Генетическое и экологическое значение гранулометрического состава

Гранулометрический состав — важнейшая характеристика почвы. От нее зависят очень многие свойства почвы и ее плодородие. Гранулометрический состав оказывает существенное влияние на водно-физические, физико-механические, воздушные, тепловые свойства, окислительно-восстановительные условия, поглотительную способность, накопление в почве гумуса, зольных элементов и азота.

Размеры частиц отражают различия в свойствах гранулометрических фракций; данные свойства напрямую зависят от удельной поверхности частиц и их химического и минералогического состава.

Песчаная фракция (1—0,25 мм) состоит из обломков разных горных пород и минералов, среди которых чаще всего преобладают кварц и полевые шпаты. Пески имеют очень высокую водопроницаемость, свободно фильтруют воду, не набухают, не пластичны. Эти их свойства повсеместно используются при заполнении различных выемок, например канав и траншей, где недопустима усадка грунта.

Фракция крупной пыли (0,25—0,01 мм) по минералогическому составу мало отличается от песчаной, поэтому обладает многими свойствами песка: не пластична, очень слабо набухает, имеет низкую влагоемкость.

Средняя пыль (0,01—0,005 мм) в своем составе содержит много слюды. Слюды придают фракции некоторую пластичность и связанность.

Средняя пыль уже более дисперсна, чем предыдущие крупные фракции. Например, 1 г частиц этой фракции имеет удельную поверхность около 2000 см². Поэтому средняя пыль лучше удерживает влагу и обладает слабой водопроницаемостью. Характерна неспособность частиц к коагуляции и структурообразованию. Почвы, в которых преобладает фракция средней пыли, легко распыляются, склонны к уплотнению и образованию сплошной корки.

Тонкая пыль (0,005—0,001 мм) характеризуется относительно высокой дисперсностью. Кусочки горных пород отсутствуют, характерно наличие минералов, как первичных, так и вторичных. Заметно резкое уменьшение количества кварца. Появляются свойства, не присущие крупным фракциям: способность к коагуляции и структурообразованию. Фракция тонкой пыли уже может содержать органические вещества. В неструктурных почвах присутствие этой фракции способствует развитию явлений набухания, усадки, низкой водопроницаемости, липкости, трещиноватости, плотного сложения.

Ил (< 0,001 мм) состоит преимущественно из вторичных глинистых минералов, гумусовых и органо-минеральных веществ. Все коллоиды почвы входят в состав этой фракции. Илистые частицы обладают громадной поверхностной энергией, так как 1 г частиц имеет удельную поверхность около 20 000 см². Илистую фракцию называют плазмой почвы. Это главный участник практически всех происходящих в почве процессов. Содержание ила предопределяет многие генетические характеристики почвы. Связь с илом характерна для запасов гумуса, поглощенных оснований, глубины появления карбонатов. В илистой фракции почв сосредоточен почти весь гумус. Здесь главным образом сконцентрированы азот и фосфор, а также многие жизненно необходимые для растений элементы. От количества ила, содержащегося в почвах, и его способности к агрегированию во многом зависят физические свойства почв, их влагоемкость и структурное состояние, водопроницаемость. Ил — главный поглотитель, абсорбент многих тонкодисперсных веществ, в том числе и загрязнителей окружающей среды, различных катионов, включая как элементы-биофилы, так и тяжелые металлы и радиоактивные элементы. Физические и водно-физические свойства фракции ила зависят от состояния дисперсности частиц. Скоагулированные оструктуренные частицы ила придают почвам в высшей степени экологически оптимальные условия влагои воздухообеспеченности биологических объектов. Наоборот, бесструктурный дезагрегированный ил превращается в твердую сплошную массу, где нет места ни свободному воздуху, ни доступной живым организмам влаги. Это сплошная, вязкая, липкая, набухающая при увлажнении и сильно растрескивающаяся при высыхании глинистая масса.

Таким образом, гранулометрический состав играет существенную роль при регулировании водного режима почв и проведении оросительных и осушительных мелиораций. Велико его влияние на скорость просыхания почв, он определяет различное сопротивление почв воздействию почвообрабатывающих орудий в связи с неодинаковой липкостью и плотностью песчаных и глинистых почв. Существенную роль играет гранулометрический состав в тепловых свойствах почв: легкие почвы относятся к более «теплым», т. е. быстрее оттаивают и прогреваются. Тяжелые почвы считаются «холодными». Это имеет большое значение на северной границе распространения земледелия. Гранулометрический состав почв часто определяет ландшафтный облик громадных территорий в различных природных зонах Земли: глинистые такыры и песчаные барханы в пустынях, сосновые боры на песках таежного пояса ит. д.

Высокая значимость гранулометрического состава в почвообразовании и в плодородии почв определяет постоянное внимание к его изучению как ученых, так и практиков сельского хозяйства. Это важнейшее условие среды обитания растений. Его экологическая значимость прежде всего определяется тем, что с гранулометрическим составом связаны богатство или бедность почв. Обычно, чем легче гранулометрический состав, тем меньше в почвах гумуса и элементов питания растений. По мере возрастания количества илистых частиц увеличивается и потенциальное плодородие. Однако оно зависит не только от богатства почвы, но и от ее физического состояния. Так, очень тяжелые глинистые почвы хотя и могут содержать много гумуса и элементов питания, но снижают свое плодородие из-за ухудшения физических свойств. Это характерно для слитых почв черноземной полосы и долин рек, серых и бурых лесных почв, каштановых почв сухих степей. Негативное влияние высокого содержания глинистых частиц в почвах может быть компенсировано их хорошей оструктуренностью. Такие свойства типичны для черноземов, имеющих хорошую структуру при глинистом составе, для сероземов, обладающих карбонатной микроагрегатностью, для красных и желтых аллитных почв с железистой псевдопесчаной агрегатностью.

Впервые количественная оценка плодородия почв в зависимости от гранулометрического состава сделана Н. А. Качинским. Его материал дает общую ориентировочную оценку в целом для разных почвенных зон нашей страны (табл. 1.3). Данные приводятся для хлебных злаков, с учетом запасов питательных веществ в почвах, водного, воздушного и теплового режимов, степени и трудности окультуривания почв различного гранулометрического состава. При проведении кадастровых исследований в различных регионах страны обязательно учитываются местные условия. Например, в Ростовской области плодородие черноземов и каштановых почв различного гранулометрического состава несколько отличается от показателей, приводимых Н. А. Качинским (табл. 1.4). Оказывается очень велико различие в уровне плодородия одного типа почвы в зависимости от гранулометрического состава.

Таблица 1.3

Оценка гранулометрического состава почв при бонитировке.

Таблица 1.4

Степень влияния гранулометрического состава на эффективное плодородие почв для зерновых культур

Не все растения одинаково реагируют на гранулометрический состав почв (табл. 1.5). Несмотря на большую экологическую приспособленность к почвам различного гранулометрического состава есть определенный оптимум для каждой группы культур, и это необходимо учитывать при разработке мероприятий по рациональному использованию земель. Например, черешня и картофель неплохо плодоносят на тяжелосуглинистых черноземах. Однако наибольшая урожайность, лучшее развитие наблюдаются на супесчаных и легкосуглинистых почвах. Есть целая группа растений-псаммофитов, предпочитающих песчаные местообитания житняк сибирский, кумарчик песчаный, саксаул, овес песчаный, сосна и др. Многие растения, такие как кукуруза, слива, вишня, ель, дуб и другие, не выносят песчаных почв.

Особенно важно учитывать гранулометрический состав почв при выборе участков под многолетние насаждения, так как ошибки, допущенные при закладке садов и виноградников, обнаруживаются слишком поздно и чреваты значительными затратами труда и средств.

Таблица 1.5

Оптимальный гранулометрический состав почв для различных растений.

Исследования на Северном Кавказе и в других регионах (С. Ф. Неговелов, В. Ф. Вальков) позволили установить степень пригодности почв различного гранулометрического состава под плодовые насаждения. В разных почвенно-климатических условиях сады относятся к гранулометрическому составу почв неодинаково. Так, легкие и тяжелые почвы с промывным водным режимом в большей степени неблагоприятны для садов, чем аналогичные почвы в условиях периодически промывного водного режима черноземной зоны. Зависимость уровня плодородия от гранулометрического состава выражается кривой с наибольшим пиком в пределах суглинистых почв. Плодородие снижается по мере облегчения и утяжеления гранулометрического состава. Оптимальное содержание физической глины колеблется в широких пределах 30—65%.

Для виноградной лозы типична следующая закономерность: урожай и качество винограда на легких почвах всегда выше, чем на тяжелых. Однако хорошо оструктуренные почвы тяжелого гранулометрического состава несколько улучшают условия для развития винограда. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что виноградники на песчаных почвах дают высокий урожай очень хорошего качества. В ягодах накапливается больше сахара, происходит снижение кислотности. Особенно хороши легкие почвы для белых сортов винограда. А тяжелые почвы более благоприятны для винограда с темно-окрашенными ягодами.