Основы земледелия

Щелочность почвы - способность почв нейтрализовать компоненты кислой природы и подщелачивать воду. При значении рН>7 ионы ОН- преобладают в растворе (водном или солевом) над ионами Н+. Почвы содержащие натрий в поглощенном состоянии (в ППК), имеют щелочную реакцию. На солонцах и солонцеватых щелочных почвах проводят гипсование.

К физическим свойствам почвы относят общие физические, физико-механические, структуру, а также водные, воздушные и тепловые свойства почвы. Они определяют условия обеспечения сельскохозяйственных культур земными факторами жизни, а также технологические свойства почвы.

К общим физическим свойствам относятся плотность почвы, плотность твердой фазы и пористость.

Плотность почвы (плотность сложения) - масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном ненарушенном сложении. Плотность обозначается символом dv и выражается в т/м3 и г/см3. Она колеблется от 0,9 до 1,8 т/м3 и зависит от гранулометрического состава, содержания органического вещества и структуры почвы (табл. 6).

Табл. 7. Оценка плотности суглинистых и глинистых почв

Плотность, т/м3	Оценка	Плотность, т/м3	Оценка
< 1,0	Почва вспушена или богата органическим веществом	1,3-1,4	Пашня сильно уплотнена
1,0-1,1	Свежевспаханная почва	1,4-1,6	Типичные величины для подпахотных Горизонтов (кроме черноземов)
1,2-1,3	Пашня уплотнена	1,6-1,8	Сильно уплотненные иллювиальные горизонты

Песчаные почвы, содержащие мало гумуса, бесструктурные, имеют более высокую плотность сложения по сравнению с суглинистыми, хорошо гумусированными, оструктуренными почвами.

На плотность почвы большое влияние оказывает механическая обработка почвы, а также движущаяся по поверхности почвы сельскохозяйственная техника. Наиболее рыхлой почва бывает сразу после обработки, затем она постепенно уплотняется и через некоторое время ее плотность приходит в состояние равновесной, т.е. мало изменяющейся (до следующей обработки). Подпахотный слой, не подвергающийся обработке, содержащий меньше органического вещества, характеризуется большей плотностью сложения. Оптимальная плотность пахотного слоя для большинства сельскохозяйственных культур 1,0…1,25 т/м3. При этих значениях создаются наиболее благоприятные условия для корневой системы растений, интенсивного развития микробиологических процессов, поглощения влаги и газообмена в почве.

Плотность твердой фазы (dо) - это отношение массы твердой фазы почвы к массе равного объема воды при + 40С, т.е. это масса сухого вещества почвы в единице объема твердой фазы почвы без пор. Плотность твердой фазы более стабильный показатель характеристики почвы и колеблется в пределах 2,4…2,8 т/м3. С увеличением гумусированности почвы, количества растительных остатков плотность твердой фазы почвы снижается и доходит до 1,4…1,6 т/м3 на торфяных почвах.

Пористость (скважность) - это суммарный объем пор между частицами твердой фазы почвы, занятый воздухом и водой. Выражается пористость (Р) в процентах от общего объема почв и вычисляется по показателям плотности почвы (dv) и плотности твердой фазы (do)

Pобщ. = · 100

Оценивают общую пористость по шкале Н.А. Качинского, согласно которой оптимальная пористость составляет 55…65% общей пористости (табл. 7).

К физико-механическим свойствам относят пластичность, липкость, набухание, усадку, связность и твердость. Физико-механические свойства имеют важнейшее значение для оценки технологических свойств почвы.

Пластичность - способность почвы изменять свою форму (деформироваться) под воздействием внешних сил и сохранять полученную форму после прекращения механического воздействия. Пластичность обусловлена гранулометрическим составом и приобретает ее в определенном диапазоне влажности (в сухом и переувлажненном состоянии почвы пластичностью не обладают). Наиболее высокой пластичностью обладают глинистые почвы, а наименьшей - пески.

Табл. 8. Оценка пористости почв (Н.А. Качинский)

Общая пористость в вегетационный период для суглинистых и глинистых почв, %:	Качественная оценка пористости	Общая пористость в вегетационный период для суглинистых и глинистых почв, %:	Качественная оценка пористости
> 70	Почва вспушена - избыточно пористая	< 50	Неудовлетворительная для пахотного слоя
65 -- 55	Культурный пахотный слой - отличная	40 -- 25	Характерна для уплотненных иллювиальных горизонтов - чрезмерно низкая
55 -- 50	Удовлетворительная для пахотного слоя

Липкость - способность почвы во влажном состоянии прилипать к другим телам (сельскохозяйственным орудиям или другим предметам). Степень липкости зависит от гранулометрического состава, содержания гумуса и влажности. Она наибольшая у глинистых почв и наименьшая у песчаных почв. С липкостью связано важное агрономическое свойство почвы - физическая спелость, то есть состояние влажности, при котором почва хорошо крошится на комки, не прилипает при этом к орудиям обработки. Физическая спелость зависит от гранулометрического состава, гумусированности почв и влажности. Весной раньше других поспевают к обработке песчаные и супесчаные почвы, а при одном и том же гранулометрическом составе - более гумусированные. Для суглинистых почв интервал влажности, при которой достигается такая спелость, равен 40…60 % НВ, для глинистых - 50…65 %, для легких почв - 40…70.

Интервалы влажности почвы, при которой достигается ее физическая спелость, для лугово-каштановой почвы Терско-Сулакской равнины Дагестана составляет 45…60 % НВ, лугово-каштановой солончаковой - 45…55%, коричневой почвы предгорной зоны - 40…65 % НВ.

Различают также биологическую спелость почвы, под которой понимают такое состояние ее теплового режима, при котором активизируется микробиологическая активность, а почва готова к посеву или посадке.

Набухание - увеличение объема почвы при увлажнении, измеряемое в процентах к исходному объему почвы. Противоположное ему свойство, проявляющееся при высыхании, называется усадкой. Набухание и усадка зависят от гранулометрического, минералогического состава и состава поглощенных катионов. Наибольшей набухаемостью обладают глинистые и солонцовые почвы. Набухание - отрицательное свойство почв, т.к. приводит к разрушению почвенных агрегатов. Сильная усадка приводит к образованию трещин, разрыву корневой системы растений.

Связность (сцепление) - способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы, выражается в т/м3. Связность зависит от гранулометрического и минералогического состава, структуры, содержания гумуса, влажности почвы. Наибольшей связностью обладают глинистые почвы, наименьшей - песчаные. Связность снижается при улучшении структуры. Связные почвы лучше противостоят эрозии, однако при увеличении связности возрастают энергетические затраты на обработку почвы.

Твердость - свойство почвы оказывать сопротивление при проникновении в нее под давлением какого-либо тела. Измеряется в кг/см2 и зависит от влажности, гранулометрического состава, структуры, содержания гумуса. Классификация почв по твердости по Н.А. Качинскому: рыхлая (< 10 кг/см2), рыхловатая (10…20), плотноватая (20…30), плотная (30…50), весьма плотная (50…100), слитная (> 100 кг/см2).

Почвенная вода является одной из жизненных основ растений, почвенной микрофлоры и фауны, оказывает огромное влияние на процессы почвообразования. Растения для создания 1 т органического вещества расходуют от 200 до 1500 т воды, с которой в них поступают питательные вещества. Количество воды, необходимое растениям для создания единицы органического вещества за вегетационный период, называется транспирационным коэффициентом.

Содержание воды в почве определяют процессы выветривания и почвообразования, а также формирование почвенного профиля. Интенсивность протекания биологических, химических и физико-химических процессов в почве, передвижение веществ, почвенные режимы зависят от количества и качества воды в почве.

Формы воды в почве. По характеру связи с твердой фазой почвы и степени подвижности воды различают следующие ее формы в почве: химически связанная, физически связанная, твердая, парообразная, свободная, гравитационная и грунтовая.

Химически связанная вода подразделяется на конституционную и кристаллизационную. Конституционная вода входит в состав минералов в виде гидроксильных групп, а кристаллизационная вода входит в структуру минералов в виде целых молекул, например гипса (CaSО4 · 2H2O). Химически связанная вода не участвует в физических процессах, растениям совершенно недоступна, не передвигается, не обладает свойствами растворителя.

Физически связанная или сорбированная вода удерживается на поверхности почвенных частиц силами сорбции и подразделяется на гигроскопическую и пленочную.

Гигроскопическая вода образует на поверхности почвенных частиц слой толщиной в 2…3 молекулы. Эта вода недоступна для растений, так как всасывающая сила корней меньше силы, удерживающей воду на поверхности почвенных частиц.

Пленочная вода располагается сверху слоя гигроскопической влаги, толщина ее пленки составляет несколько десятков молекул воды. Она удерживается молекулярными силами, менее прочно связана с твердой фазой почвы и может частично передвигаться, но растениям малодоступна.

Твердая вода образуется в почве в форме льда при ее промерзании в осенне-зимний период (сезонное промерзание) или сохраняется на определенной глубине в промерзшей толще почвогрунта, не оттаивая даже летом (вечная и многолетняя мерзлота). Твердая вода в почве, способная таять и испаряться, представляет собой потенциальный источник жидкой и парообразной воды.

Парообразная вода содержится в виде водяного пара в почвенном воздухе, нередко насыщая его до 100. При понижении температуры парообразная вода, конденсируясь, может переходить в жидкую.

Свободная (капиллярная) вода передвигается в почве под действием капиллярных и гравитационных сил, поэтому капиллярная вода заполняет тонкие поры почвы и передвигается по различным направлениям.

Различают капиллярно-подпертую и капиллярно-подвешенную воду. Капиллярно-подпертая поднимается от грунтовых вод на высоту, зависящую от водоподъемной способности почв. Капиллярно-подвешенная вода находится в верхней части почвенного профиля и не связана с грунтовым увлажнением. Капиллярная вода легкодоступна для растений и является основным источником их водного питания.

Гравитационная вода свободно передвигается сверху вниз по крупным некапиллярным промежуткам под влиянием силы тяжести (гравитации). В период нахождения в корнеобитаемом слое гравитационная вода потребляется растениями. Просачиваясь в нижние горизонты, она пополняет грунтовые воды.

Грунтовые воды залегают над водоупорным горизонтом и могут быть источником водного питания растений. Однако при близком залегании они вызывают в северных районах заболачивание, а в южных - засоление почвы.

Водные свойства почвы. Основные водные свойства почвы: водопроницаемость, водоподъемная и испаряющая способность почвы, влагоемкость.

Водопроницаемость - способность почвы пропускать через себя определенное количество воды. С водопроницаемостью связано использование водных ресурсов. При низкой водопроницаемости часть атмосферных осадков или поливной воды может непроизвольно стекать по поверхности, вызывая при этом водную эрозию почвы. Чрезмерно высокая водопроницаемость песчаных почв также приводит к потере продуктивной влаги, которая быстро уходит из корнеобитаемого слоя в глубокие горизонты.

Почвы, обладающие высокой водопроницаемостью, не способны создать хороший запас влаги в корнеобитаемом слое, а характеризующиеся низкой водопроницаемостью переувлажняются, обусловливают стекание воды по поверхности почвы и развитие эрозии или застаивание воды на поверхности и вымокание посевов.

Водоподъемная способность - это свойство почвы обеспечивать восходящее передвижение воды под действием капиллярных сил. Высота и скорость подъема зависят от гранулометрического состава, структуры и пористости почвы (табл. 8). Подъем воды по капиллярам наиболее интенсивен при диаметре пор 0,1…0,003 мм. Высота подъема воды по капиллярам по данным В.А. Ковды колеблется от 0,5…0,8 м (в песчаных почвах) до 3…6 м (в суглинистых и глинистых).

В песчаных почвах вода поднимается невысоко, но достаточно быстро, в глинистых - медленно. При разрывах в капиллярах, что характерно для структурных почв, передвижение капиллярной влаги затруднено. Боронование влажной почвы направлено на сохранение влаги за счет разрыва капилляров в поверхностном слое и снижения (или прекращения) испарения содержащейся в почвенном профиле воды.

Табл. 9. Водоподъемная способность почв (В.А. Ковда)

Гранулометрический состав	Высота подъема воды, м
Песок крупный	< 0,5
Песок средний	0,5 - 0,8
Супесь	1,0 - 1,5
Супесь пылеватая	1,5 - 2,0
Суглинок средний	2,5 - 3,0
Суглинок тяжелый	3,0 - 3,5
Глина тяжелая	4,0 - 6,0
Лёссы	4,0 - 5,0

Испаряющая способность почвы зависит от гранулометрического состава, физических свойств, крутизны и экспозиции склона, характера растительного покрова, влажности воздуха и др. Глинистые и суглинистые бесструктурные почвы, в которых преобладают капиллярные поры, теряют много воды на испарение. Структурные почвы теряют значительно меньше влаги, что связано с разобщенностью капилляров крупными межагрегатными порами, ослабляющими водоподъемную способность. Испарение влаги возрастает с увеличением скорости ветра, сухости воздуха и его температуры. Южные склоны теряют больше воды, чем северные.

Влагоемкость почвы - способность поглощать и удерживать определенное количество воды. В зависимости от сил, удерживающих воду в почве, и условий ее удержания выделяют следующие виды влагоемкости (Рис. 6).

Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) - наибольшее количество воды, удерживаемое сорбционными силами на поверхности почвенных частиц. Она составляет около 60…70% от МГ.

Максимальная гигроскопическая влагоемкость (МГ) - влажность почвы, соответствующая количеству воды, которое почва может сорбировать (поглощать) из воздуха, полностью насыщенного водяными парами. Ее используют для вычисления влажности завядания: ВЗ = 1,5 МГ. Влажность завядания растений (ВЗ) - почвенная влажность, при которой растения проявляют признаки завядания, не исчезающие при помещении растений в атмосферу, насыщенную водяными парами, т.е. влажность завядания является нижним пределом, доступности влаги для растений. Вся почвенная влага, меньше влажности завядания, растениям недоступна.

Наименьшая влагоемкость (НВ) или предельная полевая влагоемкость (ППВ) - наибольшее количество капиллярно-подвешенной влаги, которое может удержать почва.

Наименьшая влагоемкость - важнейшая характеристика водных свойств почвы. Она дает представление о наибольшем количестве воды, которое почва способна накопить и длительное время удерживать. При влажности почвы, соответствующей НВ, вся система капиллярных пор заполнена водой, крупные поры воздухом. Поэтому создаются оптимальные условия для влагообеспеченности растений. По мере испарения и потребления воды растениями уменьшается заполнение водой капилляров и ее подвижность, а также доступность воды растениям.

Рис. 6. Формы почвенной влаги

В диапазоне В3 ч НВ содержится капиллярная (свободная вода). Потребляя эту влагу, растения не только поддерживают свою жизнедеятельность, но и синтезируют органическое вещество. Такую влагу называют продуктивной.

Влажность, соответствующая разрыву сплошности заполнения водой капилляров, называется влажностью разрыва капилляров (ВРК). Эта важная гидрологическая константа почвы, характеризующая нижний предел оптимальной влажности.

Величина, равная разности между наименьшей влагоемкостью и фактической влажностью почвы, называется дефицитом влаги. Оптимальной считается влажность почвы, составляющая 70…100% наименьшей влагоемкости.

Капиллярная влагоемкость (КВ) - наибольшее количество капиллярно-подпертой воды, которое может содержаться в почве над уровнем грунтовых вод. Помимо свойств самой почвы, она зависит от уровня грунтовых вод.

Полная влагоемкость (водовместимость) - наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении всех пор водой. Полная влагоемкость (ПВ) почвы численно равна ее пористости.

Водный режим почвы - совокупность протекающих в почве процессов поступления, передвижения, сохранения и потерь воды. Основная приходная статья водного баланса - осадки, дополнительные - грунтовые воды и поверхностный приток. Расходные статьи водного баланса: физическое испарение воды почвой, транспирация (испарение влаги листьями растений), поверхностный сток и инфильтрация в почвенно-грунтовую толщу.

Регулирование водного режима почв достигается различными мелиоративными и агротехническими приемами с учетом конкретных почвенно-климатических условий. Для устранения избыточного увлажнения болотных почв устраивают открытый или закрытый дренаж. Водный режим почв с временным избыточным увлажнением можно улучшить с помощью таких агротехнических приемов, как гребневание, бороздование, а также путем создания глубокого пахотного слоя. Гребни увеличивают испарение, а по бороздам происходит сток воды.

В засушливых районах необходимы мероприятия по накоплению влаги и рациональному ее использованию. Для этого применяют снегозадержание с помощью стерни, кулисных растений, валов из снега. Для уменьшения поверхностного стока проводят вспашку поперек склонов, прерывистое бороздование, щелевание, полосное размещение культур, применяют и другие приемы.

В полупустыне и пустыне основной способ улучшения водного режима - орошение.

Газовая фаза почвы представлена почвенным воздухом, который занимает свободные от воды пустоты в почве. Для роста и развития культурных растений требуется нормальный газообмен между почвой и атмосферой. Почва постоянно в течение теплового сезона поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Основными потребителями кислорода в почве являются корни растений, аэробные микроорганизмы, почвенная фауна, и незначительная часть его расходуется на чисто химические процессы. Источником кислорода является атмосферный воздух, который поступает в почвенный воздух диффузно с осадками и оросительной водой. Кислород участвует в актах дыхания растений и при его отсутствии растения погибают. Кроме того, при недостатке кислорода в почве развиваются анаэробные процессы, которые резко ухудшают агрономические свойства почв, рост и развитие растений. Оптимальное содержание кислорода в почвенном воздухе 19…20%.

Высокое содержание СО2 в почве отрицательно действует на прорастание семян и дыхание корней. Однако углекислый газ необходим для фотосинтеза растений. Оптимальное содержание углекислоты в почвенном воздухе составляет от десятых долей процента до 1…2%. Содержание и состав почвенного воздуха зависит от воздухоемкости и газообмена.

Воздухоемкость - способность почвы содержать определенное количество воздуха. Содержание воздуха выражают в процентах к объему почвы. Воздухоемкость зависит от пористости и влажности почвы. Чем больше пористость, тем выше воздухоемкость. С увеличением влажности почвы уменьшается воздухоемкость, а при полном насыщении всех пор водой присутствует только растворенный воздух. Воздухоемкость зависит от гранулометрического состава и структуры почвы. В структурных почвах крупные поры заняты воздухом. Мало воздуха в бесструктурных почвах. Если воздухоемкость превышает 15% объема почвы, то аэрация почв считается нормальной.

Воздухопроницаемость - способность почвы пропускать через себя воздух. Она зависит от гранулометрического состава, структуры почвы и объема пор между агрегатами. Чем больше воздухопроницаемость, тем лучше газообмен и выше содержание кислорода в почвенном воздухе. Газообмен почвенного воздуха с атмосферным происходит под действием ветра, диффузии, изменения температуры и давления, а также в результате изменения количества влаги в почве при выпадении осадков, орошении и испарении.

Воздушный режим почв включает все процессы поступления воздуха в почву, передвижения, изменения состава и газообмена почвенного воздуха с атмосферным. Улучшают воздушный режим с помощью агротехнических и мелиоративных мероприятий. Мелиоративные мероприятия применяют на болотных и заболоченных почвах, которые нуждаются в отводе избыточных вод с помощью открытого или закрытого дренажа. Большое значение в создании нормального воздухообмена имеют такие агротехнические мероприятия, как разрушение почвенной корки и поддержание поверхности почвы в рыхлом состоянии. Все приемы обработки, увеличивающие пористость почвы, усиливают газообмен, уменьшают концентрацию углекислого газа и увеличивают содержание кислорода в почве.

Тепловой режим играет важную роль в почвообразовании, так как с ним связана энергия биологических, биохимических, химических и физических процессов, происходящих в почве. Температура почвы непосредственно влияет на рост и развитие растений.

Температура почвы сильно влияет на растворимость в воде различных соединений, кислорода и углекислого газа, скорость поступления в растения питательных элементов и влаги, а также на жизнедеятельность почвенной биоты. Оптимальные условия для большинства почвенных микроорганизмов создаются при 25…350 С (табл. 9)

Основной источник тепла - лучистая энергия Солнца или солнечная радиация, количество которой определяется географическим положением местности. Дополнительными источниками служат: тепло, получаемое из воздуха; тепло, образующееся в результате разложения органических остатков; внутреннее тепло Земли; тепло от радиоактивных процессов, происходящих в почве. Роль всех этих источников тепла, в сравнении с лучистой энергией Солнца, весьма незначительна.

Табл. 10. Минимальные и оптимальные температуры почвы, необходимые для прорастания семян и появления всходов

Культуры	Температура прорастания семян, 0С	Температура появления всходов, 0С
	минимальная	оптимальная	минимальная	оптимальная
Клевер, люцерна, конопля	0 -- 1	-	2 -- 3	-
Рожь, пшеница, ячмень, овес, горох, вика, чина, тимофеевка	1 -- 2	25 -- 30	4 -- 5	6 -- 12
Свекла, гречиха, бобы, лен, люпин, нут	3 -- 4	25 -- 30	6 -- 7	-
Картофель, подсолнечник	5 -- 6	31 -- 37	8 -- 9	-
Кукуруза, просо, суданская трава, соя, кориандр	8 -- 10	37 -- 45	10 -- 11	15 - 18
Фасоль сорго, клещевина	10 -- 12	-	12 -- 13	-
Хлопчатник, рис, кунжут, арахис	12 -- 14	37 -- 45	14 -- 15	18 - 22

Основные тепловые свойства почвы - теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная (отражательная) способность - способность почвы поглощать, собирать лучистую энергию Солнца.

На отражательную способность почв наиболее существенно влияют количество и качество гумуса, определяющие цвет почвы, а также ее гранулометрический состав. Высокогумусированные почвы (черноземы) поглощают лучистой энергии на 10…15% больше, чем малогумусированные, так же как и глинистые по сравнению с песчаными, а влажные по сравнению с сухими.

Теплоемкость - свойство почвы поглощать определенное количество тепла. Она измеряется количеством тепла, необходимого для нагревания 1 см3 или 1 г почвы на 10 С. Теплоемкость почвы зависит от минералогического и гранулометрического состава, содержания гумуса, влажности, пористости и воздухоемкости. Чем влажнее почва, тем больше тепла требуется для ее нагревания. Вот почему глинистые и суглинистые почвы, имеющие высокую влагоемкость, называют холодными. Песчаные почвы теплее глинистых и суглинистых; у них низкая влагоемкость, а из-за плохой испаряющей способности они слабее охлаждаются. Весной эти почвы достигают физической спелости для обработки на 2…3 недели раньше, чем холодные глинистые и суглинистые.

Теплопроводность - способность почвы проводить тепло. В почве тепло передается различными путями: через воду или воздух, разделяющие твердые частицы; при контакте частиц между собой; излучением от частицы к частице; конвекционной передачей тепла через газ или жидкость.

На величину теплопроводности влияют химический и гранулометрический составы, влажность, содержание воздуха, плотность сложения и температура почвы.

Теплопроводность твердой фазы примерно в 100 раз превышает теплопроводность воздуха. Уплотненные почвы имеют более высокую теплопроводность, чем рыхлые, хорошо оструктуренные. Величина теплопроводности почвы увеличивается по мере возрастания ее влажности, так как теплопроводность воды в 30 раз больше теплопроводности воздуха. Почвы, богатые гумусом и характеризующиеся высокой пористостью аэрации, в сухом состоянии очень плохо проводят тепло. Это имеет большое значение для южных регионов, где поверхность почвы в летний период нагревается до 40…500 С. Иссушенный поверхностный слой превращается в своеобразный экран, предохраняющий внутреннюю часть почвенного профиля от перегрева.

Под тепловым режимом почвы понимают совокупность всех явлений поступления, передвижения и отдачи тепла. Тепловой режим почв формируется под влиянием потока солнечной радиации и условий увлажнения. Показателем теплового режима служит температура почвы, которая зависит от климата, рельефа, свойств почвы, растительного и снежного покрова.

Различные элементы рельефа получают неодинаковое количество тепла. Самые теплые - южные склоны, затем следуют западные, восточные, а наиболее холодные - северные. Растительный покров уменьшает нагревание почвы в летний период, а в холодное время года способствует накоплению снега и сохранению тепла. Снежный покров предохраняет почву от воздействия низких температур воздуха. Под снегом почва промерзает на небольшую глубину, а в бесснежные зимы промерзание может достигать 0,7…0,9 м и более. Снегозадержание способствует не только увеличению запасов влаги, но и сохранению тепла почвы. При размещении сельскохозяйственных культур на полях нужно учитывать тепловые свойства почв, знать, какие почвы теплые, а какие холодные.

Тепловой режим почв можно регулировать с помощью агротехнических (гребневание, мульчирование, оставление стерни и др.), агролесомелиоративных и мелиоративных приемов.

В северных и северо-восточных районах эффективно мульчирование - покрытие почвы торфом, навозом и другими темноокрашенными веществами (сажей). Черная мульча уменьшает отражательную способность почв на 10…15%.

Гребневание усиливает теплообмен воздуха с почвой, в результате почва лучше прогревается. Посевы кулисных высокостебельных растений (кукурузы, подсолнечника) способствуют повышению температуры почвы.

Полезащитные лесные полосы уменьшают силу ветра, снижают вертикальный обмен приземного слоя воздуха с атмосферой, способствуют накоплению на полях снега, который утепляет почву.

Орошение уменьшает отражение солнечной радиации до 20%, что увеличивает приход тепловой энергии к почве.

Плодородие - основное специфическое свойство почвы, качественно отличающее ее от исходной (материнской) горной породы. Почва является основным средством сельскохозяйственного производства и ее значение определяется плодородием. Человек при использовании земли оценивал ее в первую очередь с точки зрения способности производить урожай сельскохозяйственных культур. В настоящее время под плодородием понимают способность почвы удовлетворять потребности растений в элементах питания, воде и обеспечивать корневые системы воздухом, теплом и другими факторами жизни.

Различают следующие виды плодородия: естественное, естественно-антропогенное и искусственное.

Естественным называется плодородие, которым обладает почва в природном состоянии без вмешательства человека. Оно формируется в результате природного почвообразовательного процесса. В чистом виде оно присуще целинным почвам и характеризуется продуктивностью произрастающих на почве ценозов.

Естественно--антропогенное плодородие. Вовлечение почв в сельскохозяйственное производство вызывает определенную трансформацию естественного почвообразовательного процесса. При обработке почвы, внесении удобрений, возделывании культурных растений, мелиорации и т.п. изменяются сложившиеся потоки вещества и энергии, что отражается на направленности и интенсивности элементарных почвенных процессов, режимах и свойствах почвы. Таким образом, почвы приобретают плодородие, формирующееся в результате взаимодействия природного почвообразовательного процесса и целенаправленной человеческой деятельности. Плодородие этой категории характерно для почв агроценозов.

Искусственное плодородие. Формируется в результате деятельности человека путем определенной комбинации факторов плодородия. В чистом виде оно проявляется в субстратах, приготовленных для выращивания растений в оранжереях, теплицах, парниках и т.п., а также в искусственных почвах, например огородных, и в почвах, воссозданных (рекультированных) на месте разработок полезных ископаемых.

Каждый вид почвенного плодородия имеет две формы: потенциальное и эффективное (экономическое).

Потенциальное плодородие - это плодородие почвы, определяемое ее свойствами, как приобретенными в процессе почвообразования, так и созданными или измененными человеком. Оно характеризуется общими запасами элементов питания растений, формами их соединений и сложным взаимодействием всех других свойств, определяющих способность почвы в благоприятных условиях удовлетворять потребности растений. Высокое потенциальное плодородие имеют, например, болотные торфяные почвы низинного типа, которые обладают значительными запасами элементов питания и способны после осушительных мелиораций обеспечить высокий урожай.

Низкое потенциальное плодородие характерно для подзолистых почв и песчаных разновидностей почв других типов.

Эффективное плодородие, представляет собой ту часть плодородия, которая непосредственно обеспечивает продуктивность растений, т.е. это результат реализации потенциального плодородия.

В агроценозах эффективное плодородие, реализуемое в виде урожая сельскохозяйственных культур, обусловлено не только естественным плодородием почв и климатическими условиями, но и уровнем интенсификации сельскохозяйственного производства, организационными факторами, социально-экономическими отношениями. Экономическое плодородие представляет собой эффективное плодородие, выраженное в стоимостных показателях, учитывающих стоимость урожая и затраты на его получение.

К основным приемам повышения эффективного плодородия относятся рациональное применение органических и минеральных удобрений, известкование и гипсование почв, система обработки, орошение и осушение, введение системы севооборотов, мероприятия по борьбе с эрозией, возделывание наиболее урожайных сортов и др.

Основные типы почв России и их использование

Географическое распространение почв на земной поверхности подчиняется определенным закономерностям, обусловленным территориальным распределением факторов почвообразования. Первая классификация почв была предложена основателем научного почвоведения В.В. Докучаевым (1886), в основе которой положено происхождение (генезис) почвы и ее тесная взаимосвязь с окружающей средой. За основную классификационную единицу им был принят генетический тип почвы, поэтому классификацию часто называют генетической. В дальнейшем она совершенствовалась и самим В.В.Докучаевым, его учеником Н.М. Сибирцевым (1895) и последователями.

В историю развития классификации почв внесено много уточнений, дополнений, установлены более четкие связи между почвами, антропогенные воздействия, которые имеют важное теоретическое значение в познании процесса почвообразования. Однако современные классификации настолько громоздки, перегружены информацией, что для их освоения требуется немало усилий. Для студентов инженерных специальностей вполне достаточно ограничиться общедоступной классификацией.

Классификация почв представляет собой объединение их в группы по важнейшим свойствам, происхождению и особенностям плодородия. В соответствии с современными представлениями, классификация почв включает систему таксонометрических единиц, основой которой является генетический почвенный тип.

Почвенный тип - это группа почв, развивающихся в однотипных биологических, климатических и гидрологических условиях. Все эти почвы характеризуются единой системой основных диагностических горизонтов и общностью свойств, что является следствием сходства или однотипности режимов и процессов почвообразования.

Подтип - группа почв в пределах типа, качественно отличающихся по проявлению основного и налагающихся процессов почвообразования, в связи с чем основные генетические горизонты при их однотипности имеют те или иные количественные различия. Подтипы почв представляют собой переходные ступени между типами, как следствие постепенно изменяющихся биоклиматических условий географического порядка и местных экологических условий.

Род - таксономическая единица в пределах подтипа, которая отражает качественные генетические особенности, возникающие в процессе генезиса почв под влиянием комплекса местных условий; состав почвообразующих пород, химизм грунтовых вод, проявление солонцеватости, засоленности, развитие слитогенеза, эродированности и пр.

Вид - таксономическая единица в пределах рода, а иногда и подтипа, определяющая количественные показатели степени выраженности тех или иных признаков почвы (степень гумусированности, засоленности, солонцеватости, мощность горизонтов и др.).

Разновидность - определяет почвы по гранулометрическому составу, скелетности и каменистости.

Разряд - таксономическая единица, группирующая почвы по особенностям материнских пород (моренные, флювиогляциальные, покровные, лессовые и т.д.).

Полное название почвы начинается с наименования типа, далее идут подтип, род, вид, разновидность и разряд. Например: чернозем (тип) типичный (подтип), карбонатный (род), среднегумусный (вид), среднесуглинистый (разновидность) на тяжелом лессовидном суглинке (разряд).

Почвенная зона - основная единица почвенно-географического районирования, которая характеризуется преобладанием одного или нескольких почвенных типов. Совокупность почвенных зон, последовательно сменяющих одна другую в широтном направлении, составляет горизонтальную зональность почв. На территории РФ при движении с севера на юг выделяют следующие почвенно-географические зоны: арктическую и субарктическую - (тундра), таежно-лесную, лесостепную, черноземно-степную, сухих степей и пустынно-степную (полупустынь).

В почвенном покрове нашей страны встречаются типы почв, которые не образуют самостоятельной почвенной зоны, они распространены среди зональных почв. Эти почвы получили название интразональных. К ним относятся засоленные почвы - солончаки, солонцы, солоди; болотные почвы; почвы пойм - аллювиальные дерновые, луговые и др.

Умеренно-холодный (бореальный) пояс располагается между тундрой и лесостепью и занимает 55% всей территории России. Он находится в пределах территории с суммами температур выше 100С от 400…6000 на севере до 1800…24000 на юге и входит в так называемую нечерноземную полосу.

Климатические условия бореального пояса отличаются большим разнообразием. Зимние температуры значительно ниже нуля и доходят в Восточной Сибири до - 40…500С. Средняя температура июля от 10 до 200С. Количество осадков от 600 мм в западной части зоны до 300 мм и несколько меньше - на востоке (в бассейне средней Лены до 150 мм). Максимум осадков выпадает преимущественно на июль - август.

Преобладание выпадающих осадков над испарением и транспирацией, обусловливает промывной водный режим. Почвообразующие породы не содержат карбонаты, имеют кислую реакцию среды и низкую степень насыщенности основаниями.

На незаболоченных территориях бореального пояса распространены таежные леса с господством хвойных пород: ели, лиственницы, пихты и кедра. В составе почвенного таежно-лесной зоны (занимает 41,0% территории России) покрова встречаются следующие типы почв: подзолистые и глеево-подзолистые, дерново-подзолистые, мерзлотно-таежные, болотные, болотно-подзолистые, бурые лесные и дерновые.

Подзолистые почвы (91 млн. га) формируются под хвойными лесами под воздействием подзолистого процесса почвообразования в сочетании с другими процессами. Как правило, в зоне распространения подзолистых почв отсутствует вечная мерзлота.

Наиболее существенной особенностью подзолообразовательного процесса является глубокое разрушение первичных и вторичных минералов (кроме кварца) под воздействием органических кислот и вынос материала их распада из верхних горизонтов почвы в нижние и за его пределы в условиях промывного водного режима.

По мере выноса из верхних горизонтов минеральных и органических коллоидов в почве увеличивается относительное содержание нерастворимого кремнезема в виде порошка. Он придает верхним слоям почвы светло-серую или белесую окраску цвета золы. От этого и исходят названия: подзолистый горизонт, подзолистые почвы.

А0 - лесная подстилка из полуразложившихся растительных остатков мощностью 2 …10 см;

А0А1 - грубогумусовый;

А1 - гумусовый затечный горизонт мощностью 1…3 см;

А2 - подзолистый элювиальный самый светлый в профиле (белесый, иногда палевый, под цвет золы); кремнеземистый, легкого гранулометрического состава чешуйчато-плитчатой структуры;

В1 - иллювиальный, глинисто-железистый, коричнево-бурый или красно-бурый, самый плотный и ярко окрашенный, грубой комковатой структуры. Мощность горизонта может простираться до глубины 100 см;

С - материнская порода суглинистого или глинистого гранулометрического состава разного происхождения, но, как правило, бескарбонатная.

Все подзолистые почвы промыты от растворимых солей и карбонатов. Для них характерно повышенное содержание подвижного железа, алюминия и марганца, часто в количествах токсичных для сельскохозяйственных растений. Они обеднены элементами питания для растений.

Специфическая черта подзолистых почв - крайняя бедность гумусом. Практически это безгумусовые почвы: горизонт А1 незначителен, а гумуса в нем 1…2%. Запасы гумуса очень низкие - около 30 т/га в слое 0…0,3 м.

Подзолистые почвы имеют повышенную обменную кислотность, обусловленную водородом и алюминием. Эти почвы бесструктурные; их плотность заметно увеличивается при переходе от верхних горизонтов к нижним.

Глеево-подзолистые почвы (119 млн. га) сохраняют признаки подзолистых почв, но характеризуются отчетливо выраженным оглеением верхней части профиля, образованием торфяной подстилки и отсутствием гумусового горизонта. Эти почвы имеют неблагоприятный водно-воздушный и тепловой режимы, низкопродуктивны. Окультуривание наиболее эффективно на разновидностях легкого гранулометрического состава.

Дерново-подзолистые почвы (157,5 млн. га) развиваются под воздействием подзолистого и дернового процессов (Рис. 7).

Дерновый почвообразовательный процесс развивается под воздействием травянистой растительности, приводящей к накоплению в почве органического материала, питательных веществ и созданию в верхних горизонтах водопрочной структуры. В верхней части профиля они имеют гумусо-элювиальный (дерновый) горизонт, образовавшийся в результате дернового процесса, ниже - подзолистый горизонт, сформировавшийся под влиянием подзолистого процесса. Дерново-подзолистые почвы под естественной растительностью имеют с поверхности или дернину (АД) или лесную подстилку (А0) мощностью 3…5 см. Под ней залегает гумусо-элювиальный (дерновый) горизонт (А1) мощностью достигающий 10…20 см. Этот горизонт имеет светло-серый и реже темно-серый цвет. Ниже дернового горизонта идет подзолистый горизонт (А2), сменяемый переходным (А2В1) и иллювиальным (В1) горизонтом. Последний постепенно переходит в породу (С). В пахотных дерново-подзолистых почвах под пахотным горизонтом (АПАХ) лежит подзолистый (А2) или переходный (А2В1) или непосредственно иллювиальный горизонт (В1).

Рис. 7. Строение почв таежно-лесной зоны: 1 - подзол, 2 - дерново-подзолистая, 3 - глее-подзолистая

Содержание гумуса в гумусовом горизонте суглинистых разновидностей - 3…6%, в песчаных и супесчаных - 1,5…3%. Запасы гумуса в слое 0…20 см - более 50 т/га. Дерново-подзолистые почвы обладают кислой реакцией, бедны соединениями азота, фосфора, калия.

В целом, естественное плодородие этих почв выше, чем у подзолистых и глеево-подзолистых. Они являются преобладающими в пахотном фонде почв таежно-лесной зоны и являются основным объектом земледелия. Отличительная черта - высокая влагообеспеченность, исключающая возможность засухи, а также наличие хотя и маломощного, но четко выраженного гумусового горизонта.

Мерзлотно-таежные почвы (163 млн. га) распространены к востоку от Енисея в Восточной-Сибирской мерзлотно-таежной области. Они формируются под светлохвойными (лиственничными) лесами. Почвообразовательный процесс развивается при наличии многолетней мерзлоты. Почвы характеризуются холодным профилем и в течение 7…8 месяцев в году имеют отрицательную температуру. Оттаивающий летом слой почвы, зимой промерзает до многолетней мерзлоты. Многолетняя мерзлота и особенности температурного режима оказывают большое влияние на развитие мерзлотно-таежных почв. Низкие температуры почвенного профиля в вегетационный период затрудняют поглощение питательных веществ растениями, замедляют их рост и развитие, тормозят разложение растительных остатков. Все это ослабляет биологический круговорот веществ и приводит к образованию лесной подстилки (горизонта А0).

Почвы бедны зольными элементами, азотом и фосфором. Отличаются слабой биологической активностью и низким плодородием для сельскохозяйственных растений.

Болотные почвы (67 млн. га) формируются под влиянием болотного процесса, включающего два взаимосвязанных процесса - торфообразование и оглеение.

Торфообразование - это, в основном, биологический процесс накопления на поверхности почвы полуразложившегося растительного материала в виде надземных и корневых остатков и замедленного их разложения в условиях избыточного увлажнения.

Оглеение представляет собой биохимический восстановительный процесс, протекающий при переувлажнении почв в анаэробных условиях при обязательном наличии органического вещества и анаэробных микроорганизмов. При глееобразовании происходит разрушение первичных и вторичных материалов. Наиболее характерная особенность глееобразования - восстановление окисного железа в закисное.

Использование земельного фонда таежно-лесной зоны. Таежно-лесная зона имеет большие возможности для развития земледелия и животноводства. Она характеризуется благоприятным климатом, позволяющим возделывать сельскохозяйственные культуры ранних и среднеспелых сортов: зерновые (озимые и яровые), зерновые бобовые, прядильные, корне- и клубнеплоды (картофель, кормовые корнеплоды), овощные, многолетние и однолетние травы, а также разнообразные ягодные и плодовые культуры.

Наиболее важными, научно обоснованными мероприятиями окультуривания дерново-подзолистых почв таежно-лесной зоны являются следующие:

1. Дифференцированная система обработки почвы с применением ярусной вспашки, позволяющая сохранить на месте верхний гумусовый дерновый горизонт, а элювиальный и иллювиальный менять местами и частично перемешивать.

2. В связи с бедностью дерново-подзолистых почв питательными веществами важное значение принадлежит применению органических и минеральных удобрений. От применения удобрений урожайность зерновых, овощных культур, многолетних и однолетних трав повышается в 2…3 раза.

3. Известкование существенно снижает кислотность почв, поэтому повышает урожайность как естественных сенокосов и пастбищ, так и высеянных культур и трав.

В зависимости от степени насыщенности почвы основаниями, дозы применения извести составляют от 3 до 10 т/га.

4. Расширение посевов многолетних и однолетних трав приводит к повышению в почве органического вещества в виде растительных остатков, повышает потенциальное и эффективное плодородие почв.

5. Борьба с избыточным увлажнением применяется на избыточно увлажненных, на временно переувлажненных почвах, болотных, болотно-подзолистых и других землях.

Избыточное увлажнение задерживает проведение весенних полевых работ, вызывает вымокание, гибель озимых, затрудняет уборку урожая, задерживает прогревание почвы. На такой пашне от временного застоя воды можно избавиться применением таких агроприемов, как бороздование, глубокое рыхление подпахотного слоя чизелями, гребневой посев культур и др.

Наиболее эффективными мероприятиями освобождения полей от переувлажнения является строительство гидротехнических дренажных систем и агролесомелиоративное выращивание лесных полезащитных полос из влаголюбивых древесных пород.

6. На моренных почвообразующих породах важным мероприятием является очистка пашни от крупных камней (диаметром более 30 см). Обработка завалуненных полей ухудшает качество работ (пахоты, посева, уборки), вызывает поломку сельскохозяйственных машин.

7. Пашня, сенокосы и другие сельскохозяйственные угодья в этой зоне разбросаны малыми участками, что затрудняет применение высокопроизводительной техники и более современной организации труда. В связи с этим важное значение имеет проведение укрупнения пахотных площадей с учетом экономической целесообразности.

Умеренно-теплый (суббореальный) биоклиматический пояс охватывает территорию РФ с суммой положительных температур более 100 - 2400…40000. Условия увлажнения (Ку) крайне разнообразны, от влажных лесных с коэффициентом увлажнения более 1,0 до типично пустынных, где коэффициент увлажнения менее 0,15. С учетом этого территория умеренно-теплого пояса разбита на зоны: лесостепную, степную, сухих степей и полупустынь.

Лесостепь (занимает 7,5% территории России) представляет собой зону, переходную от влажного климата таежно-лесной зоны к засушливому климату степей. На севере осадки и испаряемость сбалансированы (Ку?1), на юге испаряемость превышает осадки (Ку = 0,77).

Климатические условия существенно изменяются с запада на восток в пределах зоны: сумма активных температур выше 100С - 2400…32000 на западе, 1400…18000 - на востоке, температура самого холодного месяца, соответственно, - 4…80С и -18…250С; годовое количество осадков - 550…700 мм и 300…350; длительность вегетационного периода соответственно 150…180 и 90…120 дней.

Лесостепь до сельскохозяйственного освоения состояла из луговых степей и широколиственных лесов (дуб, клен, осина, рябина, черемуха) в Европейской части РФ и мелколиственных с примесью хвойных (сосна, береза) - в Сибири. Травянистая растительность характеризуется большим разнообразием. Количество опада составляет 7…9 т/га в год, в том числе 4…5 т/га в виде корней травянистых растений. С опадом возвращается 250…300 кг/га зольных элементов и 60…90 кг/га азота.

Главная особенность лесостепной зоны - разнообразие рельефа.

Среди почвообразующих пород преобладают лессовидные суглинки, лёссы, глины. Главной особенностью почвообразующих пород являются их карбонатность.

К зональным почвам относятся серые лесные почвы, черноземы оподзоленные, выщелоченные и типичные.

Серые лесные почвы (41,0 млн.га). Почвообразование притекает под воздействием лесной и степной растительности.

Под широколиственной древесной растительностью и при ее разреживании и внедрении травянистой растительности подзолообразовательный процесс существенно подавляется, основным становится дерновый процесс. В условиях меньшего переувлажнения и слабого вымывания оснований травянистая растительность способствует накоплению гумуса, богатого гуминовыми кислотами. Аккумуляция гумуса повышает содержание в почве азота, фосфора, серы, обменных щелочно-земельных катионов, улучшает структурообразование.

Тип серых лесных почв разделяют на подтипы темно-серых, серых и светло-серых лесных почв, а также выделяется подтип серых лесных глеевых почв. Основными диагностическими показателями для разделения их на подтипы являются мощность гумусового слоя и содержание гумуса в нем (табл. 10).

Серые лесные почвы имеют следующее строение: Ао - А1 - А1А2 - А2В - В1 - В2 - ВС - С (Рис. 8). В пахотных аналогах горизонты А1 и А1А2 распахиваются и образуют пахотный слой (Апах). Особенности морфологического строения профиля серых лесных почв:

Рис. 8

почвообразовательный гумус плодородие

- отсутствие резкой дифференциации на горизонты и постепенные переходы между ними;

- большая мощность почвенного профиля - более 1,5…2 м;

- отсутствие подзолистого горизонта и проявление оподзоливания в виде переходных горизонтов А1А2 и А2В;

- наличие ореховатой структуры по всему почвенному профилю;

- наличие карбонатов в почвообразующей породе, иногда в почвенном профиле с глубины 120…250 см.

Содержание по профилю гумуса и азота свидетельствует о более интенсивном проявлении дернового процесса у темно-серых лесных почв и наиболее слабом его развитии у светло-серых.

Табл. 11. Свойства серых лесных почв Европейской части России

Свойства	Светло-серые лесные	Серые лесные	Темно серые лесные
Мощность А1 +А1А2, см	15-20	25-30	30-40
Гумус в А1, %	3-6	4-6	6-8,5
СГК:СФК в А1	0,9-1,2	1,2-1,3	1,5-1,7
ЕКО, мг-экв/100 г почвы в А1	18-25	25-35	25-40
Насыщенность основаниями, %	70-80	более 80	более 80
рН	4,0-4,7	4,5-5,0	5,0-5,5
Глубина залегания карбонатов, см	200-250	150-250	120-200

Сельскохозяйственное использование серых лесных почв. Серые лесные почвы - важный земледельческий район страны. Положительными качествами почвы считаются достаточное влагообеспечение и содержание подвижных элементов минерального питания растений. На серых лесных почвах возделывают озимую и яровую пшеницу, свеклу, картофель, кукурузу, лен, многолетние травы и др.

Основными направлениями сохранения и повышения плодородия являются следующие:

1. Создание мощного пахотного слоя.

2. Применение органических и минеральных удобрений.

3. Применение противоэрозийных мероприятий.

4. Полезащитное лесоразведение обеспечивает снегозадержание и регулирование водного режима водопоглощающими лесными полосами.

Образование черноземов. Черноземные почвы занимают 6,03% территории России и расположены от южной окраины Московской области на севере до Краснодара и Кубани на юге и от западных окраин Курской и Белгородской областей на западе до Новосибирска на востоке и далее отдельными массивами до Забайкалья.

Черноземные почвы образовались под травянистой растительностью луговых степей. Процесс черноземообразования имеет ряд особенностей. Для него характерно ежегодное поступление большого количества органических остатков травянистых растений (100…200 ц на 1 га), из них на долю корней приходится 40…60%. Органические остатки обладают высокой зольностью, богаты азотом и основаниями. Таким образом, в биологический круговорот веществ поступает ежегодно большое количество азота и зольных элементов (600…1200 кг на 1 га).

В строении профиля всех подтипов черноземов имеются общие признаки: первый признак - в профиле черноземов выделяют мощный темноокрашенный гумусовый горизонт, мощностью 40…100 см, иногда и более; второй признак - слабая дифференциация профиля на генетические горизонты; третий признак - наличие зернистой и зернисто-комковатой структуры в верхней части гумусового слоя, переходящей затем в крупнокомковатую в нижней части гумусового слоя.

...