Почвы с неблагоприятными физико химическими свойствами

Физико-химические свойства почвы

Физико-химические свойства почв – совокупность свойств, определяющих способность почвы поддерживать физико-химическое равновесие между фазами почв, составом почвенных растворов и поглощенных оснований в почвенном поглощающем комплексе, кислотно- щелочной и окислительно-восстановительный потенциал, состав и количество доступных растению питательных веществ, буферность почв — способность противостоять изменению свойств почвы при поступлении в нее веществ извне. Каждый тип почв характеризуется своими показателями физико-химических свойств, отличающих его от других типов, что используется в диагностике почв при их классификации.

Поглотительной способностью почвы называется свойство задерживать или поглощать различные вещества, взаимодействующие и соприкасающиеся с ее твердой фазой. Почва способна задерживать или поглощать газы, различные соединения из растворов, минеральные или органические частицы, микроорганизмы и суспензии. Почвой энергично поглощаются и сохраняются главные элементы питания растений – K, N, Ca, Mg, P.

Механическая поглотительная способность – свойство почвы механически задерживать взвешенные в воде вещества, обусловлена механическим составом, структурой, сложением, пористостью и капиллярностью почвы. Почва как фильтр, способна закреплять фильтрующиеся через нее частицы в зависимости от их размеров, диаметров и расположения. Эта способность используется при кольматировании (заилении) песчаных почв и очистке бытовых и технических сточных вод.

Физическая поглотительная способность – свойство почвы поглощать из раствора молекулы электролитов, продукты гидролитического расщепления солей слабых кислот и сильных оснований, а также коллоиды при их коагуляции. При физическом поглощении происходит аполярная абсорция (сгущение молекул на поверхности раздела двух фаз – твердой и жидкой, твердой и газообразной), определяемая наличием ненасыщенной энергии на поверхности почвенных частиц. Эта энергия тем больше, чем тоньше механический состав почвы. Физическая поглотительная способность выше у суглинистых почв и слабее у песчаных. Физическое поглощение защищает водорастворимые соединения от вымывания. Такое поглощение нередко сопровождается коагуляцией коллоидных веществ под воздействием электролитов, что также предохраняет от вымывания водорастворимые соединения. Вот почему химическими мелиорациями можно способствовать коагуляции коллоидов и противодействовать пептизации их.

Химическая поглотительная способность – свойство почвы удерживать ионы в результате образования нерастворимых или труднорастворимых солей. Она заключается в выпадении из почвенных растворов осадков и закрепления их в почве. При взаимодействии растворимых и среднерастворимых солей возникают труднорастворимые соли, которые и присоединяются к твердой фазе почвы. Химическое поглощение происходит в том случае, если анион раствора дает нерастворимое соединение с ионами, находящимися на поверхности твердых частиц почвы.

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность – свойство почвы обменивать некоторую часть катионов и в меньшей степени анионов из соприкасающихся растворов. Здесь наблюдается физическое и химическое поглощение. Происходит эквивалентный обмен катиононами. Катионы из раствора переходят в слой компенсирующих ионов мицелл почвенных коллоидов, а катионы из слоя компенсирующих ионов – в раствор. Изменяя искусственно реакцию почвенных растворов, можно направленно воздействовать на емкость поглощения, а из необменного состояния катионы перевести в обменные. Перевод в необменное состояние катионов совершается при периодическом высушивании почвы, что объясняется старением и частичной кристаллизацией гелей коллоидов.

Биологическая поглотительная способность связана с жизнедеятельностью организмов почвы (главным образом микрофлоры), которые усваивают и закрепляют в своем теле различные вещества, а при отмирании обогащают ими почву. Растворимые соединения, поступающие из раствора, а также вещества, ассимилируемые организмами из твердой и газообразной фазы почвы, переходят в нерастворимую форму в теле организмов. Благодаря такому поглощению в почве аккумулируются необходимые для растений элементы зольного и азотного питания. Это избирательная поглотительная способность по отношению к элементам питания растений. Особенно большое значение имеет для улучшения бедных питательными веществами легкопромываемых почв.

Почва задерживает бактерии и адсорбирует их как физическая среда. Это свойство более выражено у суглинистых и меньше у песчаных почв. Адсорбирующая способность почв различна по отношению к разным видам бактерий.

Поглотительная способность почв сильнее проявляется в условиях оптимальной влажности почв, когда накапливается перегной и элементы пищи растений и повышается плодородие почв.

Химические свойства почвы определяются процессами, происходящими в основном между ее твердой и жидкой фазами. По закону действующих масс в почве образуются и поступают в раствор различные вещества, в ней устанавливается подвижное равновесие между твердой частью и почвенным раствором. При уменьшении концентрации такого раствора часть веществ поступает в него из твердой фазы почвы и, наоборот, при увеличении концентрации часть веществ выпадает из раствора, присоединяясь к твердой фазе почвы.

В почвенной воде растворимы различные соли и кислоты, которые представляют так называемый почвенный раствор. Он образуется в процессе почвообразования в течение длительного времени в результате движения воды в почве и смачивания ее. Соли растворяются под действием кислот, коалинизации, окислительно- восстановительных процессов, гидролиза веществ и т.д. Почвенный раствор по составу и концентрации определяется взаимодействием почвы, воды и организмов, которое состоит в растворении минеральных и органических веществ, пептизации, коагуляции и обмене ионами растворов с почвенными коллоидами.

Реакция почвенного раствора создается при взаимодействии почвы с водой или растворами солей, характеризуется концентрацией водородных и гидроксильных ионов. Реакция может быть кислой, щелочной или нейтральной. В последнем случае концентрация ионов Н+ и ОН- одинакова. Реакция почвенного раствора выражается символом рН – десятичным логарифмом с обратным знаком, показывающим степень концентрации Н в почвенном растворе, или количеством Н- иона в листе раствора.

Различают активную (актуальную) и потенциальную кислотность. Активная кислотность возникает за счет слабых кислот (главным образом углекислоты, органических кислот), а также кислых солей и минеральных кислот, особенно H2SO4 . Эта кислотность обнаруживается действием воды на почву, поглощающий коллоидный комплекс которой не насыщен основаниями.

Способность почвенной суспензии противостоять изменению ее активной реакции (рН) при внесении в почву кислот или щелочей называется буферным действием. В следствие буферности почва обладает относительно устойчивой реакцией почвенного раствора. Буферное действие присуще твердой фазе почвы и зависит от ее химического, коллоидного и механического состава.

Источник

Влияние на физико-химические свойства почв

От уровней содержания и состава гумусовых веществ зависят важнейшие физико-химические свойства почв. Благодаря наличию кислотных функциональных групп гумусовые вещества резко повышают емкость катионного обмена большинства почв: количество катионов, удерживаемых гуминовыми кислотами даже в нейтральной среде, достигает 400-600 мг•экв/100 г, что в 5-10 раз превышает EKО глинистых минералов группы смектитов. Высокая емкость катионного обмена при низких значениях констант ионизации кислых функциональных групп гумусовых кислот обусловливает высокую кислотно-основную буферность богатых гумусом почв. Повышается также окислительно-восстановительная буферность и потенциальная буферная способность по отношению к различным элементам. Эти свойства играют важную роль в накоплении минеральных элементов питания растений, включая микроэлементы, а вместе с тем и в связывании (понижении доступности) токсичных соединений многих переходных металлов, поступающих в почву в результате химического загрязнения. Гумусовые вещества связывают также многие органические соединения, вносимые в почву, например гербициды.
Наличие органического вещества — одно из главных условий возможности развития восстановительных процессов в почвах; резкое падение окислительного потенциала, вплоть до отрицательных величин, стимулируется в переувлажненных почвах легкодоступными микроорганизмам органическими веществами. Сульфатредукция и вызываемое ею содообразование также происходит лишь при достаточных запасах органических веществ. Избыточное содержание органических веществ может также резко снижать подвижность и доступность растениям ряда важнейших элементов (например, меди).
Интенсивное влияние гумусовых веществ на систему почва-растение проявляется в том, что они могут снимать отрицательное действие высоких доз минеральных удобрений на культурные растения. Так, Шаминад в работах с райграсом и Хернандо в работах с кукурузой показали, что при увеличении доз минеральных удобрений сухая масса растений увеличивается только до определенного предела, а при больших дозах удобрений развитие растений тормозится. Внесение гуматов снимает этот отрицательный эффект, что позволяет применять высокие и сверхвысокие дозы минеральных удобрений.
Zangi — новый стандарт качества связи.
Положительно оценивая вклад органических веществ в формирование разнообразных свойств почв и их продуктивность, не следует все же понимать это так, что без органического вещества или при малом содержании гумуса невозможно получить урожай сельскохозяйственных культур. Для выращивания растений используют чисто минеральное водные культуры, хорошие результаты дает искусственная «почва» из природных цеолитов.
Малогумусные песчаные почвы, сероземы и некоторые другие почвы дают высокие урожаи, если посевы обеспечены влагой и минеральными удобрениями. Однако особая и, возможно, важнейшая функция почвенного гумуса заключается в том, что он способствует формированию свойств почвы, близких к оптимальным, даже при неблагоприятном химическом, механическом или минералогическом составе. На высоко гумусированных почвах растения в меньшей мере испытывают угнетение при неблагоприятных погодных условиях. Например, черноземы с высоким содержанием гумуса обладают хорошей водопрочной и агрономически ценной структурой. На таких почвах лучше сохраняется влага и растения меньше страдают от иссушения при недостаточном количестве осадков. В песчаных почвах благодаря гумусу создаются необходимые запасы элементов питания, а тяжелые почвы с монтмориллонитовым минералогическим составом приобретают более благоприятное для развития растений сложение.
Таким образом, гумус повышает сопротивляемость почвы к неблагоприятным погодным и климатическим условиям, снижает возможное отрицательное влияние на растение некоторых негативных свойств минеральных компонентов почвы. Все это имеет следствием повышение устойчивости земледелия.
Выше мы говорили о разнообразном, многостороннем и зачастую противоположном влиянии гумуса на свойства почвы. Это влияние неодинаково проявляется в разных почвенно-климатических зонах и ландшафтах. Поэтому оценка качества гумуса и гумусного состояния почв не может быть одинаковой для различных типов почв. Главный принцип, который должен быть положен в основу оценки гумусного состояния почв и мероприятий по его регулированию, заключается в следующем: наиболее эффективное влияние гумуса на производственные показатели при сельскохозяйственном использовании почв может быть достигнуто только при некотором оптимальном для каждой почвы (зоны) сочетании уровней содержания гумуса, его состава и других показателей гумусного состояния почв. Обогащение почв гумусом без учета оптимальных уровней может привести к неполному использованию потенциального плодородия почв и к экономически неоправданным затратам.
Оптимальные свойства — наиболее благоприятные свойства. Но из этого определения вытекает необходимость конкретизации: для чего или для кого рассматриваемые свойства оптимальны? С позиций Докучаевского почвоведения свойства почвы должны быть оптимальными, как минимум, в трех аспектах: 1) для самой почвы как естественно-исторического тела. т.е. способствовать устойчивости почвы, ее сохранности и повышению плодородия; 2) для выращиваемых растений, т.е. обеспечивать максимальные урожаи с учетом потенциальной продуктивности сельскохозяйственных культур, и, наконец, 3) с позиции применяемой системы земледелия, агротехники, системы удобрений. Таким образом, предполагается, что почвы с оптимальными параметрами гумусного состояния при прочих равных условиях обеспечивают максимальные урожаи возделываемых культур, причем эффективность использованных удобрений, агротехнических приемов или проведенных мелиораций также оказывается максимальной. Продуктивность такой почвы должны быть стабильной, урожаи не будут слишком резко колебаться при изменении погодных условий. Почва с оптимальными параметрами максимально устойчива к действию таких разрушающих факторов, как эрозия, дефляция, противостоит процессам, снижающим ее плодородие. Разработка теории оптимизации гумусного состояния почв составляет одну из главных задач современного учения о почвенном гумусе.
Оценочные шкалы показателей гумусного состояния почв пока не разработаны. Можно лишь в первом приближении сказать, что оптимальное содержание гумуса для современных пахотных дерново-подзолистых почв 2-3%, серых лесных — 3-4%, черноземов — 5-8% (в зависимости от подтипа), для сухо-степных почв — 3-4%.
Анализ экологической и агрономической роли гумуса показывает, что органическое вещество почвы, а также и органические удобрения, нельзя рассматривать только как один из источников пополнения запасов доступных растениям элементов минерального питания. Главная функция органических удобрений — их мелиоративное влияние, улучшение всех свойств почвы, оптимизация их гумусного состояния.

Источник

Оптимизация азотного питания пшеницы на почвах с неблагоприятными физико-химическими свойствами подпахотного горизонта

Общий вид поля в районе г. Варракнабеаля: делянки с разными сроками и способами внесения азотных удобрений.

В «зерновом поясе» Австралии, расположенном на Юго-Востоке страны, широко распространены почвы, подпахотный горизонт которых характеризуется сильной засоленностью, а также высокой солонцеватостью и, соответственно, щелочностью. Протекающие в данных почвах химические процессы ведут к переуплотнению подпахотного горизонта, накоплению токсичных количеств водорастворимого бора, а также снижению доступности почвенной влаги из-за накопления солей. Обследование ряда полей показало, что зачастую может проявляться сразу несколько из вышеуказанных лимитирующих факторов (табл. 1). В результате этого ограничивается рост корневой системы, что не позволяет растениям поглощать влагу и элементы питания из подпахотного горизонта почвы. При этом отзывчивость растений на применение азотных удобрений на таких почвах недостоверна даже в годы с достаточным количеством осадков, что ведет к низкой эффективности использования азота и низкой экономической отдаче от применения азотных удобрений.

Рис. 1. Регион в северо-западной части штата Виктория (Австралия), где проводились полевые опыты с азотными удобрениями, описываемые в статье.
Карта адаптирована из: Совет по прогнозированию развития мирового сельского хозяйства и Зарубежная сельскохозяйственная служба Министерства сельского хозяйства США.

На рис. 1 показан регион в северо-западной части штата Виктория, где в 2000-2004 гг. была проведена серия полевых опытов. В данном районе количество осадков за вегетационный сезон варьирует от 104 до 596 мм, составляя в среднем 392 мм. В каждом опыте мы оценивали систему применения азотных удобрений под пшеницу. Согласно рабочей гипотезе, отзывчивость растений на азотные удобрения можно улучшить, если доступный растениям азот будет сосредоточен в пахотном горизонте, откуда корневая система сможет его поглощать. Однако содержание доступных форм азота не должно быть слишком высоким, чтобы не допустить чрезмерного роста вегетативной массы и быстрого истощения ограниченных запасов продуктивной влаги в почве. В опытах изучались сроки и способы внесения азотных удобрений, включая дробное внесение, глубокое ленточное внесение при посеве (ниже семян), ленточное внесение в середину междурядий при посеве, допосевное ленточное внесение и внесение вразброс перед посевом. В течение 5-ти лет ежегодно проводилось 14 полевых опытов. Внесение азота в дозе 40 кг N/га до посева не оказывало статистически значимого влияния на урожайность зерна в опытах, проводившихся на почвах с неблагоприятными физико-химическими свойствами подпахотного горизонта. Однако дробное внесение азота и припосевное ленточное внесение способствовали получению достоверной прибавки урожайности (табл. 2). В тех же случаях, когда физико-химические свойства подпахотного горизонта не лимитировали урожайность, достоверных различий между способами внесения азотных удобрений не наблюдалось.