Аэрация почвы и ее значение в жизни культурных растений
Необходимость свободной циркуляции воздуха в почве для обеспечения процессов нормального дыхания корневой системы растений; а также и для течения в почве аэробных биологических процессов не требует пояснений. Во всяком случае, указанный фактор должен быть причислен к одному из важнейших в жизни культурных растений. В связи с этим «воздушный режим» почвы неоднократно подвергался изучению со стороны многих исследователей. Одни из них (Ammon, Dеherain, Wollnyn др.) старались выяснить самый ход процессов газообмена почвы с атмосферой и влияние на эти процессы лежащих вне и внутри самой почвы условий (температуры и влажности окружающего воздуха, механического и структурного состава почвы, различных применяемых к этой последней технических приемов и пр.).
Работы эти нарисовали нам довольно ясную картину того, при каких условиях процессы аэрации почвы текут наиболее энергично и при каких они тормозятся.
Другие исследователи посвящали свое внимание изучению состава почвенного воздуха, причем останавливались или на учете СО2 как показателя совершающихся в почве окислительных процессов (Boussingault и Levy, Petenkoffer, Fleckn др., также Wollny) или же касались нахождения в почвенном воздухе различных других газообразных веществ — СН4 , NH3, H2S (Fodor), аргона и др. Имеется, далее, указание на содержание в почвенном воздухе эманации радия (Sanderson) и пр. И почти совсем не затрагивался в литературе вопрос о содержании в почвенном воздухе кислорода. Между тем именно этот вопрос и представляет собой наибольший интерес с агрономической точки зрения, ибо тем или иным содержанием в почвенном воздухе кислорода определяется обеспеченность процессов дыхания корней растения и нормальный ход в почве благоприятных биологических процессов аэробного характера.
Эта сторона вопроса оставалась в тени потому, что до самого последнего времени (отчасти под влиянием вышеупомянутых работ Wollny и Ddherain) считалось, что лишь в исключительных случаях культурные растения не находят в почве, на которой произрастают, достаточного количества нужного им кислорода: лишь почвы заболоченные или почвы сильно илистые, «припадливые» и т. п. — вот та среда, в которой потребный для растений кислород может оказаться фактором, находящимся в минимуме. Недостаток в таких почвах кислорода подтверждался косвенным путем — наблюдаемыми в них явлениями различных раскислительных процессов, накоплением малоокисленных форм гумуса и т. п. В подавляющем же большинстве случаев факт наличия в почвах достаточного количества потребного для растений кислорода как результата свободной циркуляции в таких почвах атмосферного воздуха не подвергался никакому сомнению (опыты водных культур, где корням растений приходится довольствоваться лишь воздухом, растворенным в воде, не раз приводились в подтверждение взгляда о полной обеспеченности кислородом даже и избыточно увлажненных почв).
Исследования Buckingham, а также обширная работа Russel и Appleyard (1914, Ротгамстедтская оп. ст.), затронувшая многочисленные вопросы, связанные с составом воздуха различных почвенных горизонтов и с динамикой его главных составных частей — углекислого газа, кислорода и азота (по временам года, в течение суток и пр., под влиянием разнообразных внешних условий — температуры, барометрического давления, ветра и т, п., на участках различного хозяйственного пользования и пр.), не внесли каких-либо существенных коррективов в установившиеся взгляды на характер и темп процессов аэрации большинства почв. И только в работах Тимирязевской с.-х. академии вопрос этот получил новое освещение.
Наводящими фактами к тем положениям, которые были выдвинуты названным исследователем в этой области, послужили опыты, организованные на некоторых полях Московской обл. с минеральными удобрениями, давшие ряд неожиданных результатов. Так, эти опыты показали, что внесение с минеральными удобрениями в почву всех необходимых для растений питательных веществ отражается крайне слабо на урожае этих растений: в подавляющем большинстве случаев полной удобрение давало прибавку урожая всего лишь на 160—240 кг на гектар, повышая общий урожай лишь до 800—900 кг на гектар. На основании полученных массовых данных было сделано заключение, что низкий уровень урожаев на исследуемых полях Московской обл. вызывается не недостатком питательных веществ, но что существует некоторый неизвестный фактор, который держит урожай на известном низком уровне и наличность которого не дает минеральным удобрениям возможности проявить свое действие в полной мере. Другими словами, было сделано заключение, что в первом минимуме на исследованных полях находятся не питательные вещества, а какой-то другой фактор произрастания, а именно, повидимому, недостаток в почве потребного для растений количества воздуха. Это и было подтверждено соответствующими наблюдениями и опытами.
Таким образом, если для засушливого юга ведущим фактором жизни культурных растений является, как мы видели выше, почвенная влага, на сбережение и возможно более экономное расходование которой направлены все сельскохозяйственные операции, то таковым же моментом для некоторых северных почв может являться почвенный воздух, регулирование которого путем соответствующих технических приемов может оказаться одной из главнейших задач полеводства северных районов.
Положение это установлено пока по отношению к почвам Московской обл. Однако имеется много оснований предполагать, что в районах более северных с аналогичным явлением приходится встречаться еще более часто.
Из вышеизложенного явствует, что перед агрономической наукой выдвигается ныне новая задача — изучение условий обеспечения культурных растений кислородом в почве — и в связи с этим задача разработки соответствующих технических приемов регулирования почвенного газообмена.
В целях изучения количества воздуха в почве и его состава в отношении кислорода сконструирован особый прибор — бур, позволяющий брать точно определенный объем почвы и герметически закрывать взятую пробу, в каковом виде почва и поступает затем в лабораторию для изучения заключающегося в этой пробе воздуха и его анализа.
Помощью такого прибора и аппарата был подвергнут исследованию воздушный режим для целого ряда полей, находящихся в различных условиях хозяйственного использования (черный пар, ранний, поздний на участках опытного поля Тимирязевской с.-х. академии, а также некоторые яровые поля). Исследования эти показали, что колебания в количествах кислорода на единицу объема почвы в течение вегетационного периода, при различном культурном состоянии почв, бывают иногда настолько резки, что, принимая во внимание обеспеченность испытуемых почв питательными веществами и влагой, вполне естественно объяснить разницу в получаемых при этом урожаях именно запасами и составом почвенного воздуха. Приведем для иллюстрации данного положения некоторые относящиеся сюда цифры. Ho прежде укажем — в целях придать более конкретный смысл и значение всем нижеприведенным цифрам, — что вообще потребность корней растений в кислороде, как то показали соответствующие исследования, оказывается колоссальной, превышающей, можно сказать, все имевшиеся до тех пор предположения. Так, на 1 г сухого вещества растение должно потребить в среднем 1 мг кислорода в сутки. Такая большая потребность в кислороде вынуждает корневую систему отнимать таковой даже от окисленных соединений почвы, что может в свою очередь повлечь за собою образование в почве нитритных соединений и хлороз растений.
Сопоставляя отмеченную выше потребность с теми запасами кислорода, которые имеются в различно обрабатываемых почвах и которые приводятся нами ниже, приходится действительно притти к заключению, что «никакие запасы кислорода в почве не в состоянии удовлетворить потребности корней в кислороде» и что необходимы какие-то серьезные меры к усилению газообмена почвенного и атмосферного воздуха. Обращаемся, однако, к цифрам.
Так например, 20 апреля, когда все поля, освободившись от снега, уже настолько просохли, что допускали возможность их обработки, определения общего количества воздуха и кислорода на разных полях показали:
Источник
Аэрация и воздушные свойства почв
Аэрация, т.е. обмен газами между почвенным воздухом и атмосферой, осуществляется через свободные от воды почвенные поры. Основой аэрации является диффузия, под которой понимают перемещение газов в почвенном воздухе или в атмосфере от участков с высоким парциальным давлением к участкам с более низким давлением. При хорошем контакте почвенного и атмосферного воздуха диффузия газов происходит непрерывно, что объясняется различным газовым составом воздушной фазы почвы и атмосферы. Однако диффузия газов внутри почвы протекает медленнее, чем в атмосферном воздухе.
Нормальный газообмен между почвенным воздухом и атмосферой осуществляется, если объем пор аэрации не ниже 20%. Интенсивность аэрации во многом определяется воздушными свойствами почвы, среди которых наиболее важными являются воздухопроницаемость и воздухоемкость.
Воздухопроницаемость. Это способность почвы пропускать через себя воздух. Воздух проходит через почву по порам, свободным от воды. Воздухопроницаемость зависит от гранулометрического состава почвы, ее структурного состояния и сложения, а в конечном итоге от размера пор аэрации.
Воздухоемкость. Под воздухоемкостью понимают количество воздуха, которое почва может удерживать в своих порах. Как и пористость, воздухоемкость выражается в процентах от объема почвы. Она зависит от размера почвенных пор. Максимальное значение воздухоемкости характерно для сухих почв; по мере увлажнения почвы объем почвенного воздуха уменьшается.
3.3.Воздушный режим почв
Воздушный режим почвы — совокупность происходящих в ней процессов поступления, передвижения, изменения газового состава и физического состояния почвенного воздуха при его взаимодействии с атмосферой, твердой, жидкой и живой фазами почвы. Воздушный режим почв постоянно изменяется. В его изменениях прослеживаются суточная и годовая динамики.
Суточная динамика обусловлена в основном изменениями атмосферного давления, температуры, освещенности и фотосинтеза, которые происходят в течение суток. Она охватывает лишь верхний (50 см) слой почвы. Благодаря ей состав почвенного воздуха может обновиться на 10—15%.
Годовая (сезонная) динамика воздушного режима определяется изменениями атмосферного давления, температуры, количества осадков, интенсивности жизнедеятельности растений, почвенных животных и микроорганизмов в течение года. Она соответствует биологическим ритмам и характеризуется увеличением концентрации СО2 и уменьшением содержания О2 во время интенсивного развития растений. По мере снижения биологической активности СО2 покидает почву, а содержание в ней О2 возрастает.
С точки зрения агрономии наиболее благоприятный воздушный режим наблюдается в рыхлых аморфных почвах с хорошей структурой. В верхних горизонтах этих почв содержание почвенного воздуха во время всей вегетации растений находится на уровне 20—25% от объема почвы. К сожалению, многие почвы такими условиями не обладают. Например, в тяжелых бесструктурных почвах, отличающихся большим количеством капиллярных пор и очень малым количеством крупных некапиллярных пор, даже при оптимальной влажности растения могут страдать от недостатка О2 и избытка СО2.
Воздушный режим можно улучшить лишь с помощью агротехнических и мелиоративных мероприятий.
Агротехнические мероприятия должны быть направлены на улучшение сложения почвы, увеличение общего объема ее пор и пор аэрации. Эффективность газообмена между атмосферой и почвенным воздухом можно оценивать также по содержанию в почве углекислого газа и кислорода.
Считается, что концентрация диоксида углерода более 2—3%, а кислорода менее 19—18% для многих растений неблагоприятна.
Известкование кислых и гипсование щелочных почв, внесение органических и минеральных удобрений, углубление пахотного горизонта, рыхление плужной подошвы, уничтожение почвенной корки, междурядные обработки пропашных культур, посев многолетних трав — вот те агротехнические мероприятия, которые способствуют не только окультуриванию почв, но и оптимизируют их воздушный режим.
Краткий конспект Лекции 7
Водно-физические свойства почв и их регулирование
Вода является одним из важнейших факторов плодородия почвы и урожайности растений, причем в почвенных процессах и в создании агрономически важных свойств почвы она имеет разностороннее значение.
В ряде случаев почва является главным, а во многих случаях и единственным источником воды для произрастающих на ней растений.
Категории почвенной влаги
В зависимости от температуры вода в почве может находиться в трех состояниях: твердом, парообразном и жидком.
Выделяют следующие категории почвенной влаги.
Кристаллизационнаявода. Эта вода входит в состав кристаллических решеток минералов и характеризуется полной неподвижностью и недоступностью для растений.
Связанная вода.Она удерживается в почве за счет сорбции парообразной и жидкой влаги на поверхности ее твердой фазы.
Подразделяется на две формы: прочносвязанную и рыхлосвязанную.
Прочносвязанная вода удерживается на поверхности почвенных частиц и образует вокруг них тонкую пленку, состоящую из двух-трех слоев молекул воды. Эта влага называется гигроскопической. Являясь чрезвычайно прочно связанной с твердой фазой почвы, она неподвижна, совершенно недоступна растениям, не растворяет растворимые в свободной воде вещества, обладает более высокой плотностью и более низкой, чем свободная влага, температурой замерзания.
Рыхлосвязанная вода образуется при соприкосновении почвенных частиц с водой, находящейся в жидком состоянии. Она представляет собой дополнительную водную пленку, расположенную вокруг прочносвязанной влаги.
Толщина пленки достигает нескольких десятков молекул воды, которые могут передвигаться под действием сорбционных сил от одних почвенных частиц к другим.
Свободная влага.Свободной влагой называется влага, которая находится в жидком состоянии и передвигается в почве под действием капиллярных и гравитационных сил. В зависимости от интенсивности проявления этих сил свободная влага также делится на две формы:
капиллярную и гравитационную.
Капиллярная влаганаходится в капиллярных порах и передвигается в них за счет капиллярных сил.
Подразделяется на капиллярно-подпертую и капиллярно-подвешенную.
Капиллярно-подпертая влага формируется при увлажнении почвы грунтовыми водами, которые снизу как бы подпирают влагу, находящуюся над ними в капиллярных порах. При этом слой почвы, заполненный капиллярной влагой и расположенный непосредственно над грунтовыми водами, называется капиллярной каймой.
Капиллярно-подвешенная влага создается из атмосферных осадков или при поливе почвы.
Гравитационная влага.Это вода, которая находится в крупных порах. По этим порам она может передвигаться вниз под действием силы тяжести; доступна для растений и подразделяется
на просачивающуюся воду и
воду водоносных горизонтов.
Просачивающаяся влага — это влага, которая передвигается сверху вниз под действием силы тяжести.
Водные свойства почвы
Водными (водно-физическими, гидрофизическими) свойствами называют совокупность свойств почвы, которые определяют поведение почвенной воды в ее толще. Наиболее важными водными свойствами являются:
водоудерживающая способность почвы,
Водоудерживающая способность почвы
Водоудерживающая способность — способность почвы удерживать содержащуюся в ней воду от стекания под влиянием силы тяжести.
Количественной характеристикой водоудерживающей способности почвы является ее влагоемкость.
Влагоемкость почвы — способность поглощать и удерживать наибольшее количество воды. Выражается в процентах от массы сухой почвы.
Выделяют следующие виды влагоемкости:
максимальную адсорбционную,
максимальную молекулярную,
Источник