Основы земледелия

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

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 обоснование эффективности применения средств интенсификации земледелия (химизация, мелиорация, адаптивные технологии и др.), обеспечивающих расширенное воспроизводство биоресурсов и их экономию, требует от студентов знания особенностей ведения адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Поэтому содержание курса «Основы земледелия» для студентов инженерных и экономических 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.

1. Основы почвоведения

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.

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 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 поколений растений, часть - превращается в новые органические вещества и накапливается в виде гумуса. То есть, происходит круговорот элементов питания, который, по предложению В.Р. Вильямса, был назван малым биологическим круговоротом веществ (Рис. 1).

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.

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 - зеленым 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.

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).

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. 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 100 С за вегетационный период:

Табл. 1

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.).

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 следствие 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.

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 из них показаны в треугольнике С.А. Захарова (Рис. 2).

Рис. 2. Треугольник окрасок почвы по С.А. Захарову

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. Гранулометрическим составом называется относительное содержание в почве механических элементов. 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. 1).

Табл. 2. Классификация почв по гранулометрическому составу (Н.А. Качинский)

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

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, низкую влагоемкость и поглотительную способность. В засушливых условиях южных районов России эти почвы легко подвергаются ветровой эрозии.

Гранулометрический состав можно определять и в полевых условиях методом раскатывания шнура (табл. 2).

Табл. 3. 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, которое повышает содержание гумуса, увеличивает 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 роды и виды (Рис. 3).



Рис. 3. Главнейшие типы почвенной структуры (С.А. Захаров) I тип - кубовидная: 1 - крупнокомковатая; 2 - среднекомковатая; 3 - мелкокомковатая; 4 - ореховатая; 5 - крупноореховатая; 6 - ореховатая; 7 - мелкоореховатая; 8 - крупнозернистая; 9 - зернистая; 10 - порошковатая; 11 - бусы из зерен почвы; II тип - призмовидная: 12 - столбчатая; 13 - столбовидная; 14 - крупнопризматическая; 15 - призматическая; 16 - мелкопризматическая; 17 - тонкопризматическая; III тип - плитовидная: 18 - сланцеватая; 19 - пластинчатая; 20 - листовая; 21 - грубочешуйчатая; 22 - мелкочешуйчатая

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 ветровой эрозии.

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. 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.

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 (на черноземах); 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).

Включения - это различные тела, обнаруживаемые в почвенном профиле, происхождение которых не связано с почвообразовательным процессом остатки горных пород (валуны, галька, щебень), кости животных, куски кирпича и другие антропогенные включения.

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, орошении. Объем и химический состав почвенного раствора динамичны и зависят от количества поступающей воды, водно-физических свойств и химического состава почвы. Почвенный раствор, или почвенная вода, занимает имеющиеся в твердой фазе почвы пустоты (поры, капилляры).



Рис. 4

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 (поры) 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%.

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.

Рис. 5

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.

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 железа и алюминия, кальций, гипс, глинистые минералы. 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.

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.

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. 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).

Все отмершие растительные и животные организмы под воздействием почвенных микроорганизмов подвергаются сложным превращениям. Часть их минерализуется, другая часть превращается в специфическое органическое вещество почвы - гумус.

Растительный опад различается не только количественно, но и качественно. В хвойных лесных ценозах основная часть опада, поступающего на поверхность почвы, содержит много лигнина, дубильных веществ, восков и смол. Такой опад разлагается преимущественно грибной микрофлорой, так как грибы принимают самое активное участие в разложении грубых органических остатков, поступающих в почву.

Попадающие в почву органические растительные остатки содержат 10…25% сухих веществ и 75…90% воды. Химический состав сухих веществ весьма разнообразен по химическому составу и представлен следующими группами соединений: азотистые вещества (белки, хлорофилл, алкалоиды), углеводы (клетчатка, гемицеллюлоза, крахмал и др.), лигнин, липиды (жиры, воски), смолы, дубильные вещества и зола.

В месте с органическими остатками в почву поступают зольные элементы: К, Ca, Mg, P, Na, Fe, Al, Si, S, а также микроэлементы Mn, B, Cu, Zn, Co, Mo и другие, необходимые растениям в очень малых количествах.

Разложение поступивших органических остатков происходит под воздействием воды и воздуха, животных и микроорганизмов, обитающих в почве, но основная роль в этом процессе принадлежит микроорганизмам.

Поступающие в почву органические остатки, под воздействием почвенных микроорганизмов, подвергаясь сложным и разносторонним процессам превращения, теряют свое анатомическое строение.

В результате биохимических процессов, под воздействием ферментов, выделяемых микроорганизмами, растительные остатки разлагаются на более простые, так называемые промежуточные продукты разложения. Белки, например, расщепляются на пектиды и аминокислоты, жиры - на глицерин и жирные кислоты, углеводы - на моносахара, органические кислоты и спирты. В дальнейшем часть этих соединений подвергается минерализации - процесс разложения органического вещества до углекислоты, воды и простых солей. В этом процессе участвует до 80…90% органических остатков, а продукты минерализации переходят в почвенные растворы и в значительной степени используются новыми поколениями зеленых растений как источник питания, так как вновь включаются в биологический круговорот.

Другая часть промежуточных продуктов разложения органических остатков используется гетеротрофными микроорганизмами для питания. В результате образуются вторичные белки, углеводы, жиры и т.п., образующие новые поколения микроорганизмов.

Третья часть промежуточных продуктов разложения подвергается гумификации - то есть биохимическому и физико-химическому процессу их превращения в специфические сложные высокомолекулярные соединения - гумус (перегной).

Процесс гумификации настолько сложен, что современная наука не выработала единых взглядов на его характер. Существует несколько концепций, с той или иной степенью достоверности объясняющих образование гумуса, однако все они не имеют достаточного экспериментального подтверждения.

В состав гумуса входят три группы соединений различающихся между собой качественными и количественными показателями:

1. Вещества исходных органических остатков, к которым относятся белки, углеводы, лигнин, липиды, смолы и т.п. Они составляют не более 10… 15% общей массы перегноя.

2. Промежуточные продукты разложения органических остатков включают аминокислоты, моносахара, органические кислоты, полифенолы, спирты и т.п. Количество их в почве не превышает 5…10% массы перегноя.

3. Гумусовые вещества являются важнейшей и специфической частью перегноя. Они составляют 80…90% его массы и определяют все основные свойства гумуса. В состав гумусовых веществ входят гуминовые кислоты (ГК), фульвокислоты (ФК) и гумин.

Различающиеся по природе и химической активности две группы гумусовых кислот способствуют формированию разных по плодородию почв. Многообразие природно-климатических условий предопределяет различия в гумусообразовании.

Процесс гумусообразования зависит от условий увлажнения, воздушного и теплового режимов, состава растительных остатков и жизнедеятельности микроорганизмов.

Больше всего гумуса накапливается в зоне луговых степей, в черноземных почвах. Здесь весной и ранним летом высокая активность микроорганизмов, разлагающих органические остатки, обусловлена оптимальным увлажнением и благоприятными температурными условиями. Затем период интенсивного гумусообразования сменяется иссушением почвы и, в результате затухания биохимических процессов, происходит как бы консервация и сохранение гумуса от минерализации (табл. 3).

Содержание гумуса увеличивается от таежных подзолистых почв (2…3%) на юг к дерново-подзолистым, серым лесным (4…6%) и далее к черноземам (в среднем около 10%), а потом также закономерно уменьшается до 2…4% в каштановых почвах сухих степей и до 1…2% в почвах пустынь. Одновременно меняется и соотношение основных компонентов почвенного гумуса - гуминовых кислот и фульвокислот.

Табл. 4. Среднее содержание, запасы и качественный состав гумуса наиболее распространенных типов почв

Почвы	Содержание гумуса, %	Запасы гумуса в слое 0-0,2 м, т/га	Относительное содержание углерода	Отношение ГК : ФК
			ГК	ФК
Подзолистые	2,5 - 4,0	53	12-30	25-30	0,6-0,8
Серые лесные	4,0 - 6,0	109	25-30	25-27	1,0
Черноземы	7,0 - 10,0	224	35-40	15-20	1,5-2,5
Темно-каштановые	3,0 - 4,0	99	25-35	20-25	1,5-1,7
Бурые сухостепные	1,0 - 1,2	-	15-18	20-23	0,7
Сероземы	1,5 - 2,5	37	17-23	25-33	0,7
Красноземы	4,0 - 6,0	-	15-20	22-28	0,6-0,8

Роль гумуса в почве разнообразна. В нем содержатся основные элементы питания растений и различные микроэлементы. Эти элементы в процессе постепенной минерализации становятся доступными для питания растений. Гумусовые вещества служат пищей для гетеротрофных почвенных организмов. От содержания гумуса в почве зависит интенсивность биологических и биохимических процессов, обусловливающих накопление питательных веществ, необходимых растениям.

Гумусовые вещества почвы играют важнейшую роль в формировании почвенного профиля. В богатых гумусовыми кислотами и их солями почвах формируется хорошо выраженный гумусовый горизонт большой мощности с высокой поглотительной способностью. Мощность гумусового горизонта и запасы гумуса в нем характеризуют плодородие почвы.

Гумус оптимизирует физическое состояние почв. Гумус склеивает почвенные агрегаты (комочки), способствуя созданию агрономически ценной структуры. Почвы с высоким содержанием гумуса обладают лучшими физическими свойствами, легко обрабатываются, меньше подвержены уплотнению, обладают большей водоудерживающей способностью.

Почвы с низким содержанием гумуса отличаются бесструктурностью, плохими водно-воздушными и тепловыми свойствами.

Гумус придает почве темную окраску, что способствует интенсивному поглощению солнечной энергии. Органическое вещество предохраняет почву от быстрой потери тепла, а при разложении само выделяет энергию, поэтому такие почвы имеют более благоприятный тепловой режим и их называют теплыми. И наоборот, почвы бедные органическим веществом, отличаются неблагоприятными тепловыми свойствами, слабо поглощают тепло и плохо его удерживают. Такие почвы называют холодными.

Таким образом, гумусовые вещества оказывают разностороннее влияние на протекающие в почве процессы и на приобретение почвой важнейших агрономически ценных свойств.

Потеря почвенного плодородия чаще всего связана с уменьшением запасов гумуса. Дело в том, что гумус не только накапливается, но и разлагается. При низкой культуре земледелия процессы разложения (минерализации) преобладают над процессами накопления гумуса, в результате гумусовый баланс становится отрицательным. Частое рыхление пахотного слоя почвы увеличивает аэрацию и интенсивность микробиологического разрушения гумуса.

К основным мероприятиям, способствующим накоплению гумуса в почве, относятся внесение навоза, компостов на торфяной основе, применение зеленого удобрения (люпин, сераделла и др.). Сохранению и накоплению гумусовых веществ в почве способствуют также мероприятия по предотвращению водной и ветровой эрозии почв, возделывание многолетних трав, использование пожнивных остатков.

Поглотительной способностью почв называется свойство ее компонентов (твердой, жидкой, газообразной и биологической фаз) обменно или необменно поглощать из окружающей среды различные твердые, жидкие и газообразные вещества, отдельные молекулы, катионы и анионы. Эта способность почвы обусловлена наличием в ней мельчайших частиц размером менее 0,0001 мм, называемые почвенными коллоидами. По способу образования почвенные коллоиды разделяются на минеральные, органические и органо-минеральные.

Носителем поглотительной способности почв является почвенно-поглощающий комплекс (ППК) - совокупность минеральных, органических и органо-минеральных коллоидов.

Жидкая фаза почвы представлена почвенным раствором, содержащим растворенные газы, минеральные и органические соединения. Выпадающие атмосферные осадки уже содержат некоторое количество растворенного кислорода, углекислого газа, азота и других газов. Поступившая в почву дождевая вода активно взаимодействует с твердой фазой почвы, переводя в раствор некоторые ее компоненты.

Почвенный раствор, как кровь в организме, активный компонент процессов почвообразования, перемещая растворенные минеральные и органические вещества по профилю почвы. Из почвенного раствора растения поглощают воду и растворенные в ней элементы питания. Состав и концентрация почвенного раствора зависит от почвообразующих пород и климатических условий.

Для жизнедеятельности растений большое значение имеет концентрация почвенного раствора. Она зависит от почвообразующих пород и климатических условий. Почвы с высокой концентрацией раствора считаются засоленными. Соли препятствуют поступлению воды в корни растений, поэтому на засоленных почвах могут произрастать только такие растения, клеточный сок которых имеет высокое осмотическое давление. Такие растения называют солевыносливыми.

Незасоленной считается почва, в 1 л почвенного раствора которой находится менее 2 г солей. Такая концентрация почвенного раствора характерна для северных и центральных областей нашего государства.

Наряду с концентрацией почвенного раствора важное значение имеет соотношение в нем свободных ионов Н+ и ОН-. Если в почвенном растворе концентрации этих ионов одинаковы, то реакция будет нейтральной, если ионов Н+ больше, чем ОН-, - кислой, меньше - щелочной.

Почвенный раствор с нейтральной реакцией имеет рН = 7, с кислой - рН < 7, с щелочной - рН >7 (табл. 4).

Табл. 5. Уровни кислотности и щелочности почв

рН	Кислотность и щелочность почв	Почвы
Менее 4,5	Сильнокислая	Болотные, болотно-подзолистые, подзолистые, красноземы, тропические
4,6-5,0	Кислая	Подзолистые, дерново-подзолистые, красноземы, тропические
5,1-5,5	Слабокислая	То же
5,6-6,0	Близкая к нейтральной	Окультуренные дерново-подзолистые и красноземы, серые лесные
6,1-7,1	Нейтральная	Серые лесные, черноземы
7,2-7,5	Слабощелочная	Черноземы южные, каштановые, сероземы с признаками солонцеватости
7,6-8,5	Щелочная	Солонцы, солончаки
Более 8,5	Сильнощелочная	Содовые солонцы, солончаки

Для роста и развития большинства сельскохозяйственных культур благоприятна нейтральная и близкая к нейтральной (слабокислая и слабощелочная) реакция. Сильнокислая и особенно сильнощелочная реакция угнетающе действует на растения (табл. 5).

Кислотность почв - способность почв нейтрализовать компоненты щелочной природы, подкислять воду и растворы нейтральных солей.

Табл. 6. Значения рН почвы, оптимальные для развития сельскохозяйственных культур (по В.И. Кирюшину и др.)

Зерновые и бобовые	Интервал рН	Корнеплоды и овощные	Интервал рН	Травы и технические культуры	Интервал рН
Горох	6,5-7,0	Брюква	4,8-5,5	Вика	6,0-7,0
Гречиха	4,7-7,5	Капуста	6,0-7,0	Ежа сборная	6,0-8,0
Кукуруза	6,0-7,5	Капуста цветная	5,5-6,6	Клевер	6,0-7,0
Овес	5,0-7,5	Картофель	4,5-6,3	Конопля	6,7-7,4
Просо	5,5-7,5	Лук	6,4-7,5	Лен	5,5-6,5
Пшеница озимая	6,3-7,5	Морковь	5,6-7,0	Люпин	4,6-6,0
Пшеница	6,0-7,3	Огурцы	6,4-7,5	Люцерна	7,2-8,0
Подсолнечник	6,0-6,8	Редис	5,0-7,3	Лисохвост	5,3-6,0
Рожь	5,0-7,7	Салат	6,0-7,0	Райграс	6,8-7,5
Соя	6,5-7,5	Сахар. свекла	7,0-7,5	Полевица	6,0-7,0
Фасоль	6,4-7,1	Сельдерей	6,0-7,0	Тимофеевка	4,5-7,6
Ячмень	6,0-7,5	Томаты	5,5-6,7	Хлопчатник	6,5-7,3

Для улучшения свойств кислых почв проводится их известкование - применение извести для нейтрализации кислотности почвы.

...