Воспроизводство агрофизических показателей плодородия почвы

Относительное содержание в почве механических элементов (фракций) называется гранулометрическим составом. Механические частицы почвы больше 1 мм в диаметре именуются скелетом почвы, частицы меньше 1 мм — мелкоземом. Мелкозем подразделяют на физический песок (частицы больше 0,01 мм) и физическую глину (частицы меньше 0,01 мм). В зависимости от содержания физического песка и физической глины почвы бывают песчаными, супесчаными, суглинистыми (легкие, средние, тяжелые), глинистыми (легкие, средние, тяжелые), а в зависимости от величины сопротивления, оказываемого при обработке, почвы по гранулометрическому составу условно подразделяют на легкие (песчаные и супесчаные), средние (легко и среднесуглинистые) и тяжелые (тяжело суглинистые и глинистые). Гранулометрический состав почвы определяет ее поглотительные (сорбционные) свойства. Тонкодисперсные частицы из-за большой абсолютной и удельной поверхности обладают высокой емкостью поглощения.

С измельчением частиц возрастают их гигроскопичность, влагоемкость, пластичность, липкость и другие технологические свойства. Частицы менее 0,001 мм обладают четко выраженной коагуляционной способностью. Эта способность механических тонкодисперсных частиц исключительно важна при структурообразовании. Вследствие высокой поглотительной способности они содержат наибольшее количество гумуса. Плотность почвы уменьшается по мере увеличения содержания физического песка в ее составе.

Валовый химический состав разных механических фракций почвы закономерно изменяется независимо от почвенного типа. Так, по мере увеличения дисперсности частиц в них резко уменьшается содержание кислорода и возрастает количество железа, алюминия, кальция, магния, калия и натрия. Частицы меньше 0,001 мм — ценная часть рыхлых пород и почв, поскольку в них содержатся основные запасы зольных питательных элементов.

Наступление физической спелости почвы (способность почвы распадаться на мелкие комки, крошиться при определенной влажности) зависит от гранулометрического состава при прочих равных условиях. Почвы легкого гранулометрического состава поспевают раньше, чем тяжелого.

Набухаемость почвы происходит за счет оболочек связанной воды, которые формируются вокруг коллоидных и глинистых частиц. Эти оболочки уменьшают силу сцепления между частицами, раздвигают их и способствуют увеличению объема почвы. Величина и характер набухания почвы зависят от ее минералогического состава, от содержания вторичных минералов, имеющих подвижную кристаллическую решетку.

Липкость как технологическое свойство почвы ухудшает качество обработки. С увеличением содержания физической глины липкость почвы растет, достигая наибольших значений на глинистых почвах. Гранулометрический состав как фактор плодородия пахотных почв оказывает существенное влияние на ее продуктивную способность. В большинстве случаев наиболее благоприятное сочетание агрофизических, биологических и агрохимических показателей плодородия отмечают в почвах среднего гранулометрического состава.

Структура почвы это важный показатель физического состояния плодородной почвы. Он определяет благоприятное строение пахотного слоя почвы, ее водные, физико-механические и технологические свойства и водно-гидрологические константы. Частицы твердой фазы, как правило, склеиваются в комочки (агрегаты). Способность почвы распадаться на агрегаты называют структурностью, а различные по величине и форме агрегаты структурой.

По классификации С. А. Захарова, по форме различают следующие типы структуры: глыбистую, комковатую, ореховатую, зернистую, столбчатую, призматическую, плитчатую, пластинчатую, листоватую, чешуйчатую.

В земледелии принята следующая классификация структурных агрегатов по величине: глыбистая структура — комки более 10 мм, макроструктура — от 0,25 до 10 мм, микроструктура — менее 0,25 мм. С агрономической точки зрения особый интерес представляет мелкокомковатая и зернистая структура с размером частиц примерно 0,25−10 мм. Одновременно эта структура должна быть пористой, механически упругопрочной и водопрочной. Особое значение нaряду с водопрочностью приобретает оптимальная пористость структурных агрегатов. Например, в иллювиальном горизонте дерново-подзолистых почв, а также в слитых черноземах структура водопрочная, но с низкой степенью пористости. Такая структура агрономически неблагоприятна и нехарактерна для плодородной почвы.

Образование структурных агрегатов в почве, по М.А. Качинскому, происходит в результате взаимного осаждения (коагуляции) коллоидов и коагуляции коллоидов под влиянием электролитов. Значение физико-химических факторов в образовании почвенной структуры обусловливается, с одной стороны, характером воздействия катионов на почвенные коллоиды, с другой — взаимодействием самих коллоидов, их природой. Так, водопрочность структуры возрастает при необратимой коагуляции коллоидов катионами двухи трехвалентных металлов. Одновалентные катионы, наоборот, уменьшают водопрочность структуры вследствие обратимой коагуляции коллоидов.

Природа коллоидов также сильно влияет на прочность структурных агрегатов. Одним из показателей строения пахотного слоя — плотность почвы — отношение массы к объему почвы ненарушенного сложения. При оптимальной плотности почвы складываются наиболее благоприятные условия для роста растений. В естественных условиях под действием сил уплотнения и разрыхления в почве наступает равновесное состояние между твердой фазой и пористостью, называемое равновесной плотностью. Структурная почва имеет наименьший интервал значений между оптимальной и равновесной плотностью, а в хорошо окультуренных почвах их величины могут совпадать, как, например, в черноземах.

Параметры оценки структурного состояния почвы, по С. И. Долгову и П. У. Бахтину: отличная структура — более 70% водопрочных макроагрегатов, хорошая — 70−55, удовлетворительная — 55−40, неудовлетворительная — 40−20, плохая — менее 20%. Механические — разрушение структуры при воздействии на почву сельскохозяйственных орудий, движителей, ветра, дождя, выпаса скота и т. д. Физико-химические — разрушение структуры в результате обменных реакций катионов. Так, ионы Н+, содержащиеся в дождевой воде, взаимодействуя с почвой, вытесняют из нее ионы кальция и магния, которые в условиях промывного водного режима могут вымываться за пределы пахотного слоя. Биологические — разрушительная деятельность почвенных микрoоpгaнизмов, минерализующих органическое вещество почвы как источник питания и энергии. Поскольку почвенные частицы склеены преимущественно органическими коллоидами, то агрегаты разрушаются. Развитию процессов минерализации органического вещества способствуют механическая обработка почвы, внесение извести и минеральных удобрений. Поэтому в земледелии необходимо предусматривать меры по воспроизводству структуры почвы.

Основными направлениями воспроизводства структуры почвы в земледелии являются:

• 1. Обогащение почвы органическим веществом как основным источником образования гумуса и энергии для микроорганизмов.
• 2. Пополнение почвенных запасов кальция и магния как основных элементов структурообразования с помощью проведения известкования кислых и гипсования засоленных почв.
• 3. Сокращение числа проходов сельскохозяйственной техники по полям, особенно тяжеловесной, путем использования ресурсосберегающих технологий выращивания растений.
• 4. Защита почвы от водной эрозии и дефляции с помощью регулирования стока воды и скорости ветра в приземном слое.
• 5. Создание наиболее благоприятных условий для окислительно-восстановительных процессов в почвах избыточного и недостаточного увлажнения путем проведения водных мелиораций — осушения и орошения.
• 6. Создание прочной структуры верхнего слоя почвы с помощью внесения на его поверхность искусственных, экологически безопасных структурообразователей.

Мощность обрабатываемого слоя почвы, его объем, в котором развивается корневая система растений, играют важную роль в интенсивном земледелии. В пахотном слое сосредоточены запасы основных элементов питания, воды и воздуха. Кроме того, в современном земледелии возросло значение пахотного слоя как посредника в системе почва — растение, так как верхний слой почвы воспринимает дополнительные количества питательных веществ, вносимых с органическими и минеральными удобрениями, химических мелиорантов, пестицидов, искусственных структурообразователей. Все эти вещества должны быть преобразованы в легкоусвояемые или безвредные для растений формы. В условиях орошения пахотный слой способен аккумулировать больше доступной для растений воды и сохранять ее в течение длительного времени, тем самым обеспечивая эффективное использование оросительной воды. Глубокий пахотный слой обеспечивает более благоприятные водно-воздушный и тепловой режимы почвы. Кроме того, важнейшей особенностью этих показателей плодородия, за исключением гранулометрического и минералогического составов, является их динамичность в течение вегетационного периода, что затрудняет их своевременное воспроизводство как при недостатке, так и при избытке выпадающих осадков.

В глубоком пахотном слое увеличивается содержание подвижных форм азота, фосфора, калия, что свидетельствует о более надежном обеспечении растений питательными веществами. Благоприятный комплекс почвенных условий, создающийся в глубоком пахотном слое, сильно влияет на развитие корневых систем растений и на урожай. Урожайность на почвах с мощным пахотным слоем увеличивается, но и стабилизируется по годам.

Глубокий пахотный слой почвы позволяет сократить число и глубину технологических приемов обработки. Наиболее благоприятная мощность пахотного слоя для большинства почв составляет 27−30 см. Однако такую глубину обрабатываемого слоя имеют не все почвы. Основной ограничивающий фактор создания мощного пахотного слоя — мощность гумусового горизонта. Создание мощного пахотного слоя связано с внесением извести, органических и минеральных удобрений и постепенным углублением обработки почвы.