Как формируется плодородие почвы
Глава 10. ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ
Значение почвы как основного средства сельскохозяйственного производства определяется ее основным свойством – плодородием. Плодородие – это способность почвы удовлетворять потребность растений во всех необходимых им условиях (элементах питания, воде, воздухе, тепле и др.) для нормального роста и развития.
Развитие учения о плодородии почв связано с именем русского почвоведа В.Р.Вильямса. Он изучил формирование и развитие плодородия в ходе процесса почвообразования, показал взаимосвязь со свойствами почв и пути его повышения при сельскохозяйственном использовании.
Плодородие – особое специфическое свойство почвы, являющееся главным качественным отличительным признаком ее от горной породы. Плодородия является результатом почвообразования, а при использовании в сельском хозяйстве — результатом окультуривания.
§1. Виды почвенного плодородия
Различают следующие виды плодородия: естественное (природное), искусственное, эффективное (экономическое) и потенциальное.
Естественное плодородие – то плодородие, которым обладает почва в природном состоянии без вмешательства человека. Естественное плодородие в одном случае может быть сравнительно высоким, в другом весьма низким, но всегда определяется сочетанием и совместным влиянием природных факторов и процессов почвообразования. Естественным плодородием в чистом виде практически обладают лишь целинные земли. Оно определяется биологической продуктивностью, т.е. количеством растительной массы, создаваемой за год на единицу площади.
Искусственное плодородие – плодородие, которым обладает почва в результате целенаправленного воздействия человека (обработки, удобрения, мелиорации и других приемов по окультуриванию). С момента, когда целинный участок вовлекается в оборот и почва становится средством производства и продуктом труда человека, она наряду с естественным приобретает искусственное плодородие. В чистом виде оно возникает при создании субстратов для выращивания растений в теплицах, парниках и т.п.
Искусственное плодородие свойственно всем в той или иной мере окультуренным почвам. Однако как бы ни была высоко окультурена почва, она наряду с искусственным всегда обладает и естественным плодородием, обусловленным природными свойствами почвы. Чем выше культура земледелия, тем больше изменились первоначальные качества почв и тем сильнее выражено в ней искусственное плодородие. Однако определить, какая часть плодородия окультуренной почвы относится к ее естественному плодородию, а какая к искусственному, невозможно. Эти два вида плодородия неразрывно связаны между собой и формируют эффективное (экономическое) плодородие.
Эффективное (экономическое) плодородие представляет собой ту часть плодородия почвы, которая реализуется в виде урожая растений. Оно является реальным выражением искусственного и природного плодородия, вместе взятых, и представляет собой результат воздействия человека на почву в определенных социально-экономических условиях. Следовательно, к основным факторам, от которых зависит эффективное плодородие, относятся не только уровень природного плодородия, но в большей степени условия использования почв в производстве, уровень развития науки, техники и реализации их достижений, и растет вместе с ростом последних. Является частью потенциального плодородия почв.
Потенциальное плодородие – это суммарное плодородие почвы, определяемое ее приобретенными в процессе почвообразования или созданными (измененными) человеком свойствами. Характеризуется запасами элементов питания растений, формами их соединений и сложным взаимодействием всех других свойств, определяющих способность почвы в благоприятных условиях обеспечения растений другими факторами – водой, воздухом, теплом (а это возможно при окультуривании) – длительное время мобилизовать в необходимых для растений количествах элементы питания и поддерживать высокий уровень эффективного плодородия. Огромное потенциальное плодородие имеет, например, луговой торфяник, после осушения и освоения на нем получают очень высокие урожаи культурных растений за счет частичного расхода запасного фонда. Высоким потенциальным плодородием обладают черноземные почвы, низким – подзолистые.
Различные растения предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям. Поэтому говорят об относительном плодородии почв, т.е. по отношению к определенным видам растений или растительным формациям. Одна и та же почва может быть плодородной для одних и малопригодной для других растений. Например, болотные почвы высокоплодородны для болотной растительности и не подходят для степной, кислые подзолистые плодородны в отношении лесной растительности, на солончаках хорошо произрастает галофильная растительность.
§2. Факторы и условия плодородия почв. Воспроизводство плодородия
Различают факторы и условия почвенного плодородия. К первым относятся элементы азотного и зольного питания растений, лучистая энергия, вода, воздух и тепло – необходимые земные факторы жизни и роста растений, ко вторым – совокупность свойств и режимов, сложное взаимодействие которых определяет возможность обеспечения растений земными факторами (физические и физико-химические свойства, наличие токсических веществ и др.).
Главные показатели (условия), определяющие уровень почвенного плодородия, можно объединить в следующие группы:
1) комплекс физических свойств почвы – механический состав, структура, физико-механические свойства, воздушные, водные и тепловые свойства;
2) комплекс химических свойств – гумусовый состав, минералогический и химический состав, количество подвижных форм макро- и микроэлементов, наличие токсических веществ, отсутствие избытка легкорастворимых солей;
3) комплекс физико-химических свойств – реакция, емкость поглощения, состав обменных катионов, степень насыщенности основаниями, окислительно-восстановительный потенциал;
4) комплекс биологический свойств – количество микроорганизмов, преобладание бактерий (нитрифицирующих, целлюлозоразрушающих, наличие азотфиксирующих), ферментативная активность, «дыхание» почвы, фитосанитарное состояние;
5) комплекс режимов почвы – благоприятные водно-воздушный, пищевой и тепловой.
Необходимо подчеркнуть, что плодородие проявляется как результат сложного взаимодействия и взаимовлияния свойств и режимов почвы. Свойства почвы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на уровень ее плодородия. В таблице 13 перечислены основные лимитирующие факторы почв и соответствующие приемы их мелиорации.
Лимитирующие факторы плодородия и прием их ликвидации
Источник
Глава 8 ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ
Под плодородием почв следует понимать их способность удовлетворять потребности растений в элементах питания, воде, тепле, воздухе и благоприятной физико-химической среде. В этом определении заложен большой смысл, так как плодородие зависит от процесса почвообразования, связано с превращением и аккумуляцией веществ, составом, свойствами и режимами почв, которые определяются факторами почвообразования.
В определении плодородия почв перечислены факторы жизни растений — тепло, вода, элементы питания, воздух и благоприятная физико-химическая среда, включающая солевой режим, осмотическое давление, реакцию почвенного раствора, водный, воздушный, биохимический, окислительно-восстановительный режимы, отсутствие токсических веществ и др.
Для формирования высокого уровня плодородия все параметры состава, свойств и режимов почв должны быть оптимальными для роста и развития растений. Уровень плодородия почв зависит от показателей почвенных режимов: водно-воздушного, температурного, питательного, физико-химического, биохимического, солевого и окислительно-восстановительного. А эти показатели режимов определяются климатическими условиями, агрофизическими свойствами почв, их химическим и гранулометрическим составом, запасами элементов питания растений, Удержанием гумуса, интенсивностью микробиологических про-Нессов и другими факторами.
В предыдущих главах были отмечены оптимальные показатели состава, свойств и режимов почв. Более благоприятные свой Ств а и режимы в условиях средней полосы России формируются н а легких среднесуглинистых почвах. При хорошей оструктурен-н°сти и гумусности лучшими будут тяжелосуглинистые и глини Ст ые почвы, например черноземы.
Выделяют лучшие уровни содержания гумуса в горизонте Д; очень высокое — >10 %; высокое — 10—6 %, среднее — 6—4 %. Оптимальный уровень — 7 %.
Обеспеченность растений минеральными элементами зависит от их валового содержания в почве и количества доступных форм, от интенсивности биологической аккумуляции и интенсивности биологического круговорота веществ. Оптимальными параметрами обеспеченности растений доступными формами азота, фосфора и калия считаются: для нитратного азота в слое 0—20 см перед посевом >20 мг/кг (для почв Западной Сибири по Г. П. Гамзикову, 1982); для подвижных форм фосфора (Р205) — 15—20 мг/100 г почвы (в черноземах по Ф. В. Чирикову); для обменного калия (К20) — 18 мг/100 г почвы (по методу Ф. В. Чирикова).
Благоприятные условия для питания растений создаются при преобладании в составе обменных катионов ППК кальция Са 2+ и других катионов, необходимых для растений. Например, в черноземе типичном в пахотном горизонте катионы Са 2+ составляют 39 мг • экв, Mg 2+ — 6 мг • экв на 100 г почвы. В составе обменных катионов отсутствуют Н + и А1 3+ .
Реакция почвенного раствора оптимальна для большинства культурных растений, когда она составляет рНв = 6,4—7,0.
Теплообеспеченность почв должна быть хорошей или весьма хорошей с суммой активных температур на глубине 0,2 м 3400-4400 °С.
Осмотическое давление почвенного раствора является оптимальным для большинства культурных растений в пределах 2,0 • 10 5 —3,0 • 10 5 Па (2—3 атм.).
Оптимальным уровнем влагообеспеченности растений является содержание влаги в почве около 60 % ПВ, 70—80 % НВ. Тип водного режима должен быть периодически промывным или непромывным.
Благоприятный воздушный режим формируется при общей пористости для суглинистых и глинистых почв, равной 55—65 %, при этом капиллярная пористость должна составлять более половины общей. Плотность почв является оптимальной в пределах 1,0—1,2 г/см 3 . Благоприятными должны быть и физико-механические свойства почв: липкость, набухание, усадка, связность и пр.
Биохимический режим почв является оптимальным при поступлении органических веществ (главным образом высших растений), их разложении микроорганизмами, обусловливающими процессы минерализации и гумификации, мобилизацию элементов питания в доступные для растений формы.
Оптимальные условия для питания растений складываются при абсолютном преобладании окислительных процессов в почвах.
Большое влияние на плодородие оказывает фитосанитарное состояние почв, отсутствие вредителей, возбудителей болезней растений и токсических веществ.
Такой комплекс оптимальных параметров состава, свойств и режимов в почвах встречается в природных условиях очень редко. Очень часто в почвах складываются неблагоприятные условия в результате сложного взаимодействия и взаимовлияния факторов почвообразования. Встречаются почвы с обедненным химическим составом, низким содержание гумуса, невысокой емкостью обмена, низкой насыщенностью основаниями, кислой реакцией и малой буферностью. Например, подзолистые почвы таежных хвойных лесов с промывным водным режимом. Слабая степень разложения органических веществ, образование торфа, неблагоприятные физические свойства (низкая плотность, высокая влагоемкость, малая водопроницаемость и теплопроводность, кислая реакция) складываются в болотных почвах при застойном водном режиме. Неблагоприятный солевой режим, щелочная реакция, отрицательные водно-физические и физико-механические свойства характерны для засоленных почв.
8.1. Виды плодородия почв
Выделяют четыре вида плодородия почв:
Природное или естественное плодородие обусловлено развитием природного почвообразовательного процесса без вмешательства человека. Такое плодородие свойственно целинным почвам и определяется продуктивностью природных ценозов.
Искусственное плодородие создается человеком путем внесе! ния удобрений, мелиорации, обработки почвы и других прие| мов. Без природного влияния искусственное плодородие создав ется человеком в теплицах, камерах искусственного климата; парниках.
Эффективное, или экономическое плодородие создается человеком на фоне природного плодородия в процессе сельскохозяйственного использования почв. Оно определяется урожаем выращиваемых культур и представляет совокупность природного и искусственного плодородия.
Потенциальное плодородие характеризуется показателями состава, свойств и режимов почв, которые могут обеспечивать растения элементами питания, водой, воздухом, теплом длительное время и поддерживать высокий уровень эффективного плодородия. Например, высоким потенциальным плодородием обладают черноземы. В основе потенциального находится природное плодородие, но в процессе длительного перспективного использования в земледелии оно осуществляется при вмешательстве человека. Например, на черноземных почвах при недостаточном обеспечении водой получают низкие урожаи. При организации орошения эти почвы способны длительное время обеспечивать высокие урожаи сельскохозяйственных культур. Болотные низинные торфяные почвы после осушительных мелиораций способны обеспечивать высокие урожаи длительное время, т. е. они обладают высоким потенциальным плодородием.
8.2. Воспроизводство почвенного плодородия
Плодородие формируется в процессе длительного почвообразования. Создающееся плодородие улучшает условия для жизнедеятельности микроорганизмов, роста и развития высших растений, увеличивается поступление органических веществ, усиливается процесс гумификации. В благоприятных условиях происходит постоянное воспроизводство почвенного плодородия, это объективный закон почвообразования. Только в неблагоприятных или экстремальных условиях сформированное природное плодородие может быть уничтожено частично или полностью, например, при развитии ветровой и водной эрозии, при подъеме уровня грунтовых вод или сильном засолении. Известно разрушение почв от четвертичного оледенения и ледниковых вод и северных областях Евразии и Северной Америки.
При сельскохозяйственном использовании почв, действии природных и антропогенных факторов происходит культурный почвообразовательный процесс, который развивается под направленным воздействием человека. Происходит замена природной растительности культурными видами, обрабатывается почва, вносятся удобрения, проводится осушение или орошение и т. д. При грамотном научно обоснованном земледелии происходит систематическое повышение почвенного плодородия. При низкой культуре земледелия, экстенсивном использовании почв происходит снижение эффективного плодородия за какой-то период времени, например, за ротацию севооборота.
Если плодородие почвы в процессе использования стало ниже первоначального, то это означает неполное воспроизводство почвенного плодородия. Если оно осталось на уровне исходного, то это означает простое его воспроизводство. Повышение почвенного плодородия означает расширенное воспроизводство плодородия. Нужно поддерживать бездефицитный баланс органического вещества в почвах.
В условиях интенсивного земледелия необходимо рационально использовать почвы, обеспечивать расширенное воспроизводство почвенного плодородия, повышать эффективное и потенциальное плодородие для получения высоких урожаев выращиваемых культур с хорошим качеством.
Для повышения плодородия необходимо улучшение показателей состава, свойств и режимов почв до оптимальных значений. В первую очередь нужно воздействовать на те свойства и режимы, которые находятся в минимуме и ограничивают эффективность остальных показателей. В засушливых зонах в минимуме находится обеспечение растений водой, поэтому здесь нужно в первую очередь проводить мероприятия по накоплению и рациональному использованию почвенной влаги. На почвах, бедных элементами питания, нужно вносить удобрения. При избыточном увлажнении почв в первую очередь необходимо регулировать водный и воздушный режимы.
После улучшения фактора, находящегося в минимуме, и доведения его до оптимальных показателей нужно воздействовать на все остальные факторы и улучшать их до оптимальных значений в конкретных условиях.
Основными приемами повышения эффективности плодорош дия почв являются применение органических и минеральные удобрений, орошение или осушение, известкование кислых ж гипсование засоленных почв, выбор оптимальных систем обра1| ботки, освоение севооборотов, создание полезащитных лесных! полос, выращивание многолетних бобовых трав, мероприятия по| борьбе с ветровой и водной эрозией, внедрение высокоурожай-j ных сортов и гибридов культурных растений.
Система этих приемов по улучшению плодородия почв зависит от типов почв и требований выращиваемых культур в конкретных условиях. Системы приемов повышения плодородия почв применительно к конкретным условиям подробно рассматриваются в курсах специальных дисциплин — агрохимии, земледелия, растениеводства, сельскохозяйственной мелиорации и др.
Источник