Структура почв. Почвенные агрегаты и оструктуривание почвы. Корнеобитаемый слой
Каждый почвенный горизонт имеет определенную структуру, т. е. состоит из структурных отдельностей (агрегатов, комков, педов) того или иного размера, формы, той или иной прочности и какого-то количества внеструктурной (апедальной) массы. Выделяются три группы структурных отдельностей в почвах (мм):
Согласно Н. А. Качинскому, почвенная структура — это совокупность агрегатов различной величины, формы, порозности, механической прочности и водопрочности, характерных для каждой почвы и ее горизонтов. При этом под агрегатами понимается совокупность механических элементов или элементарных почвенных частиц, взаимно удерживающихся в силу коагуляции коллоидов, склеивания, слипания их в результате действия сил Ван-дер-Ваальса, остаточных валентностей и водородных связей, адсорбционных и капиллярных явлений в жидкой фазе, а также с помощью корневых тяжей, гифов грибов и слизи микроорганизмов.
Учение о почвенной структуре создано трудами П. А. Косты- чева, В. Р. Вильямса, А. Г. Дояренко, М. Пигулевского, Н. А. Ка- чинского, П. В. Вершинина, J1. Д. Бэвера, И. Н. Антипова-Ка- ратаева; морфологией почвенной структуры специально занимались С. А. Захаров, С. С. Никифоров, Ф. Дюшофур, В. Кубиена, Р. Брюэр, Е. Мюккенхаузен, И. Либерот.
Надо заметить, что с агрофизической и морфолого-генети- ческой точек зрения почвенная структура — это разные понятия. С агрономической точки зрения структурной почвой называется лишь та, в которой преобладают мезоагрегаты — «агрономически ценные агрегаты», т. е. отдельности размером от 0,25 до 7 (10) мм. Все иные почвы при этом считаются бесструктурными. Соответственно введено представление о коэффициенте структурности почвы
Кроме того, с агрономической точки зрения различаются истинные и ложные агрегаты (псевдоагрегаты). Истинные агрегаты имеют большую пористость и водопрочность, а псевдоагрегаты малопористые, плотны и нестойки в воде либо, наоборот, абсолютно водостойки вследствие цементации.
С морфолого-генетической точки зрения структура почвы — это, прежде всего, форма физического проявления ее сложения, т. е. естественной организации твердых компонентов почвы и промежутков между ними. Структура почвы характеризует наличие и взаимное расположение в почвенном теле агрегатов определенной формы и размеров. Если в почве имеются естественные агрегаты какой-то формы, она называется структурной. Если почва не распадается на естественные структурные отдельности, а имеет сыпучее состояние, как песок или пыль, то она называется бесструктурной раздельно-частичной; если же почва не распадается на агрегаты, а выламывается большими бесформенными массами, то она будет характеризоваться как бесструктурная массивная.
В почвах редко присутствуют агрегаты какого-то только одного размера, особенно в верхних горизонтах. Все почвы по- лиагрегатны. Речь может идти лишь о преобладании каких-то форм и размеров. Распределение структурных агрегатов в массе почвы в соответствии с их размерами (эффективными диаметрами) называется структурным составом почвы, который может быть определен простым ситовым анализом ().
Форма и размеры структурных агрегатов почвы имеют диагностическое значение, а потому систематизированы определенным образом (табл. 2). В СССР принята классификация почвенной структуры, основы которой были заложены С. А. Захаровым, в которой выделяются три типа (по развитию осей) и несколько родов (по форме) и видов (по размеру):
I. Округло-кубовидная структура при более или менее равномерном развитии по трем осям, характерная для верхних гумусовых горизонтов почв; в пределах этого типа выделяется 7 родов структуры:
— глыбистая — неправильная форма и неровная поверхность агрегатов, характерна для глеевых, слитых, выпаханных горизонтов, а также на переходе к горизонту С на рыхлых породах;
— комковатая — округлая форма с шероховатой поверхностью без выраженных ребер и граней, характерна для гумусовых и метаморфических горизонтов;
— пылеватая — мельчайшие микроагрегаты, форма которых неразличима невооруженным глазом, характерна для выпаханных и элювиальных горизонтов;
— ореховатая — более или менее правильные острореберные агрегаты, напоминающие буковые орешки, характерна для верхней части иллювиального горизонта и метаморфических горизонтов,
— зернистая — более или менее правильная форма с выраженными гранями и ребрами, напоминающая гречневую крупу, характерна для гумусовых горизонтов лугово-степных почв, особенно черноземов;
— конкреционная — сплошное скопление рыхло располагающихся или частично сцементированных округлых конкреций, как в ортштейне, канкаре или пизолитовом латерите;
— икряная — мелкие разной формы, но хорошо оформленные округлые агрегаты образуют сплошную массу.
II. Призмовидная структура при выраженном развитии по вертикальной оси, характерная для иллювиальных горизонтов и суглинистых почвообразующих пород; выделяются три рода этой структуры:
— столбовидная — правильной формы отдельности с хорошо выраженными вертикальными гранями, округлой «головкой» и неровным основанием, характерна для солонцовых и слитых горизонтов;
— призмовидная — вертикально вытянутые отдельности слабо оформлены, с неровными скорлуповатыми гранями и острыми вершинами, округленными ребрами, характерна для нижней части иллювиальных горизонтов и суглинистых почвообразующих пород;
— призматическая — грани и ребра вертикальных призм четко выражены, характерна для иллювиальных горизонтов.
III. Плитовидная структура при развитии по горизонталь-
иым осям, характерна для элювиальных горизонтов почв; выделяются два рода этой структуры:
— плитчатая — при более или менее четко развитых горизонтальных поверхностях спайности;
— чешуйчатая — при небольших, несколько изогнутых поверхностях спайности.
Во многих случаях почвы имеют смешанную структуру: ком- ковато-зернистую, ореховато-комковатую, комковато-глыбистую, ореховато-призмовидную и т. п., что означает преобладание в том или ином горизонте структурных отдельностей разной формы и размеров.
Тип структуры определяется характером почвообразования, причем обычно имеет место закономерная смена структуры в почвенном профиле. Характерным примером в этом отношении может быть профиль дерново-подзолистой почвы, где в горизонте А структура комковатая, в Е — пластинчатая, В1 — ореховатая, а в В2 — призматическая. Для черноземов характерна зернистая структура в горизонтах J1 и АВ и призматическая в В. Для солонцов характерна столбчатая структура горизонта В.
В образовании почвенной структуры различаются две стадии, обычно протекающие одновременно: во-первых механическое разделение почвенной массы на агрегаты того или иного размера и различной формы и, во-вторых, упрочнение этих агрегатов и приобретение ими оределенного внутреннего строения. В механическом разделении почвы на агрегаты главную роль играют противоположно направленные процессы увлажнения — иссушения, замерзания — оттаивания, нагревания — охлаждения, а также деятельность корневых систем растений и почвенной фауны.
Интенсивно оструктуриванию почвы способствуют корневые системы растений, особенно густые корни дерновинных злаков. Пронизывая почву во всех направлениях в пределах корнеобитаемого слоя, они разрыхляют ее, уплотняют образующиеся агрегаты, оставляют трубчатые ветвистые пустоты после отмирания и разложения. Аналогично действует и почвенная фауна, особенно дождевые черви. Корневая система травянистых растений — это главный фактор образования водопрочной комковатой или зернистой структуры гумусовых горизонтов почв.
Упрочнение структурных агрегатов и приобретение ими внутреннего строения связано с воздействием специфических частных почвенных процессов. При этом большую роль играют как физические адгезионные явления слипания частиц между собой вследствие наличия- поверхностных сил взаимодействия, так и цементация при импрегнировании различными химическими соединениями — клеящими веществами и цементами.
В качестве структурных клеев или цементов в почвах обычно выступают гумус, глинистое вещество, гидроксиды железа и алюминия, карбонат кальция. Гумус действует обычно в виде гума- тов металлов: особенно устойчивую структуру дает гумат кальция. Гуматы натрия, обладая большой лиофильностью и подвижностью, пептизируют почвенную массу во влажном состоянии, способствуя при высыхании ее слитости и растрескиванию на грубые столбчатые отдельности. Гуматы железа и алюминия способствуют упрочнению комковатой или ореховатой структуры лесных почв, как и призматической структуры иллювиальных горизонтов. На первых стадиях агрегирования элементарных почвенных частиц большую клеящую роль могут иметь живые клетки населяющих почву микроорганизмов, а также продукты их метаболизма. Бактериальные клетки, как показал Д. Г. Звягинцев, интенсивно адсорбируются почвенными частицами, образуя микроконгломераты, а наиболее мелкие минеральные частицы, наоборот, могут адсорбироваться на бактериальных . клетках.
В зависимости от характера почвенных агрегатов, их формы и размера, а также от характера их упаковки в объеме почвы формируется почвенная порозность — весьма важное свойство почвы, в значительной степени определяющее ее плодородие.
Источник
Данил
5. Физические и физико-механические свойства почв
Структура почвы, ее виды. Агрономическое значение структуры почвы. Причины разрушения структуры почвы. Мероприятия по созданию и поддержанию агрономически ценной структуры почв.
Под структурностью почвы понимают ее способность распадаться на агрегаты под влиянием механических воздействий. Структура почвы — совокупность агрегатов различной величины, формы, пористости, механической прочности и водопрочности. Почва бывает структурной и бесструктурной. В структурном состоянии масса почвы разделена на отдельности различной формы и величины. Бесструктурное состояние почвы наблюдается, когда отдельные механические элементы, слагающие ее, существуют раздельно или залегают сплошной сцементированной массой. Бывает переходное состояние почвы, когда структура выражена слабо.
При оценке структуры следует отличать морфологическое ее понятие от агрономического.
Для морфологического описания почв разработана классификация структур, включающая три типа (с подразделением на роды): кубовидная (глыбистая, комковатая, ореховатая, зернистая), призмовидная (столбчатовидная, столбчатая, призматическая), плитовидная (плитчатая, чешуйчатая). Роды делятся на виды по величине агрегатов.
Для агрономической оценки структуры предложена классификация, согласно которой к агрономически ценным относятся агрегаты размером от 0,25 до 10 мм, более крупные почвенные отдельности считаются глыбистой частью почвы, а более мелкие — распыленной.
Структуру почвы оценивают кол-но на основании распределения сод-я агрегатов (воздушно-сухих и в воде) по их размерам.
Сод-е агрономически ценных агрегатов – важнейший показатель ее состояния: чем выше их сод-е, тем лучше почва. Пользуются обычно следующими кач-ными оценками структуры на основании кол-ва агрегатов именно этого, агрономически ценного диапазона, 10–0.25 мм: >60% – отличное агрегатное состояние, 60–40 – хорошее, 1.5 – отличное агрегатное состояние, 1.5–0.67 – хорошее, 40%. Для оценки верхнего предела оптимального сод-я водопрочных агрегатов нет достаточного кол-ва данных. Ориентировочно им можно считать уровень 75%.
Агрономическое значение структуры имеет несколько аспектов.
1. В структурных почвах складывается наиболее благоприятный водно-воздушный режим благодаря рациональному сочетанию капиллярной и некапиллярной пористости. Они отличаются большей водопроницаемостью и влагоемкостью. Наличие некапиллярных пор способствует уменьшению испарения влаги с поверхности. В структурной почве уменьшается интенсивность капиллярного поднятия р-ров солей и опасность вторичного засоления по сравнению с бесструктурной почвой
2. Достаточная аэрация при наличии доступной влаги создает лучшие условия для активизации м/б процессов, предотвращения денитрификации, мобилизации пит.веществ.
3. Благодаря сокращению поверхностного стока на структурных почвах уменьшается смыв и размыв, а структурные агрегаты размером > 1мм устойчиво противостоят дефляции.
4. Агрономически ценная структура облегчает прорастание семян и распростран.корней растений.
5. На структурных почвах уменьшаются энергетические затраты на механическую обработку, создаются возможности ее минимизации вплоть до отказа от основной обработки.
Регулирование структуры почвы. Структура почвы при с\х использовании постепенно теряет свою водопрочность и разрушается. Основными причинами утраты структуры являются: механическое разрушение, физико-химические и биологические процессы, происходящие в почве. Механическое разрушение структуры почвы происходит вследствие обработки почвы, передвижения по ее поверхности машин и орудий, людей и животных. Важнейшими путями уменьшения механического разрушения является обработка почвы в спелом состоянии и сокращение кол-ва обработок. Физико-химические причины утраты структуры связаны с реакциями обмена внутри почвы Са и Mg на Na и аммоний. Приемы химической мелиорации почв (известкование, гипсование) способствуют улучшению структуры. Биологические причины разрушения структуры обусловлены разложением гумус.в-в почвенными м/о. В результате потери гумуса — главного цементирующего в-ва — структура почвы теряет водопрочность и разрушается.
Восстановление и сохранение структуры почвы при ее с/х использовании осуществляется агротехническими методами и путем введения в почву искусственных структурообразователей.
К агротехническим методам улучшения структуры относятся: посев мн.трав, обработка почвы в спелом состоянии, известкование кислых почв, гипсование солонцовых почв, внесение МУ и ОУ. Прочная структура образуется под воздействием как мн.трав, так и однолетних культур: пшеницы, подсолнечника, кукурузы. Мн.травы (особенно бобовые и их смеси со злаками) играют более важную роль в создании агрономически ценной структуры, чем однолетние культуры. Это объясняется тем, что мн.травы образуют мощную и сильно разветвленную корневую систему. В их корневых остатках содержится значительное кол-во белков, углеводов и др соединений, благоприятных для жизнед-ти о и образования гумус.в-в. Искусственное оструктуривание почв осуществляется путем введения в них небольшого кол-ва (0,001% массы почвы) структурообразующих в-в, главным образом состоящих из производных акриловой, метакриловой и малеиновой кислот.
Источник
Структура почвы
1. Общие понятия. Агрономическое значение.
Под структурой почвы понимают совокупность отдельностей, или агрегатов, различных по величине, форме, прочности и связности. Структурная отдельность – агрегат — состоит из первичных частиц (механических элементов), или микроагрегатов, соединенных друг с другом в результате коагуляции коллоидов, склеивания, слипания.
Агрегаты, образованные из первичных механических элементов, относят к первому порядку. Силами остаточных валентностей, а также путём склеивания и слипания могут образовываться агрегаты второго, третьего и т. д. порядка.
По мере увеличения размера агрегата связь между отдельными составляющими его ослабевает, а следовательно уменьшается связность и прочность.
Способность почвы распадаться на структурные отдельности, или агрегаты, называется её структурностью.
Различают два вида понятия структурности почвы: морфологические и агрономические. В морфологическом понимании хорошей будет всякая чётко выраженная структура: ореховатая, столбчатая, призмовидная, пластинчатая и т. п. Каждой генетически различной почве, а внутри её отдельным горизонтам присуща своя, характерная структура. Её формирование тесно связано с условиями образования данного почвенного типа (рис)
Агрономически ценной является только такая структура, которая обеспечивает плодородие почвы. Оптимальные условия водного и воздушного режимов с мелкокомковатой и зернистой структурой.
В настоящее время почвенную структуру по размерам агрегатов подразделяют следующим образом: глыбистая (агрегаты > 10 мм); комковато-зернистая, или макроструктура (агрегаты 10-0,25 мм); микроструктура (агрегаты 0,001-0,05 мм не могут в суспензии заметно увеличиваться в размерах вследствие быстрого их оседания. По данным Е. И. Кочериной, в слабых солевых растворах ясной способностью к коагуляции обладают частицы 1 2
Источник