Агрономическая оценка органического вещества почвы
Органическое вещество играет ведущую роль в формировании почвенного плодородия, создании благоприятных условий для роста и развития растений и жизнедеятельности микроорганизмов, снижении отрицательных последствий антропогенного воздействия на почву и повышении устойчивости земледелия при неблагоприятных климатических условиях.
С увеличением в почве содержания органического вещества возрастает устойчивость почвенного покрова и произрастающих на нем растений к воздействию негативных факторов (водная эрозия, дефляция, загрязнение, почвоутомление и т. д.). Это особенно отчетливо проявляется в экстремальных ситуациях. Например, на богатых гумусом почвах растения легче переносят отрицательное влияние засухи или избыточного увлажнения, по сравнению с почвами бедными органическим веществом.
Гумус будет выступать как фактор регулирующий биологическое состояние почвы, емкость катионного обмена и буферность, водно–физические свойства и характер почвенной структуры, ряд технологических параметров и т.д.
Качественная сторона этой проблемы в общих чертах хорошо известна. Что же касается количественных оценок, то здесь картина менее ясная. Необходимо признать, что система показателей гумусового состояния почв хоть и дает возможность всесторонне охарактеризовать особенности их органической части в генетическом аспекте, однако не позволяет идентифицировать агрономическую ценность ее различных компонентов. Поэтому наиболее целесообразным подходом к решению этой проблемы будет разделение всех органических соединений почвы на две большие группы: группу консервативных, устойчивых веществ и группу веществ лабильных легкоразлагаемых.
Группа консервативных органических веществ почвы включает гуминовые и гиматомелановые кислоты, их разнообразные органо–мине-ральные соединения и гумин, частично лигнин и его производные, некоторые полисахариды. Все эти компоненты органического вещества устойчивы к минерализации, существуют в почвах сотни и тысячи лет и обусловливают их типовые признаки, формирующиеся в течение длительного времени и сохраняющиеся в вековых циклах. От содержания, состава и свойств этих соединений зависят окраска почв, тепловой режим, водно–физические параметры, емкость поглощения и буферность, характер структуры, потенциальные запасы элементов питания. В питании растений они участвуют в малой степени, но создают для них благоприятную среду. Положительная агрономическая роль консервативных составляющих органического вещества наиболее наглядно проявляется в экстремальных ситуациях: в засушливые периоды, при переувлажнении и химическом загрязнении почв. Поэтому наиболее устойчивым оказывается земледелие на почвах с высоким содержанием гумуса.
Их роль в агрономическом отношении проявляется более отчетливо. В частности, дефицит лабильных форм органического вещества определяет состояние так называемой выпаханности почв, то есть ухудшение их питательного режима и структурного состояния.
Лабильное органическое вещество представляет собой наиболее изменчивую и динамичную часть органического вещества почвы формирующуюся под воздействием природных и антропогенных факторов.Влияние природных факторов проявляется через свойства почвы, особенности тепло- и влагообеспеченности, что в совокупности определяет условия развития и функционирования живых организмов, являющихся прямым источником лабильного органического вещества почвы. Роль антропогенного фактора проявляется через характер использования пахотных угодий (виды и дозы удобрений севооборот, обработка, мелиорация и т.д.) Очевидно, что наименее благоприятные условия для накопления лабильного органического вещества в почве создаются при экстенсивном использовании пашни.
В составе лабильного органического вещества (ЛОВ) целесообразно выделять две группы веществ существенно различающихся между собой содержанием, составом, свойствами, способами экстрагирования и агроэкологическими функциями. Одна группа представляет собой легкоразлагаемое органическое вещество (ЛОВ), вторая – подвижное органическое вещество (ПОВ).
Легкоразлагаемое органическое вещество включает в себя растительный опад, детрит, остатки почвенных животных и микроорганизмов, органические удобрения.
В агроценозах растительный опад состоит из свежих прижизненных и послеуборочных растительных остатков. Масштабы их поступления в почву варьируют в широких пределах от 1,0 т/га до 10,0 т/га в зависимости от культуры и технологии возделывания. В результате следующей частичной трансформации свежих растительных остатков формируется детрит в составе которого по-видимому увеличивается доля устойчивых к разложению компонентов типа целлюлозы и лигнина.
Основными видами органических удобрений, поступающих в пахотные почвы являются навоз на различной основе (солома, торф, опилки) торф, бесподстилочный навоз, сидераты, разнообразные компосты. Ежегодно накапливаемые запасы органических удобрений в среднем составляют около 4 т/га пашни сырого вещества. Между тем, среднегодовые рекомендуемые нормы внесения колеблются в пределах 8-20 т/га в полевых и кормовых севооборотах и 30-40 т/га в овощных.
Итак,главным источником легкоразлагаемого органического вещества в пахотных почвах являются прижизненные и пожнивные растительные остатки, а так же органические удобрения. Из них же образуется и большинство остальных форм лабильного органического вещества почвы.
Подвижное органическое вещество состоит из разнообразных органических соединений, являющихся продуктами биохимических процессов, протекающих в почве. Сюда относятся: неспецифические органические вещества, корневые выделения, продукты автолиза и метаболизма почвенной микрофлоры и микрофауны, прогуминовые вещества, новообразованные гумусовые соединения, гумусовые кислоты не прочносвязанные с минеральной частью почвы.
Неспецифические органические вещества представляют собой обширную группу соединений исходных органических (в первую очередь растительных) остатков и промежуточных продуктов от их трансформации. Сюда входят белки, полинуклеотиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, аминокислоты и другие компоненты. Содержание этих веществ в составе гумуса варьирует от 6 до 21 %, в торфе от 36 до 85 %, в навозе от 55 до 80 %. Хотя надо признать, что в целом эта группа веществ изучена еще недостаточно, особенно это касается количественных показателей.
Между тем, некоторые исследователи считают, что, например, в образовании гумуса черноземов весьма значительная и, может быть, определяющая роль принадлежит прижизненным корневым выделением степных трав. Корни выделяют разнообразные органические вещества: органические кислоты, аминокислоты, сахара, ферменты, витамины и др. Общее количество корневых выделений за период вегетации, по их мнению, достигает 10 % и более от растительной массы.
Новообразованные гумусовые вещества представляют собой группу соединений ежегодно формирующихся при гумификации органических остатков. Для них характерны большие молекулярные массы и высокая степень гетерогенности. Новообразованные гумусовые кислоты всегда более высокомолекулярны, чем гуминовые кислоты выделяемые из почвы, содержат больше азота, особенно, гидролизуемого, метоксильных групп и меньше ароматических компонентов и групп СООН.
Ежегодное новообразование гумусовых веществ заметно варьирует в зависимости от ряда причин. Здесь имеет значение количество растительных остатков, поступающих в почву и ее свойства, особенности агротехники, система удобрений, напряженность микробиологических процессов и ряд других факторов.
Гумусовые кислоты, непрочно связанные с минеральной частью почвы, обычно выделяются в качестве самостоятельного компонента органического вещества при анализе фракционного состава гумуса и идентифицируются как фракция 1. Содержание их варьирует в довольно широких пределах: в каштановых почвах – 5-6 %, в черноземах- 5-15 %, в дерново-подзолистых – 20-40 % от общего углерода почвы.
В пахотных почвах содержание непрочно связанных гумусовых веществ обусловлено не только их генетическими особенностями, но и существенно зависит от характера использования сельскохозяйственных угодий, особенно, от применяемой системы удобрений.
Увеличение содержания гумусовых веществ непрочно связанных с минеральной частью почвы может происходить двумя путями. В одном случае это осуществляется за счет новообразованных органических соединений, количество которых возрастает при оптимизации условий гумусообразования. Как правило, это происходит на фоне увеличения содержания общего гумуса почвы. В другом случае количество веществ фракции 1 возрастает за счет более прочносвязанных фракций, удерживаемых обменным кальцием и глинистыми минералами. Такая ситуация наблюдается, как правило, при ухудшении гумусового состояния почв и снижении содержания общего гумуса.
Присутствующие в почве непрочно связанные гумусовые соединения должны в определенной мере отличаться от новообразованных составом и свойствами, поскольку в той или иной степени подвергались воздействию почвенной биоты. Однако, их разделение для последующего исследования весьма проблематично, хотя количественная оценка возможна с помощью изотопных индикаторов.
Источник
Почва
Органическая и минеральная часть почвы
Почва состоит из двух частей; органической и минеральной.
Минеральная часть почвы — это разного размера частицы разрушившихся каменных горных пород (разрыхленная горная порода, на которой образуется почва, называется материнской породой).
Органическая часть почвы образуется при разложении отмерших корней, стеблей, листьев, навоза, трупов насекомых, червей и животных. К органической части почвы принадлежит и вещество многочисленных, населяющих почву мельчайших организмов — бактерий.
Органическая часть почвы представляет важнейшую для сельского хозяйства часть почвы, так как:
1) в органическом веществе имеется все необходимое для питания растений;
2) органическое вещество улучшает все свойства почвы (почва делается более рыхлой, проницаемой, лучше удерживает в себе влагу, скорее прогревается).
Органическое вещество почвы не остается постоянным, но все время изменяется (превращается в разнообразные продукты).
Различные превращения органического вещества происходят вследствие жизнедеятельности бактерий. Одни бактерии, питаясь неразложившимися растительными и животными остатками, превращают их сначала в почвенный перегной (или перегнойные кислоты); почвенный перегной и есть органическое вещество почвы. Другие бактерии, питаясь почвенным перегноем, разрушают органическое вещество почвы, превращая его в легко растворимые неорганические вещества. Полное разрушение органического вещества происходит при хорошем доступе воздуха (кислорода) в почву.
Растворенные в воде неорганические вещества и дают почвенную пищу для растений. Самими же органическими веществами, почвенным перегноем, зеленые растения питаться не могут.
Типы почв
Для определения типа почвы и вообще для ее изучения необходимо ознакомиться с почвенным разрезом.
На почвенном разрезе видно, какие слои почвы (и подпочвы) залегают под поверхностным пахотным слоем. Готовый почвенный разрез представляют стенки свежих оврагов, оползней или вырытых канав, силосных ям. Если готового разреза нет, то надо вырыть прямоугольную яму размером 150 сантиметров (длина) на 75 сантиметров (ширина) и глубиной в 150 сантиметров (см. рисунок).
Отвесная стенка ямы и даст почвенный разрез.
Осматривая разрез, записывают следующие данные:
1) месторасположение разреза (склон, водораздел, низина, западина, бугор, пойма и пр.);
2) угодье, на котором сделан разрез (пашня, луг, лес, выгон, залежь и пр.);
3) поле севооборота и культура;
4) цвет и мощность (толщина в сантиметрах) почвенных слоев (горизонтов почвы).
Описание почвенного разреза поможет определить тип почвы по таблице «Типы почв».
Типы почв, их признаки и районы распространения
Почвы, условия их образования
Краткое описание почвы
Количество перегноя (в процентах от веса почвы)
Районы распространения
Подзолистые почвы. Образуются под лесной растительностью в районах с большим количеством осадков (более 500 миллиметров в год), при малой испаряемости. Материнские почвы — преимущественно наносные глины, пески с валунами, суглинки, бедные углекислыми солями
Верхний перегнойный горизонт имеет незначительную толщину (10— 20 сантиметров); цвет его темносерый. Под перегнойным слоем — белесый слой подзола, почти лишенного перегноя; толщина 10—25 сантиметров и более. Под подзолом—обычно плотный слой (иногда песок), часто не сплошной, но с прослойками
От 1,0 до 4,0; с глубиной содержание перегноя резко падает
Север СССР (около половины всей площади СССР): Карело-Финская ССР, Ленинградская область, Белорусская ССР, Западная, Московская, Горьковская области и др.
Иловато-болотные, торфяно-болотные почвы Образуются под лугово-осоковой (более богатые почвы) и моховой растительностью (более бедные почвы)
Верхний горизонт черного или почти черного цвета содержит неразложившиеся части растений (торф), толщина 40—60 сантиметров и более. Под ним слой подзола разной толщины
От 5 до 30 (и выше)
Те же, что и районы подзолистых почв, особенно же на крайнем севере СССР (в тундровой зоне)
Черноземные почвы. Образуются под степной растительностью в районах со средним количеством осадков (400 — 500 миллиметров в год), при повышенной испаряемости. Материнские породы — главным образом лёссовидные глины и суглинки, богатые углекислыми солями
Верхний перегнойный горизонт черной окраски, имеет значительную толщину (60 сантиметров и выше). Под ним ореховато-зернистый, трудно отличимый (от верхнего) темный горизонт; толщина 50—70 сантиметров. Затем идет незернистый палево-серый горизонт с глазками извести (белоглазка, журавчики); толщина 40—60 сантиметров. Далее идет материнская порода.
8-12 (у мощных черноземов), 7— 10 (у обыкновенных черноземов), 4—6 (у южных, приазовских черноземов).
С глубиной содержание перегноя падает медленно
Украинская ССР (кроме севера), часть Крыма и Северного Кавказа, области Средней Волги, ббльшая часть Тамбовской, Воронежской, Курской областей; Татарская АССР, значительная часть Башкирской АССР, части Западной Сибири и др. В Западной Сибири, особенно в Барабинской степи, имеются близкие к черноземным так называемые черноземовидные (лугово-солончаковые) почвы.
Часть Тульской, Ивановской областей, Чувашской АССР, Горьковской и других центральных областей СССР
Выщелоченные черноземы Серые лесные земли. Почвы, переходные от черноземов к подзолам
Верхний слой, часто крупичатый, темно- или светлосерого цвета, книзу светлеет; глубина 24—30 сантиметров. Под ним пепельно-серый, ореховатый (слегка рассыпающийся на «орешки») горизонт, толщиной 45—50 сантиметров.
Каштановые и бурые почвы (пустынно-степные почвы)
Образуются в сухих степях, где выпадает 200 — 350 миллиметров осадков в год. Материнские породы — морские глины и пески, лёссовидные суглинки, красно-бурые глины и др.
Верхний (слоистый или чешуйчатый) перегнойный горизонт у каштановых почв имеет толщину 18—22 сантиметра, у бурых 10—15 сантиметров. Далее идет уплотненный столбчатый горизонт, толщиной в 30—50 сантиметров. За ним следует богатый известью горизонт, пористый, трещиноватый, толщиной 30—40 сантиметров. Далее залегает материнская порода
У каштановых почв 3-5, у бурых 1—3
Южная и юго-восточная части СССР, Сталинградская, Саратовская области, Республика Немцев Поволжья, Казахская ССР, Крымская АССР (40% всей площади), часть Бурят-Монголии
Сероземы
Образуются в районах пустынь и полупустынь, где выпадает осадков от 80 до 250 миллиметров (редко больше) в год. Материнские породы — преимущественно лёссы с очень большим содержанием углекислых солей
Верхний серо-бурого цвета горизонт, слоеватый, имеет небольшую толщину в 8—10 миллиметров. Он постепенно переходит в следующий, более бурой окраски горизонт, дырчатый от обильных ходов червей и насекомых; имеет толщину 15—20 сантиметров. Далее следует богатый известью горизонт, ореховатый; имеет толщину 40— 50 сантиметров. Под ним залегает лёсс
Туркменская ССР, Узбекская ССР, часть Киргизской ССР, часть Казахской ССР, часть Азербайджана и Дагестана
Солонцы и солончаки
Встречаются особенно часто в районах каштановых бурых почв и сероземов
Почвенные разрезы весьма разнообразны. Солонец часто происходит после рассоления (уменьшения солей) солончака. Отличительное свойство солончака — содержание так называемого поглощенного натрия
Район распространения каштановых, бурых почв и сероземов
Механический состав почвы
Каждый слой почвы состоит из частиц разной крупности. Механический состав почвы как раз и указывает величину почвенных частиц.
Различают частицы таких размеров:
Камни
имеют диаметр
(поперечник)
крупнее
10
мм
Частицы мельче 0,01 мм называют физической глиной.
Особо большое призводственное значение имеют глинистые частицы, так как они составляют наиболее богатую легко доступными для растений питательными веществами часть почвы, и именно из этих частиц в основном образуются структурные комочки почвы. По содержанию этих мелких частиц, почвы бывают:
Почвы
Содержание частиц мельче 0,01 мм (в процентах)
Почвы
Содержание частиц мельче 0,01 мм (в процентах)
Тяжелые глинистые почвы
Знание механического состава почвы необходимо потому, что от механического состава зависят многие свойства почвы, как это видно из следующей таблицы.
Производственные свойства песчаных и глинистых почв
Песчаные (легкие) почвы
Глинистые (тяжелые) почвы
Обрабатывать можно и во влажном и сухом состоянии, так как почва в комья не слипается и при обработке не разбивается в пыль
Обрабатывать нужно только при определенной влажности почвы (спелая почва); пересохшая почва образует крупные комья (глыбы), которые при сильном бороновании разбиваются в пыль; излишне влажная почва липнет к частям сельскохозяйственных машин и орудий и совершенно не крошится
После дождей почва остается рыхлой
После дождей почва легко заплывает плотной, не пропускающей воздуха коркой
Бедны питательными веществами для растений
Богаты питательными веществами
Легко теряют питательные вещества от вымывания осадками
Хорошо удерживают в себе питательные вещества
Труднорастворимые питательные вещества быстро превращаются в легкорастворимые
Труднорастворимые питательные вещества очень медленно превращаются в легкорастворимые
Для воды легко проницаемы, хорошо впитывают воду, но мало удерживают ее в себе. Вода из нижних слоев в верхние (при вы сыхании последних) не поднимается
Для воды трудно проницаемы (плохо впитывают воду), но много удерживают ее в себе. При высыхании верхних слоев вода поднимается к ним из нижних слоев
Легко и быстро прогреваются (теплые почвы)
Медленно прогреваются (холодные почвы)
В каждой почве обычно имеются частицы и глины и песка, поэтому и свойства каждой почвы изменяются, по сравнению с этими крайними (по механическому составу) почвами.
Кроме того, содержащийся в каждой почве перегной (органические вещества) сильно исправляет все отрицательные качества и песчаных и глинистых почв.
Для приблизительного определения количества мелких глинистых частиц в почве поступают так. Берут образец почвы (см. ниже) и высушивают в течение нескольких часов в несильно жаркой печи (после того как испечен хлеб). Надо сушить 5—6 часов при температуре 100—105° по Цельсию. Высушенный образец хорошо растирают на фарфоровом блюдце так, чтобы размять все почвенные частицы. От подготовленного образца отвешивают 100 граммов и кладут в стеклянную банку, куда затем вливают чистой воды. Взмутив стеклянной палочкой воду, дают банке постоять 20— 30 секунд, а затем сливают муть. Вновь долив банку водой, повторяют все сызнова. Сливание мути производят до тех пор, пока вода, после 20—30 секунд отстоя, будет оставаться прозрачной, чистой. В банке останется различный по крупности песок. Просушив его в печи и взвесив, по убыли в весе определяют, сколько мелких (глинистых) частиц имеет почва. Если, например, из 100 граммов почвы после отмучивания осталось 76 граммов песка, то это покажет, что в почве имеется 24% глины. По приведенной выше таблице найдем, что такая почва является супесчаной.
По другому способу, менее точному, поступают так. Из образца почвы, добавив воды до густоты теста, скатывают шарик, а затем раскатывают в тонкий жгут, который сгибают в кольцо.
1) Шарик легко скатывается, а жгут сгибается в кольцо, не ломаясь. глинистая почва
2) Шарик и жгут скатываются, но жгут при сгибании в кольцо ломается. суглинистая почва
3) Шарик скатывается с трудом, в жгут его раскатать нельзя. супесчаная почва
4) Шарик при скатывании легко распадается . . . песчаная почва
Водные и воздушные свойства почвы. Структура почвы
Для создания 1 килограмма зерна, или 1 килограмма соломы, или вообще 1 килограмма сухого вещества урожая разные растения берут из почвы, примерно, от 200 до 800 литров воды.
За время от посева до созревания с одного гектара растения расходуют при хорошем урожае, примерно, 1 000 и больше кубических метров .воды (свыше 2 000 сорокаведерных бочек).
Для того чтобы в почве могли быть заготовлены такие большие запасы воды, необходимо, чтобы почва обладала следующими свойствами:
1. Почва должна хорошо пропускать в себя воду от таяния снега и дождей.
2. Почва должна удерживать в себе много воды, не допуская отекания.
3. Бесполезные потери влаги от испарения должны быть возможно меньшими.
Свойство почвы пропускать в себя воду называется проницаемостью почвы.
Проницаемость в значительной мере зависит от механического состава почвы. Легкие песчаные почвы хорошо проницаемы, хорошо впитывают в себя воду, а тяжелые глинистые почвы трудно проницаемы, плохо впитывают в себя воду.
Свойство почвы удерживать в себе воду называется влагоемкостью. Легкие песчаные почвы обладают небольшой влагоемкостью, а тяжелые почвы повышенной влагоемкостью.
Помимо воды, в почве должен быть воздух, который необходим для жизни бактерий, превращающих труднорастворимые, недоступные для растений вещества почвы в легкорастворимые, доступные.
Почвы песчаные легче, чем глинистые, проницаемы для воздуха, но жизнедеятельность бактерий в этих почвах сильно ослабляется из-за малого количества влаги.
Таким образом, ни глинистая, ни песчаная почва, не имеют благоприятных условий для развития растений. В глинистой почве обычно много воды, но мало воздуха, в песчаной, наоборот, мало воды, но много воздуха.
Только в структурной почве может находиться одновременно и большое количество влаги и достаточно воздуха.
Структурной называется такая почва, которая состоит из небольших прочных, неразмываемых водой комочков, величиной от просяного зерна до горошины. Каждый такой комочек состоит из мелких почвенных частичек (главным образом глинистых), склеенных свежим перегноем.
Вода легко поступает в структурную почву, проходя между комочками. Каждый комочек впитывает воду и хорошо удерлш-вает ее в себе и вокруг себя. Для воздуха также остается свободное пространство между комочками.
Таким образом, структурная почва хорошо проницаема для воды, обладает большой влагоемкостью и одновременно богата воздухом.
Кроме того, в структурной почве значительно снижено бесполезное испарение влаги. Как известно, вода снизу вверх может подниматься только между мелкими почвенными частицами (по тонким, волосным, или капиллярным, промежуткам). Между комочками поднятие воды затрудняется, так как каждый комочек соприкасается с другим только небольшой частью своей поверхности.
Структурность почвы является одним из важнейших условий ее плодородия.
Структурные комочки, несмотря на свою неразмываемость, все же постепенно разрушаются, между тем старый перегной уже не обладает способностью вновь склеивать мелкие почвенные частицы в новые структурные комочки. Поэтому для восстановления и улучшения почвенной структуры необходимо вновь обогащать почву свежим перегноем.
Это лучше всего достигается посевом смеси многолетних трав (злаковых с бобовыми, например, клевера с тимофеевкой или люцерны с житняком). Разросшиеся густые корни многолетних трав хорошо разделяют землю на комочки. Когда же корни трав отомрут и перегниют, получается свежий перегной, склеивающий мелкие частицы в комочки. Посев многолетних трав является одним из важнейших приемов повышения плодородия почвы. Кроме посева многолетних трав, обогащение почвы свежим перегноем достигается внесением навоза (и других органических удобрений), а также запашкой специально выращенных на удобрение зеленых растений, например, люпина (зеленое удобрение).
Определение влажности почвы. Влажность почвы можно определить так. Взвешивают небольшое количество почвы на фарфоровом блюдце (также заранее взвешенном). Затем почву на блюдце высушивают 5—6 часов в несильно жаркой печи (при температуре 100—105°). По убыли в весе находят весовой процент содержания влаги в почве. Пример. Образец до высушивания весил (без блюдца) 102 грамма, после высушивания —80 граммов. Разность в весе 22 грамма показывает, что в почве содержалось столько влаги.
Определив количество влаги, можно подсчитать процентное ее содержание в почве.
Не вся определяемая высушиванием почвенная влага доступна для растений. Часть почвенной влаги составляет так называемый мертвый запас, который настолько прочно удерживается почвой, что растения не могут его взять. Величина мертвого запаса влаги у разных почв различна; например, в песчаных почвах она равна 2—3%, в тяжелых глинистых 10—12%, а в торфянистых иногда и выше 30%.
Химический состав почвы
Растениям необходимы следующие находящиеся в почве вещества: азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо, сера. Первых трех (азота, фосфора, калия) очень часто не хватает для высоких урожаев и необходимо бывает удобрять почвы, чтобы удовлетворить потребность растений.
Содержание азота, фосфора (фосфорной кислоты) и калия (окиси калия) в десятисантиметровом слое разных почв (в процентах от веса почвы и в килограммах)
Вес 1 литра почвы принят равным 1 250 граммам
Источник