Земледелие с основами почвоведения и агрохимии
Почва, ее типы и происхождение. Факторы почвообразования, минералогический и химический состав, сельскохозяйственное использование. Технологические, агротехнические системы земледелия. Основы мелиорации, орошения, агрохимии. Операции при обработке почвы.
| Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
| Вид | учебное пособие |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.02.2020 |
| Размер файла | 3,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Учебное пособие
для студентов высших учебных заведений
Земледелие с основами почвоведения и агрохимии
С.А. Курбанов, Г.Н. Гасанов
Махачкала - 2008
Рекомендовано Министерством сельского хозяйства Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по агроэкономическим специальностям
Рецензенты:
доктор с.-х. наук, профессор Э.Д. Адиньяев (Горский ГАУ),
доктор с.-х. наук, профессор, чл. - корр. РАСХН В.В. Бородычев (Волгоградская ГСХА)
Курбанов С.А., Гасанов Г.Н. Земледелие с основами почвоведения и агрохимии / С.А. Курбанов, Г.Н. Гасанов; Под ред. С.А. Курбанова - Махачкала: 2008.- 393с.: ил.- (учебники и учебные пособия для студентов высш. учеб. заведений)
Изложены теоретические и практические основы современного земледелия, почвоведения, мелиорации и агрохимии. Рассмотрены основные приемы экологизации и биологизации вышеуказанных наук при использовании почв, построении севооборотов, обработке почвы, применении мелиораций и удобрений. Даны основы агроландшафтных систем земледелия.
Для студентов вузов, обучающихся по агроэкономическим специальностям.
УДК 631:631.5:631.8 (075.8)
ББК 40.3я73+40.4я73+41.4я73
© С.А. Курбанов, 2008
© Г.Н. Гасанов, 2008
© Даггоссельхозакадемия, 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Часть 1. Основы почвоведения
Глава 1. Почва и ее происхождение
1.1 Понятие о почве
1.2 Общая схема почвообразовательного процесса
1.3 Факторы почвообразования
1.4 Почвенный профиль, его строение и морфологические признаки
Глава 2. Состав, свойства и режимы почвы
2.1 Минералогический и химический состав почвообразующих пород и почв
2.2 Органическая часть почвы
2.3 Поглотительная способность и реакция почв
2.4 Общие физические и физико-механические свойства почвы
2.5 Водные свойства и водный режим
2.6 Воздушный режим почвы
2.7 Тепловой режим почвы
2.8 Плодородие почвы и способы его регулирования
Глава 3. Основные типы почв РФ и их сельскохозяйственное использование
3.1 Закономерности распространения почв и их классификация
3.2 Почвы арктической и тундровой зоны
3.3 Почвы таежно-лесной зоны
3.4 Почвы лесостепной и степной зон
3.4.1 Лесостепная зона
3.4.2 Степная зона
3.5 Почвы зоны сухих степей и полупустынь
3.5.1 Почвы зоны сухих степей
3.5.2 Почвы зоны полупустынь
3.6 Интразональные почвы
3.6.1 Засоленные почвы и солоди
3.6.2 Почвы пойм
Глава 4. Бонитировка почв и оценка земель
4.1 Земельный кадастр и земельный фонд РФ
4.2 Бонитировка почв
4.3 Агро-производственная группировка
Часть 2. Земледелие
Глава 5. Факторы жизни и законы земледелия
5.1 Требования растений к факторам жизни
5.2 Законы земледелия
Глава 6. Сорные растения и борьба с ними
6.1 Сорные растения и их вредоносность
6.2 Биологические особенности сорных растений
6.3 Классификация сорных растений
6.4 Меры борьбы с сорняками
Глава 7. Научные основы севооборотов (Гасанов Г.Н.)
7.1 Основные понятия и определения
7.2 Причины чередования культур
7.3 Размещение сельскохозяйственных культур и паров в севооборотах
7.3.1 Роль чистых и занятых паров в земледелии. Пары как предшественники зерновых культур
7.3.2 Многолетние травы в севооборотах
7.3.3 Зернобобовые культуры
7.3.4 Пропашные культуры
7.3.5 Технические непропашные культуры
7.3.6 Зерновые культуры
7.3.7 Промежуточные культуры
7.4 Классификация севооборотов
Глава 8. Обработка почвы (Гасанов Г.Н.)
8.1 Технологические операции при обработке почвы
8.2 Функции механической обработки почвы
8.3 Классификация систем обработки почвы
8.4 Приемы обработки почвы
8.4.1 Приемы основной обработки
8.4.2 Приемы поверхностной и мелкой обработок почвы
8.5 Технологии обработки почвы под полевые культуры в севообороте и перспективы их экологизации
Глава 9. Агротехнические основы зашиты пахотных земель от эрозии
9.1 Эрозия, ее виды и условия проявления
9.2 Защита почв от водной эрозии
9.3 Защита почв от ветровой эрозии
Глава 10. Основы мелиорации земель
10.1 Понятие о мелиорации и ее типах
10.2 Общие сведения об орошении
10.2.1 Виды орошения
10.2.2 Влияние орошения на почву, микроклимат и урожай
10.2.3Элементы режима орошения
10.2.4 Определение сроков поливов
10.3 Способы орошения и техника полива культур
10.3.1 Поверхностное орошение
10.3.2 Дождевание
10.3.3 Внутрипочвенное орошение
10.3.4 Капельное орошение
10.3.5 Аэрозольное (мелкодисперсное) дождевание
10.4 Общие сведения об осушении
Часть 3. Основы агрохимии
Глава 11. Питание растений и классификация удобрений
11.1 Химический состав и питание растений
11.2 Классификация удобрений
11.3 Производство и ассортимент минеральных удобрений
Глава 12. Удобрения и их характеристика
12.1 Минеральные удобрения
12.1.1 Азотные удобрения
12.1.2 Фосфорные удобрения
12.1.3 Калийные удобрения
12.1.4 Комплексные удобрения
12.1.5 Микроудобрения
12.2 Органические удобрения
12.2.1 Навоз
12.2.2 Другие виды органических удобрений
12.3 Косвенно действующие удобрения
12.3.1 Известкование кислых почв
12.3.2 Гипсование
Глава 13. Система удобрений
13.1 Система удобрений и ее составные части
13.2 Условия эффективного применения удобрений
13.3 Способы внесения удобрений
13.4 Эффективность применения удобрений
Часть 4. Системы земледелия (Гасанов Г.Н.)
Глава 14. Научные основы систем земледелия
14.1 История развития систем земледелия
14.2 Методологические особенности современных систем земледелия
14.3 Составные части систем земледелия
Предметный указатель
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Агрономия (от греческого «agros» - поле и «nomos» - закон) - комплекс наук о возделывании сельскохозяйственных растений, повышении плодородия почвы и урожайности, рациональном использовании сельскохозяйственных угодий. Современная агрономия дифференцирована на ряд самостоятельных наук: земледелие, агрохимия, мелиорация, растениеводство, селекция и семеноводство и др. Теоретической основой этих дисциплин служат такие естественные науки, как почвоведение, ботаника, физиология растений, генетика, экология и др.
Земледелие - важнейшая агрономическая наука, изучающая общие приемы возделывания сельскохозяйственных культур, способы наиболее рационального использования земли и повышения плодородия почвы. Земледелие, как базовая отрасль сельскохозяйственного производства, призвана обеспечить производство достаточного количества продуктов питания для населения, кормов для животноводства и сырья для перерабатывающей промышленности при высоком их качестве, наименьших затратах труда и средств и низкой себестоимости продукции.
Главное средство производства в земледелии - почва и зеленое растение. Превращение кинетической энергии Солнца с помощью зеленых растений в потенциальную энергию органического вещества - главная особенность сельскохозяйственного производства, отличающая его от других видов производства. Солнечная энергия поступает на Землю неравномерно как по периодам года, так и в течение суток, что обусловливает сезонность труда земледельца, а также важность своевременного проведения полевых работ.
Различные виды и сорта растений обладает неодинаковой способностью усваивать энергию Солнца и создавать то или иное количество органического вещества. Имеются различия и в качестве продукции. Человечество всегда стремилось к максимальному накоплению и разумному расходованию энергии органических соединений в виде различных продуктов земледелия. Но растениеводческая продукция не может долго храниться и поэтому ежегодно должна создаваться заново, что определяет непрерывность сельскохозяйственного производства.
Продуктивность земледелия во многом зависит от правильного подбора возделываемых культур и сортов, приспособленных к конкретным почвенно-климатическим условиям местности, от структуры посевных площадей, от обеспеченности другими земными факторами жизни, которые они получают, как правило, из почвы и из приземного слоя атмосферы.
К.А. Тимирязев (1843-1920) главной задачей научного земледелия считал изучение требований культурных растений и разработку способов их удовлетворения. Эти способы (обработка почвы, внесение удобрений, мелиорация, выбор предшественника и др.) должны быть направлены, прежде всего, на развитие растений в нужном для земледельца направлении, например для получения максимального количества семян хорошего качества, для развития вегетативных органов, для получения корнеплодов и т.д.
Несмотря на многообразие культурных растений, возделываемых человеком, все они требуют оптимальных условий для жизни и, прежде всего благоприятных почвенных условий, т.е. плодородной почвы. Если земля является необходимым условием для всякого производства, то в сельском хозяйстве она выступает как основное его средство, отличающееся от других средств своей территориальной ограниченностью, что обязывает земледельца сохранять и непрерывно улучшать ее.
Изучение почв, их происхождение, строение и состав, закономерности географического распространения, возникновение и развитие плодородия, взаимосвязи с внешней средой, использование в народном хозяйстве составляют задачу почвоведения. Знания о почве служат фундаментом для системы обработки почвы, применения удобрений, мелиораций, защиты почв от эрозии.
Одна из задач рационального использования земли - такое размещение культурных растений, при котором они могли бы создавать наибольшее количество органического вещества, а с каждого гектара можно было бы получить возможно больше продукции, не снижая плодородия почвы.
Важным средством повышения плодородия почвы является общие приемы агротехники: научно обоснованные севообороты, система обработки почвы, мероприятия по борьбе с сорняками, которые рассматриваются в центральной главе данного учебного пособия - земледелии.
Поддержание и повышение почвенного плодородия одна из важнейших задач, стоящих перед специалистами агропромышленного комплекса (АПК). Основной путь повышения плодородия почвы и, как следствие, повышение продуктивности сельскохозяйственных культур, является использование удобрений, особенно органических.
Классик российской агрохимической науки академик Д.Н. Прянишников (1865-1948) так охарактеризовал предмет и задачи агрохимии: «Задачей агрохимии является изучение круговорота веществ в земледелии и выявлении тех мер воздействия на химические процессы, протекающие в почве и растении, которые могут повышать урожай или изменять его состав. Главным способом вмешательства в этот круговорот является применение удобрений».
Возможность оперативного регулирования пищевого режима почвы и растений с помощью удобрений выдвигает агрохимию в число тех прикладных наук, которые в большей степени определяют прогресс в земледелии, поэтому отдельная глава учебного пособия посвящена удобрениям и способам их применения с учетом ресурсосбережения и экологической безопасности.
В учебном пособии изложены так же основные сведения о свойствах и типах основных почв страны, о требованиях культурных растений к основным факторам жизни и методах их регулирования, более подробно излагаются практические приемы земледелия в разных почвенно-климатических зонах. Отдельная глава посвящена мелиорации земель, способам их орошения и осушения.
Важный резерв повышения эффективности земледелия - внедрение экологически безопасных технологий, предусматривающих совершенствование систем обработки почвы, их минимализацию и дифференциацию в различных почвенно-климатических условиях, применение умеренных, экологически и экономически обоснованных доз минеральных удобрений и средств защиты посевов, а также рациональные методы и приемы использования высокопроизводительной техники, обеспечивающие ресурсосбережение и получение стабильных урожаев сельскохозяйственных культур.
Следовательно, квалифицированное выполнение экономических расчетов и обоснование эффективности применения средств интенсификации земледелия (химизация, мелиорация, адаптивные технологии и др.), обеспечивающие расширенное воспроизводство биоресурсов и их экономию, требует от студентов знания методов бонитировки и качественной оценки земли, особенностей ведения адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Поэтому содержание курса «Земледелие с основами почвоведения и агрохимии» для студентов агроэкономических специальностей сводится к получению знаний по почвоведению, земледелию, агрохимии и мелиорации с учетом последних достижений отечественной и зарубежной науки и практики, позволяющих в дальнейшем им творчески решать проблемы производственных отношений в условиях реформирования АПК.
ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ ПОЧВОВЕДЕНИЯ
Глава 1. Почва и ее происхождение
1.1 Понятие о почве
Почвоведение как наука сформировалась в XIX столетии. Основоположником научного почвоведения был выдающийся русский ученый Василий Васильевич Докучаев (1846-1903), определивший почву как «дневные - или близкие к ним горизонты горных пород (все равно каких), которые были более или менее естественно изменены взаимным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов - живых и мертвых, что и сказывается известным образом на составе, структуре и цвете таких образований. Где этого условия нет, там нет и естественных почв, а есть или искусственная смесь, или горная порода». Этим он подчеркивал особенность почвы как самостоятельного природного тела, образовавшегося в результате изменения верхней части земной коры под воздействием выше перечисленных факторов.
Академик В.Р. Вильямс (1863-1939) развил биологическое учение о почве и ее плодородии и конкретизировал определение почвы как «рыхлый поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений». Этим он подчеркивал важнейшее свойство почвы, присущее только ей, ее плодородие.
Почва - основное и незаменимое средство сельскохозяйственного производства, богатство любой страны, так как она обеспечивает человека продуктами питания, животноводство - кормами, а промышленность - сырьем. Сельское хозяйство целиком построено на использовании почвы, поэтому знание ее происхождения, состава, свойств, распространения и путей повышения плодородия - необходимое условие повышения уровня сельскохозяйственного производства.
1.2 Общая схема почвообразовательного процесса
Много миллионов лет потребовалось для того, чтобы горные породы, покрывающие Землю, превратились в почву. Горные породы, из которых формируется почва, называют почвообразующими, или материнскими. Образование почв из горных пород происходит под воздействием двух процессов, протекающих на земной поверхности - выветривания и почвообразования.
Выветривание - процесс разрушения горных пород и образования рыхлых обломочных пород. В зависимости от факторов, разрушающих горные породы, различают физическое, химическое и биологическое выветривание.
Физическое выветривание это процесс механического дробления горных пород под воздействием, температуры, воды, ветра, не вызывающее изменение химического состава. В дневные часы солнечные лучи нагревают поверхностные слои горной породы, которые в ночные часы быстро охлаждаются, что приводит к образованию в них трещин. В образовавшиеся трещины попадает атмосферная влага, которая при замерзании увеличивается в объеме и раскалывает породу. Из-за физического выветривания горная порода разрушается на обломки различной величины, называемые рухляком.
Химическое выветривание это процесс разрушения горной породы под влиянием воды, углекислого газа и кислорода воздуха, с изменением химического состава и образованием новых минералов, отсутствующих в первичных породах.
Биологическое выветривание связано с возникновением жизни на Земле. Микроорганизмы, постепенно изменяя химический состав горных пород, создают условия для произрастания низших растений (водорослей, мхов, лишайников). По сравнению с микроорганизмами они сильнее изменяют состав породы, накапливают органическое вещество и создают условия для поселения высших растений и животных организмов.
Почвообразовательный процесс начинается с того момента, когда на рухляке горной породы поселяются живые организмы и происходит накопление органического вещества.
В результате жизнедеятельности поселившихся на породе живых организмов происходит использование основных (NPK) и других элементов питания и концентрация их в своем теле в форме сложных органических соединений. После отмирания живых организмов их органические остатки накапливаются в верхних слоях земной поверхности и служат источником питания и энергии для микроорганизмов. Часть остатков минерализуется и становится доступной для новых накоплений растений, часть - превращается в новые органические вещества и накапливается в виде гумуса. То есть, между живыми организмами и почвообразующей породой происходит круговорот элементов питания, который, по предложению В.Р. Вильямса, был назван малым биологическим круговоротом веществ.
Рис. 1. Малый биологический круговорот веществ
Накопление гумуса в верхних слоях и взаимодействие гумусовых веществ с минеральной частью породы приводит к образованию особого природного типа - почвы. Гумус содержится только в почвах и отсутствует в почвообразующих породах.
Таким образом, в основе почвообразовательного процесса лежит биологический круговорот веществ, благодаря которому почвообразующая порода приобретает качественно новое свойство - плодородие.
1.3 Факторы почвообразования
Учение о факторах почвообразования создал В.В. Докучаев, который показал, что почва формируется под влиянием следующих факторов: климат, растительный и животный мир (биологический фактор), почвообразующая порода, рельеф местности и возраст почв. При этом он считал все факторы равнозначными и незаменимыми. В дальнейшем В.Р. Вильямс выделил еще один фактор почвообразования - производственную деятельность человека (антропогенный фактор).
Биологический фактор. Ведущая роль в почвообразовании и формировании плодородия почв принадлежит трем группам живых организмов - земным растениям, микроорганизмам и почвенным животным. Каждая из этих групп организмов выполняет свою роль, но только при их совместной деятельности почвообразующая порода превращается в почву. Доминирующее положение в почвообразовании принадлежит зеленым растениям, которые извлекают из породы зольные элементы и азот, синтезируют в процессе фотосинтеза органическое вещество, которое вместе с зольными элементами через опад попадает в почву.
Роль различных видов растительности существенно отличается и это основная причина многообразия почв в природе.
Микроорганизмы (бактерии, грибы, водоросли и лишайники) первыми поселяются на горной породе, активно участвуя в ее биологическом выветривании. Им принадлежит главная роль в процессах разложения растительных остатков зеленых растений и минерализации их до простых солей доступных растениям.
Таблица 1
Показатели биологической продуктивности основных типов растительности (по Л.Е. Родину и Н.И. Базилевич)
|
Типы растительности |
Биомасса |
Прирост, ц/га |
Опад, ц/га |
Лесная подстилка или степной войлок, ц/га |
|||
|
ц/га |
надземная часть, % |
корни, % |
|||||
|
Арктические тундры |
50 |
30 |
70 |
10 |
10 |
35 |
|
|
Ельники северной тайги |
1000 |
78 |
22 |
45 |
35 |
300 |
|
|
Дубравы |
4000 |
76 |
24 |
90 |
65 |
150 |
|
|
Степи луговые (остепененные луга) |
250 |
32 |
68 |
137 |
137 |
120 |
|
|
Сухие степи |
100 |
15 |
85 |
42 |
42 |
15 |
|
|
Пустыни полукустарничковые |
43 |
13 |
87 |
12 |
12 |
- |
|
|
Саванны (Гана) |
666 |
94 |
6 |
120 |
115 |
13 |
|
|
Вечно-влажные тропические леса |
5000 |
82 |
18 |
325 |
250 |
20 |
Они участвуют в процессах гумификации и минерализации гумуса, в разрушении и почвообразовании почвенных минералов, влияют на состав почвенного воздуха, регулируя в нем соотношение между кислородом и CO2 (углекислый газ или диоксид). Количество, видовой состав и активность микроорганизмов зависят от плодородия почв и гидротермических условий. Наиболее распространены в почве бактерии, количество которых может доходить до 3 млрд. шт. в 1 г почвы.
В образовании почвы участвуют и почвенные животные, представленные нематодами, насекомыми, дождевыми червями, муравьями, кротами, грызунами и др. Все они используют органические остатки в виде пищи, способствуют ее разложению, ускоряют гумификацию растительных остатков, улучшают физические свойства почвы. Среди почвенной фауны преобладают беспозвоночные (нематоды, насекомые, черви и др.). Особую роль играют дождевые черви, которые пропускают через себя до 600 т мелкозема в год. Установлено, что многие почвы на 50, иногда на 89% состоят из полуразрушенных агрегатов, созданных червями.
Климат - многолетний режим погоды, зависящий от географической широты, высоты над уровнем моря, формы рельефа, удаленности от морей и океанов. Сильнее всего на почвообразование влияют температура, атмосферные осадки и ветер. Главными показателями климата является тепло- и влагообеспеченность территорий. В качестве показателя теплообеспеченности принята сумма среднесуточных температур выше 100С за вегетационный период:
|
Термический пояс |
Сумма температур воздуха выше 100 С |
|
|
Холодный (полярный) |
400…600 |
|
|
Умеренно-холодный (бореальный) |
600…2400 |
|
|
Умеренно-теплый (суббореальный) |
2400…4000 |
|
|
Теплый (субтропический) |
4000…8000 |
|
|
Жаркий (тропический) |
> 8000 |
Для характеристики обеспеченности влагой используется гидротермический коэффициент, который рассчитывается по отношению осадков к испаряемости.
От сочетания температурных условий и увлажнения зависят тип растительности, скорость образования и разрушения органического вещества, количество и деятельность почвенных микроорганизмов и животных. Но это косвенное влияние климата на биологический круговорот и характер почвообразовательного процесса. Прямое влияние связано с непосредственным влиянием на породу и почву осадков, промачивания, размывания, нагревания, охлаждения, физического выветривания под действием ветра и т.п.
Таким образом, климат - важный фактор, определяющий интенсивность биологического круговорота веществ и обусловливающий многие особенности в свойствах почв в связи с его влиянием на все его режимы (водно-воздушный, тепловой, питательный и др.).
Таблица 2
Шкала классификации климата по условиям влагообеспеченности
|
Области по обеспеченности влагой |
Почвенно-растительные зоны |
КУ (Высоцкого-Иванова) |
|
|
Избыточно влажные (экстрагумидные) |
Тундра, тайга с глееподзолистыми почвами |
> 1,33 |
|
|
Влажные (гумидные) |
Таежные и лиственные леса с подзолистыми и дерново-подзолистыми почвами |
1,33-1,0 |
|
|
Полувлажные(семигумидные) |
Лесостепь с серыми лесными почвами и лесостепными черноземами |
1,0-0,77 |
|
|
Полузасушливые и засушливые (субаридные) |
Черноземы обыкновенные и южные степной зоны |
0,77-0,44 |
|
|
Очень засушливые (субаридные) |
Сухие степи с темно-каштановыми и каштановыми почвами |
0,44-0,33 |
|
|
Полусухие и сухие (семиаридные) |
Полупустыни со светло-каштановыми и бурыми пустынно-степными почвами |
0,33-0,12 |
|
|
Очень сухие (аридные) |
Пустыни с серо-бурыми почвами и такырами |
< 0,12 |
Почвообразующие (материнские) породы. Роль почвообразующей породы как фактора почвообразования заключается в том, что она служит субстратом, на котором впоследствии формируется почва. Почвообразующая порода передает почве свой гранулометрический, минералогический и химический состав. От гранулометрического состава породы зависят гранулометрический состав почвы и ее водно-физические свойства: плотность, пористость, влагоемкость, водопроницаемость и др. Эти свойства непосредственно влияют на характер почвообразовательного процесса, минерализацию и гумификацию растительных остатков, скорость передвижения веществ в почвенной толще.
Химический и минералогический состав породы определяют солевой состав, реакцию почвы, содержание элементов питания и направленность почвообразовательного процесса. Особенно большое значение имеет карбонатность и засоленность материнских пород. В таежно-лесной зоне карбонаты способствуют формированию почв с благоприятными физико-химическими свойствами, а в южных зонах на засоленных породах образуются солончаки и солонцы.
Рельеф - важнейший фактор почвообразования, влияющий на перераспределение солнечной энергии и осадков и, следовательно на характер водного режима почв в зависимости от экспозиции и крутизны склонов. С повышенных элементов рельефа вода стекает по склонам и накапливается в понижениях, что приводит к переувлажнению и заболачиванию почв. С рельефом тесно связан уровень грунтовых вод: на повышениях они опущены на большую глубину, чем в понижениях. Близкое залегание грунтовых вод, особенно при их засоленности в условиях жаркого сухого климата, приводит к образованию солончаков. Рельеф во многом определяет степень водной эрозии почвы.
Рельеф влияет также на тепловой режим почвы: южные склоны всегда более теплые и сухие, чем северные, что создает различные условия для роста и развития растительности и приводит к образованию разных почв. Особенно важна роль рельефа в горных районах, где возникает вертикальная зональность климата, растительности и почв, как следствия понижения температуры воздуха с высотой и изменения условий увлажнения.
Возраст почв. Под возрастом почв подразумевается время в течение, которого в данной местности идет почвообразовательный процесс. В разных почвенно-климатических зонах нашей страны почвы начали формироваться в различное время в зависимости от времени освобождения территории от ледника, поэтому возраст их неодинаков. В южных районах биологические процессы протекали дольше, поэтому там распространены старые почвы - каштановые и черноземы. На севере же, в таежно-лесной зоне почвы более молодые, чем в степной зоне, а самые молодые почвы находятся в тундровой зоне, где территория освободилась от ледника позже всего и там позднее начался почвообразовательный процесс.
Производственная деятельность человека (антропогенный фактор). С начала использования почв, как средства сельскохозяйственного производства, человек изменял условия и интенсивность почвообразовательного процесса, а в отдельных случаях и его направленность, при этом менялись и свойства почв. На разных исторических этапах развития общества с изменением социально-экономических условий существования воздействие человека на почву возрастало. Вмешательство человека путем его целенаправленной деятельности приводит к изменению почв значительно быстрее, чем влияние природных факторов, и, как фактор почвообразования, становится решающим в современных условиях.
Воздействие человека на почву в процессе производственной деятельности заключается в вырубке лесов, осушении болот, орошении засушливых земель, создании искусственных водоемов, посадке полезащитных лесополос, пастьбе скота, внесении удобрений, в т.ч. косвеннодействующих (известь, гипс), обработке почвы и др.
Научно обоснованные приемы агротехники ускоряют ход почвообразовательного процесса и формируют культурные почвы с высоким уровнем плодородия. В тех же случаях, когда почвы используют без учета их свойств с нарушением обоснованных рекомендаций, могут возникнуть такие отрицательные последствия, как эрозия, засоление, заболачивание, загрязнение и другие виды деградации почв, которые приводят к потере почвой плодородия.
1.4 Почвенный профиль, его строение и морфологические признаки
Формирование почвенного профиля является следствием почвообразовательного процесса в результате которого почва приобретает ряд морфологических (или внешних) признаков, которыми она отличается от материнской породы. Основными морфологическими признаками являются строение почвенного профиля, мощность профиля и отдельных горизонтов, окраска, гранулометрический состав, структура, сложение, новообразования и включения.
Под влиянием почвообразовательного процесса вся почвенная толща дифференцируется на ряд расположенных в определенной последовательности горизонтов, получивших название генетических. Совокупность генетически сопряженных и закономерно с меняющихся почвенных горизонтов на которые расчленяется почва в процессе почвообразования называется почвенным профилем. Под строением почвы понимается сочетание генетических горизонтов, образующих почвенный профиль. В разных почвах это сочетание неодинаково. Наиболее распространенные на территории России почвы состоят из следующих генетических горизонтов, имеющих свое буквенное обозначение:
А0 - лесная подстилка, или дернина, состоящая из полуразложившихся и переразложившихся продуктов лесного опада и остатков травянистой растительности;
А1 - гумусо-аккумулятивный горизонт, формируется в верхней части профиля, темный, так как отличается максимальным накоплением гумуса и питательных элементов;
А2 - элювиальный, характеризуется интенсивным разрушением и вымыванием (выщелачиванием) продуктов разрушения в нижележащие горизонты, что придает этому горизонту более светлую окраску;
В - иллювиальный горизонт или горизонт вмывания, где накапливаются продукты разрушения из вышележащих горизонтов. В результате вмывания он может обогатиться гумусом, илом, карбонатами, соединениями железа и др.;
G - глеевый горизонт, выделяется в тех случаях, когда почва формируется при длительном или постоянном избыточном увлажнении;
С - материнская порода, нижняя часть профиля, неизмененного почвообразовательным процессом;
Д - подстилающая порода, выделяется в тех случаях, когда почвенные горизонты сформировались на одной породе, а ниже расположена другая порода с иными свойствами.
Мощность почвенного профиля - общая протяженность всех горизонтов до материнской породы. Выражается в сантиметрах и колеблется у различных почв от 40…50 до 100…150 см. Мощность почвенного горизонта - протяженность от верхней до нижней границы. Например, А0 = 0…5 см, А1 - 5…25 см и т.д. По мощности отдельных горизонтов можно судить о происхождении (генезисе) и плодородии почв. Чем мощнее гумусовый горизонт, тем плодороднее почва.
Окраска почвы и ее горизонтов зависит от сочетания гумусовых и минеральных веществ. Это важнейшей морфологический признак, сразу же обращающий на себя внимание. Многие почвы получили свое название, соответствующее их окраске - чернозем, краснозем, серозем, бурозем, каштановые и др.
С давних времен земледельцы по окраске судили о плодородии почв, которое связывалось с черной или темно-серой окраской, обусловленной содержанием оксидов железа, которые, в зависимости от их концентрации окрашивают горизонты в охристый, коричневый или бурый цвет. Белый цвет обычно связан с наличием в почве оксидов кремния, алюминия, карбонатов кальция и магния и др. Сочетание тех или иных соединений может придавать горизонту самые разнообразные цвета и оттенки. Наиболее распространенные показаны в треугольнике С.А. Захарова (рис. 2).
Окраска почвы сильно изменяется в зависимости от влажности (чем почва влажнее, тем окраска темнее), от структурного состояния почвы (чем почва содержит больше пылеватых фракций, тем она светлее), от характера освещенности. Поэтому сравнивать окраску нескольких почв нужно при одинаковых условиях.
Гранулометрический (механический состав). В процессе выветривания горная порода превращается в рухляк, состоящий из частиц различной величины, называемых механическими элементами. Близкие по размерам частицы объединяют во фракции. Гранулометрическим составом называется относительное содержание в почве (или породе) механических элементов.
Рис. 2 Треугольник окрасок почвы по С.А. Захарову
Все механические элементы размером более 0,01 мм называют физическим песком, а менее 0,01 - физической глиной. В основе классификации почв по гранулометрическому составу лежит соотношение частиц физической глины и физического песка (табл. 3).
Таблица 3
Классификация почв и пород по гранулометрическому составу (по Н.А. Качинскому)
|
Краткое название почвы по гранулометрическому составу |
Содержание физической глины (частиц размером менее 0,01 мм), % |
|||
|
подзолистый тип почвообразования |
степной тип почвообразования |
солонцы и сильно-солонцеватые почвы |
||
|
Песок: |
||||
|
рыхлый |
0…5 |
0…5 |
0…5 |
|
|
связный |
5…10 |
5…10 |
5…10 |
|
|
Супесь |
10…20 |
10…20 |
10…15 |
|
|
Суглинок: |
||||
|
легкий |
20…30 |
20…30 |
15…20 |
|
|
средний |
30…40 |
30…45 |
20…30 |
|
|
тяжелый |
40…50 |
45…60 |
30…40 |
|
|
Глина: |
||||
|
легкая |
50…65 |
60…75 |
40…50 |
|
|
средняя |
65…80 |
75…85 |
50…65 |
|
|
тяжелая |
> 80 |
> 85 |
> 65 |
Гранулометрический состав можно определять и в полевых условиях методом раскатывания шнура (табл. 4).
В сельском хозяйстве гранулометрический состав имеет большое агрономическое значение, так как его учитывают при обработке почвы, применении удобрений, мелиоративных мероприятиях, размещении культур в севообороте и других приемах земледелия.
По отношению к обработке почвы условно подразделяют на легкие и тяжелые. Легкие почвы (песчаные, супесчаные, легкосуглинистые) легко обрабатывать, весной они быстрее прогреваются, поэтому на них полевые работы можно начинать раньше. В северных областях на них можно раньше начинать посев, что увеличивает продолжительность вегетационного периода, позволяет возделывать сельскохозяйственные культуры в условиях короткого лета.
К отрицательным свойствам легких почв относится невысокое содержание гумуса и элементов питания, низкие влагоемкость и поглотительная способность. В засушливых условиях южных районов России эти почвы легко подвергаются ветровой эрозии (дефляции).
Таблица 4
Определение гранулометрического состава почв полевым методом раскатывания шнура (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина)
|
Группа почв по гранулометрическому составу |
Поведение шнура при раскатывании и свертывании в кольцо |
|
|
Песок |
Почва не скатывается |
|
|
Супесь |
При скатывании почва распадается на мелкие кусочки и не дает шнура |
|
|
Легкий суглинок |
При раскатывании формируется легко распадающийся на дольки шнур |
|
|
Средний суглинок |
При раскатывании формируется сплошной шнур, который при свертывании в кольцо распадается на дольки |
|
|
Тяжелый суглинок |
При раскатывании легко образуется шнур, который свертывается в кольцо с мелкими трещинами |
|
|
Глина |
Шнур легко свертывается в нерастрескивающееся кольцо |
Для повышения плодородия легких почв применяют органические и минеральные удобрения. Последние следует вносить чаще, малыми дозами, в противном случае, удобрения будут вымываться из почвы. Наибольший эффект дает возделывание на песчаных почвах люпина и сераделлы, которые запахивают в качестве зеленого удобрения. Зеленые удобрения (сидераты) резко повышают содержание гумуса, азота, увеличивают поглотительную способность и влагоемкость почв.
Тяжелые почвы (тяжелосуглинистые и глинистые) обладают высокой связностью, оказывают большое сопротивление почвообрабатывающим орудиям, их обработка требует больше тяговых усилий.
Эти почвы хорошо удерживают влагу и элементы питания растений, но имеют плохой газообмен с приземным слоем воздуха, низкую водопроницаемость. На поверхности таких почв застаивается вода и образуется почвенная корка. В результате в почве угнетается деятельность аэробных бактерий, приостанавливается минерализация органического вещества, развиваются восстановительные процессы, накапливаются вредные для растений закисные соединения алюминия, железа. Весной из-за сильной переувлажненности тяжелые почвы плохо прогреваются. Для повышения плодородия тяжелых почв необходимо улучшать их структуру путем систематического внесения органических удобрений.
Наиболее благоприятными свойствами для возделывания сельскохозяйственных культур обладают среднесуглинистые и суглинистые почвы, которые сочетают положительные свойства легких и тяжелых почв, что позволяет на более продолжительное время создавать благоприятные тепловой, водный, воздушный режим и режим питания для многих культурных растений.
Структура. В результате почвообразовательного процесса элементарные почвенные частицы почвы склеиваются в агрегаты, комочки (структурные отдельности) различной величины и формы.
Структурой почвы называют совокупность агрегатов или комочков различной величины, формы и качества на которые может распадаться почва. Способность почвы при ее обработке распадаться на такие агрегаты называется структурностью.
В зависимости от размера агрегатов почвенную структуру подразделяют на глыбистую (агрегаты >10 мм), макроструктуру (10…0,25 мм) и микроструктуру (< 0,25 мм). В зависимости от формы структурных агрегатов различают 3 основных типа структуры (по С.А. Захарову): кубовидная - агрегаты равномерно развиты по трем взаимно перпендикулярным осям; призмовидную - агрегаты развиты преимущественно по вертикальной оси; плитовидную - агрегаты развиты преимущественно по двум горизонтальным осям. В зависимости от характера ребер, граней и размера каждый из трех типов структуры делится на ряды и виды.
Рис. 3. Главнейщие виды почвенной структуры (по С.А. Захарову)
I тип: 1 - крупно-комковатая; 2 - средне-комковатая; 3 - мелкокомковатая; 4 - ореховатая; 5 - крупно-ореховатая; 6 - ореховатая; 7 - мелко-ореховатая; 8 - крупнозернистая; 9 - зернистая; 10 - порошковатая; 11 - бусы из зерен почвы; II тип: 12 - столбчатая; 13 - столбовидная; 14 - крупно-призматическая; 15 - призматическая; 16 - мелко-призматическая; 17 - тонко-призматическая; III тип: 18 - сланцеватая; 19 - пластинчатая; 20 - листовая; 21 - грубо-чешуйчатая; 22 - мелко-чешуйчатая.
Различные типы и разновидности почв характеризуются определенной структурой, но наибольшее распространение получили также формы структурных агрегатов, как: глыбистая, комковатая, зернистая и пылеватая. Глыбистая структура наблюдается на неокультуренных почвах, при обработке сильно иссушенных и переувлажненных земель, засоленных почв. Глыбы мешают прорастанию семян, почва быстро теряет влагу и снижает свое плодородие. Комковатая структура характерна для многих пахотных и целинных земель, агрегаты характеризуются неправильной округлой формой размером 0,25…10 мм. Зернистая структура в агрономическом отношении наиболее ценная, состоит из агрегатов округлой формы размером 0,5…5 мм, устойчива к разрушению водой и механическому воздействию сельскохозяйственной техники. Комковатая и зернистая структура относится к агрономически ценной структуре. Такая структура характерна для черноземов, пойменных и дерновых почв. Пылеватая структура имеет комочки размером менее 0,25 мм. На пахотных землях она образуется при многократных обработках пахотного слоя. Чем больше пылеватость почв, тем ниже их плодородие. Такие почвы после дождя образуют корку, а в южных районах почвы с такой структурой подвергаются дефляции.
Для пахотных земель наиболее ценной в агрономическом отношении является зернистая и комковатая структура (макроструктура), обладающая высокой пористостью, механической прочностью и способностью противостоять размывающему действию воды (водопрочность).
Основное условие создания агрономически ценной структуры - наличие в почве коллоидных и илистых частиц, а также гумусовых веществ. Структурообразование происходит под влиянием многих факторов, но основная роль в структурообразовании принадлежит биологическим факторам - растительности и организмам, населяющим почву. Особая роль принадлежит многолетним бобовым и злаковым травам, корневая система которых, пронизывая массу распыленной почвы, превращает ее в агрегаты. Разложившиеся корневые остатки и образовавшийся перегной скрепляют комочки и превращают их в водопрочные агрегаты. Известна и роль дождевых червей, которые пропуская через себя почвенные частицы, уплотняют и склеивают их слизью, образуя капролиты, обладающие особой водопрочностью.
Систематическое восстановление агрономически ценной структуры достигается с помощью внесения органических удобрений, правильной обработки почвы, посева многолетних трав и сидератов, применения химической мелиорации (извести, гипса, структурообразователей).
Сложение. Под сложением почвы и ее отдельных горизонтов понимают внешнее выражение их плотности и пористости. Сложение почв зависит от гранулометрического состава, структуры, степени развития корневой системы, деятельности почвенных животных. По степени плотности различают очень плотное (слитное), плотное, рыхлое и рассыпчатое сложение. Слитное сложение свойственно связным глинистым почвам и иллювиальным горизонтам солонцов. Такие почвы копать лопатой невозможно, требуется кирка. Плотное сложение характерно для иллювиальных горизонтов суглинистых и глинистых почв. При копании лопатой требуется значительное усилие. Рыхлое сложение имеют верхние горизонты структурных обогащенных гумусом почв, а также пахотные горизонты почв после их обработки. Лопата при таком сложении легко входит в почву. Рассыпчатое сложение характерно для пахотного слоя песчаных и суглинистых почв и почва обладает сыпучестью.
Сложение является свойством, которое в значительной степени определяет аэрацию и водопроницаемость почвы. Наиболее благоприятно рыхлое сложение, при котором создается самое оптимальное сочетание водного, воздушного и питательного режимов почвы.
Новообразования - скопления разнообразных веществ химического и биологического происхождения, возникшие в результате почвообразовательного процесса.
Химические новообразования возникли в результате химических процессов и имеют форму выцветов, налетов, прожилок, прослоек, конкреций и др. По составу различают скопления легкорастворимых солей, гипса, карбонатов кальция и магния, оксидов и гидрооксидов железа, марганца, закисные соединения железа, скопления кремнезема и гумуса.
Биологические новообразования имеют животное или растительное происхождение. Они встречаются в следующих формах: капролиты - экскременты червей и личинок в виде водопрочных комочков; кротовины - ходы кротов, сусликов, сурков в виде крупных пятен округлой, овальной или вытянутой формы (типичное для черноземов); корневины - следы сгнивших крупных древесных корней в лесных почвах; червороины - извилистые ходы червей (встречаются во многих почвах); дендриты - отпечатки мелких корней на поверхности структурных отдельностей почвы (встречаются в разных почвах).
По новообразованиям можно судить о направленности почвообразовательного процесса. Так, появление легкорастворимых солей в почве свидетельствует о засолении, наличии сизоватых и ржаво-охристых пятен указывает на заболоченность, наличие кремнеземистой присыпки свидетельствует о подзолообразовании.
Включения - это различные тела, обнаруживаемые в почвенном профиле, происхождение которых не связано с почвообразовательным процессом. Наиболее распространенные включения - остатки горных пород (валуны, галька, щебень), кости животных, куски кирпича и другие антропогенные включения.
Вопросы для самопроверки знаний
1. Что такое почвообразовательный процесс?
2. Перечислите факторы почвообразования
3. В чем заключается влияние антропологического фактора на почвообразование
4. Почему биологический фактор имеет основное значение в почвообразовании?
5. Перечислите морфологические признаки почв
6. Дайте характеристику основных генетических горизонтов почвенного профиля
7. Какая структура почвы наиболее ценная и почему?
8. Что понимают под гранулометрическим составом почвы?
9. По какому принципу классифицируют почвы по гранулометрическому составу?
10. Приемы улучшения гранулометрического состава
11. Какое влияние оказывает гранулометрический состав на агрономические свойства почвы?
Глава 2. Состав, свойства и режимы почвы
Почва представляет собой сложное природное тело и состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой фаз.
Жидкая фаза почвы представляет собой почвенный раствор, который формируется из воды, поступающей в почву с атмосферными осадками, из грунтовых вод, при конденсации водяных паров. Объем и химический состав почвенного раствора динамичны и зависят от количества поступающей воды, водно-физических их свойств и химического состава почвы. Почвенный раствор, или почвенная вода, занимает имеющиеся в твердой фазе почвы пустоты (поря, капилляры), адсорбируется коллоидными частицами, образуя различные по доступности растениям и связанности в почве формы влаги (гравитационная, капиллярная, пленочная, гигроскопическая вода и т.д.). Замерзая или испаряясь, почвенная вода переходит соответственно в твердую или газовую фазу.
Рис. 4. Фазовый состав почвы
Жидкая фаза почвы играет важную роль в почвенном плодородии (питание растений), в процессах почвообразования и формировании почвенного профиля, осуществляя перенос различных частиц и соединений в виде суспензий, взвесей, коллоидных и истинных растворов.
Газовая фаза почвы представлена почвенным воздухом, который заполняет свободные от воды пустоты (поря) в почве. Источником почвенного воздуха являются воздух атмосферы и образующиеся в почве газы. Состав почвенного воздуха отличается от атмосферного и весьма динамичен. Вода и воздух в почве находятся в динамическом равновесии на основе антагонизма: чем больше воды, тем меньше воздуха, и наоборот. Основные характеристики газовой фазы: объем, состав и газообмен с атмосферой.
Твердая фаза, в свою очередь, состоит из минеральной и органической части. Минеральная часть преобладает и составляет 90…95% массы почвы и только в торфяных почвах минеральная часть не превышает 15…20%.
Рис. 5. Состав биологических объектов почвы (по массе)
Живая фаза почвы представлена живыми организмами, населяющими почву и участвующими в почвообразовательном процессе. Это в первую очередь различные микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы, водоросли), а также простейшие, насекомые, черви и др. Основные характеристики живой фазы: общая биологическая активность почвы, микробиологическая и ферментативная активность, общая численность микроорганизмов, дождевых червей и других живых организмов в почве.
2.1 Минералогический и химический состав почвообразующих пород и почв
В минералогический состав почвообразующих пород и почв входят первичные и вторичные минералы. Всего известно около 2 тыс. минералов, а в породах и почвах наибольшее распространение получили около 50 минералов. Первичные минералы (кварц, полевые шпаты, слюды и др.) образовались в глубоких слоях земной коры при высоких температурах и давлении. Только из них состоят магматические породы. Первичные минералы неустойчивы в условиях земной поверхности и подвергаются процессам выветривания. Они представлены в основном частицами более 0,001 мм.
Вторичные минералы образовались под действием внешних факторов из первичных минералов. Они более устойчивы к процессам выветривания, т.к. образовались в термодинамических условиях земной поверхности. Вторичные минералы (минералы простых солей, оксиды и гидрооксиды Fe и Al, кальций, гипс, глинистые минералы и др.) представлены частицами менее 0,001 мм. В большинстве типов почв первичные минералы преобладают над вторичными.
Первичные минералы влияют на агрофизические свойства, являются источником зольных элементов, от них зависит направленность почвообразования. Вторичные минералы определяют поглотительную способность почв, являются источником основных элементов питания, играют важную роль в образовании водопрочной структуры.
Почва наследует минералогический состав почвообразующей породы, а процесс почвообразования не оказывает существенного влияния на минералогический состав, если не применяются такие приемы, как известкование и гипсование, пескование, глинование и др.
Почвообразующие породы по своему химическому составу существенно отличаются от почвы и главным отличием является отсутствие органических веществ, источником которых являются живые организмы. Минеральная часть земной коры (литосферы) в основном состоит из кислорода и кремния. В сумме эти два элемента дают почти 75% литосферы (в почве на их долю приходится 82% массы), а дальше в убывающем порядке идут алюминий и железо, кальций и калий, натрий и магний. Доля этих восьми элементов составляет более 99% минеральной части почвообразующих пород и около 97% минеральной части почв. Оставшаяся доля (около 1…3%) приходится на фосфор, титан, марганец, серу, хлор, водород и углерод, которые относятся к макроэлементам. Очень незначительную часть почвообразующих пород и почвы занимают микроэлементы: медь, цинк, молибден, бор, кобальт, йод, фтор и др. При этом в почвах их содержится в 2…12 раз меньше, чем в почвообразующих породах. Но несмотря на низкое содержание в почвах, они играют важную физиологическую и биохимическую роль в жизни организмов. Их недостаток в почвах нарушает физиологическое состояние растений и приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур.
Почвообразующие породы и почвы имеют близкий химический состав, а такие важные для питания растений элементы, как углерод, азот, частично, водород, сера, фосфор содержится в основном в составе органических соединений. Однако в почвах в 20 раз больше углерода и в 10 раз больше азота, что связано с их биологическим накоплением в составе органических веществ в результате жизнедеятельности микроорганизмов.
Больше в почве и кислорода, водорода, кремния, но меньше алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия, что является результатам выветривания и почвообразовательного процесса.
2.2 Органическая часть почвы
Органическая часть составляет лишь несколько процентов всей массы почвы, но она играет исключительно важную роль в формировании стабильного плодородия, в питании растений, в создании благоприятных водно-физических и других свойств почв.
Основным источником органических веществ являются отмершие части растений в виде корней и наземного опада. Меньшее значение имеют почвенные микроорганизмы и остатки почвенных животных (0,7…1,5 т/га). В пахотных почвах дополнительным источником органического вещества являются вносимые органические удобрения - навоз, торф, сидераты и др.
Количество и химический состав органических веществ, поступающих в почву и на ее поверхность, определяются не только типом растительности, ее возрастом, но и условиями произрастания (табл. 5). В таежно-лесной зоне основной источник органического вещества - лесная подстилка из опавшей хвои, листьев, веток и других частей древесных растений. Корни деревьев принимают незначительное участие в образовании органического вещества. Под травянистой растительностью основной источник органического вещества - корни, масса которых достигает в степной зоне до 17 т/га, в зоне сухих степей и полупустынь - 4…8 т/га. При сельскохозяйственном использовании в почву поступает растительных остатков от 2…3 т/га (пропашные культуры) до 9…15 т/га (многолетние мятликовые и бобовые травы).
Таблица 5
Химический состав высших и низших организмов, % к сухому веществу (по Л.Н. Александровой)
|
Организмы |
Зола |
Белковые вещества |
Подобные документы
 |