Приемы повышения плодородия этих почв в первую очередь должны быть направлены на обеспечение их органическим веществом. Органическим удобрениям принадлежит важнейшая роль в окультуривании таких почв.

На долю тяжелых почв в Беларуси приходится 32 % обрабатываемых земель, из них более 25 % — среднесуглинистые и легкосуглинистые почвы, около 5 % — глинистые и тяжелосуглинистые.

Средне- и легкосуглинистые почвы расположены главным образом к северу от линии Орша — Минск — Гродно и в меньшей мере в Брестской и Гомельской областях. Эти почвы слабо- и среднеоподзолены.

Суглинистые и глинистые почвы оказывают большое сопротивление при обработке. Нередко они слабоводопроницаемы и способны удерживать много влаги длительное время. В таких почвах больше по сравнению с легкими накапливается гумуса и элементов питания. состав, структура, типы 87

Важнейшим мероприятием, обеспечивающим получение высоких урожаев на легких и тяжелых почвах, является освоение и соблюдение научно обоснованных севооборотов. При их разработке необходимо учитывать специфические особенности этих почв.

Торфяные почвы Беларуси размещены на 7 тысячах участков. Их площадь — около 2,7 млн га. По территории республики эти почвы распределены неравномерно. Большие массивы их (свыше 67 %) сосредоточены в Витебской, Минской и Брестской областях, меньше (около 17 %) находится в Гродненской и Могилевской областях.

В Беларуси осушено примерно 40 % общей площади торфяных болот. В отличие от минеральных почв, на которых сельскохозяйственные культуры возделывали десятки тысяч лет, торфяные почвы используются для этих целей относительно недавно. Это обусловлено более сложными условиями освоения таких земель. Торфяные почвы существенно отличаются от дерново-подзолистых. Они имеют более короткий безморозный период, что ограничивает возможность возделывания теплолюбивых культур. Своеобразны и условия водного режима. В дождливые периоды на осушенных землях уровни грунтовых вод поднимаются в корнеобитаемую зону, что ограничивает или полностью исключает нормальные урожаи, например, озимых зерновых культур.

Обилие доступного растениям азота в первые годы после осушения и бедность калием, фосфором и микроэлементами, а также трудность их балансирования обусловливают бурное развитие вегетативной массы в ущерб продуктивной, что ограничивает возможности, например, зерновых культур. С другой стороны, это благоприятствует развитию кормовых культур, например злаковых многолетних трав. Эксплуатация осушенных торфяно-болотистых почв часто ведет к их деградации.

В настоящее время, когда площадь используемых торфяных почв в Беларуси достигла 1,5 млн га и накоплен определенный научный и практический опыт, возникла необходимость и созданы условия для разработки теоретических основ и практических приемов систем земледелия на этих почвах.

Правила работы на торфяных почвах: севооборот и регулирование уровня вод

Торфяные почвы требуют особого подхода к планированию севооборота. Если постоянно выращивать на них многолетние злаковые травы, в почве формируется мощная дернина. Органическое вещество накапливается в огромных количествах, но минерализуется лишь частично. Чтобы не допустить застоя этих процессов, луговодство необходимо периодически прерывать выращиванием однолетних растений.

Наиболее подходящими для этого являются зернофуражные культуры:

• ячмень;
• овес.

Для зерновых культур на пашне требуется более глубокое понижение уровня болотных вод. Многолетние травы на культурном лугу, напротив, лучше развиваются при более высоком залегании влаги. Оптимальные параметры для обоих вариантов использования приведены в таблице.

Особую осторожность следует проявлять с пропашными культурами, так как экологическая ситуация на осушенных торфяниках для них неблагоприятна. Картофель на таких землях может давать высокие, но неустойчивые по годам урожаи из-за частых заморозков. При этом клубни получаются практически малопригодными для пищевых целей, а сама культура провоцирует интенсивную минерализацию органики. Из пропашной группы на торфяных почвах оправданы только овощные культуры, поскольку они дают гарантированный урожай и востребованы на рынке.