Структурный состав почв
Механический состав почвы не надо смешивать с понятием о структурном ее составе.
Под структурностью разумеется свойство описанных выше механических элементов почвы давать в силу тех или иных причин оформленные агрегаты. Эти агрегаты являются результатом склеивания между собой (в силу различных причин) мельчайших частиц и зерен почвы. Разница между «механическим элементом» почвы и «структурным элементом», можно сказать, та же, что между отдельной клеткой того или другого организма и тканью его, являющейся, как известно, также агрегатом отдельных составляющих ее клеток.
В настоящее время различают макроструктурные и микроструктурные элементы; под последними понимаются все те комплексы механических элементов, величина которых ниже того предела, при котором их комплексность можно установить простым глазом или растиранием (К. Гедройц).
Структурные агрегаты, или отдельности, различаются между собой, кроме величины, также формой и прочностью. У различных почв и даже у различных горизонтов одной и той же почвы все эти свойства могут сильно вариировать. Наконец, могут быть почвы и совершенно бесструктурные, рассыпающиеся на отдельные механические элементы (например, песчаные почвы и др.). Как увидим ниже, структурный состав почвы представляет собою чрезвычайно важный момент в направлении и ходе всех совершающихся в почве биохимических процессов.
Из того различия, которое существует между понятием о «механических» и «структурных» элементах, мы можем заключить о том, как важно, приступая к тому или иному методу механического анализа почв, уметь предварительно разрушать агрегаты структурные на составляющие их механические индивидуумы. Без такой предварительной операции мы рискуем составить себе совершенно превратное заключение о механическом составе исследуемой почвы, относя, например, к крупным фракциям те микроструктурные элементы, которые по существу являются, быть может, агрегатами очень мелких отдельностей и т. д.
Указанная цель — разрушение структурных отдельностей — достигается механическим растиранием почвы, размачиванием в воде, кипячением, обработкой различными реактивами, могущими растворять склеивающий частички «цемент» (перекись водорода, гипобромит натрия и др.), наконец, применением специальных приемов, вытекающих из общепринятого ныне положения, что в процессах структурообразования главенствующую роль играют явления коагуляции (свертывания) мельчайших частичек почвы (главным обазом частичек коллоидальных размеров).
Как нами и отмечено выше, в явлениях структурообразования процессы коагуляции ультрамеханических элементов (или почвенных коллоидов) играют главенствующую роль. С сущностью явлений коагуляции коллоидов мы уже ознакомились в предыдущей главе. Напомним здесь лишь некоторые основные положения.
Как нам уже известно, коагуляция коллоидальных веществ происходит в почве главным образом под влиянием электролитов; кроме того, явление это может наблюдаться и при взаимной встрече коллоидов, несущих противоположный электрический заряд; наконец, явления свертывания коллоидальных частичек почвы могут происходить и под влиянием иных факторов, например, под влиянием подсушивания почвы, ее замерзания и пр.
He надо, однако, думать, что почвенные структурные агрегаты состоят лишь из одних коллоидальных частичек. В природных условиях мы наблюдаем, что свернувшиеся коллоиды играют в действительности роль цемента для других, более крупных механических элементов почвы. Такая клеющая способность присуща лишь «обеззаряженным» гелям; золи, имея высокий потенциал, обладают, как нам известно, взаимно отталкивающими силами и в данном процессе цементации участия, в силу сказанного, принимать не могут. Напомним далее, что в случае коагуляции коллоидальных частиц одновалентными катионами получается рыхлый и непрочный гель, легко диспергирующий под влиянием воды обратно в золь. Гели же, насыщенные двухвалентными катионами, а тем более трехвалентными, являются практически необратимыми. Наконец, подчеркнем, что наилучшими цементирующими свойствами обладают органические коллоиды (по работам Waksman, особенно лигнин). Минеральные коллоиды обладают этими свойствами в значительно меньшей степени.
В виду того что все описанные выше явления коагуляции почвенных коллоидов имеют широкое распространение в природных условиях, мы должны этим явлениям отводить в генезисе почвенной структуры действительно главенствующую роль. Исходя из вышеприведенных положений, А. Tюлин делит структурные агрегаты почвы на 2 группы: 1) «истинные» («водоупорные» агрегаты), склеенные необратимо-свернутыми гелями, и 2) ложные агрегаты, склеенные гелями обратимо-свернутых коллоидов или суспензиями.
Цитируемый исследователь разработал по отношению к изучению «истинных» структурных агрегатов почвы и особый, так называемый «агрегатный анализ», состоящий в многократном «купанье» навески почвы на ситах разного диаметра и в последующем высушивании и взвешивании каждой фракции «истинных» агрегатов в отдельности (диаметром в 1—0,5 MM и 0,5—0,25 мм), каковой метод дает нам возможность, таким образом, подходить к оценке «реальной структурности» почв.
В настоящее время мы имеем и другие методы изучения количества и качества структурных агрегатов почвы; так, например, мы можем использовать для этой цели «фильтрационный метод» Антипова—Каратаева (известно, что фильтрующая способность почвы находится в частности в непосредственной связи и с характером ее структурности) или прибегнуть к косвенному изучению структурности той или иной почвы на, основании определения капиллярной и некапиллярной скважности ее и пр.
В области изучения прочности структурных агрегатов почвы произведены за последнее время обширные исследования американским ученым Bouyoucos, применившим для этой цели особый прибор — «денсиметр» (гидрометр) — и изучавшим влияние на быстроту расплываемости структурных отдельностей почвы — растворов различных солей, кислот и щелочей разных концентраций и пр.
Помимо процессов коагуляции коллоидальных соединений, структурность почвы может вызываться и целым рядом других факторов. Обратимся к их рассмотрению.
Г. Высоцкий, на основании детальных обследований структуры степных почв, относит к агентам структурообразования следующие факторы:
1. Деятельность животных землероев: слепцов,
сусликов, сурков и др. Наиболее выдающуюся в этом отношении роль играют, однако, земляные черви и в частности открытый Г. Высоцким крупный вид Allolobophora Marupolensis. Поглощая почвенные частицы и извергая их в переработанном виде, а именно сцементированными особым слизистым веществом, выделяемым желудком, эти черви оставляют свои извержения внутри своих ходов (обыкновенные земляные черви, описанные еще Darwin, Кёllеr и др., выносят эти извержения, как известно, и на дневную поверхность) в виде мелких скрученных узелков, в виде катышков и пр., которые сохраняются в почве и распадаются CO временем на плотные угловатые крупинки и горошинки, столь характерные для целинных черноземных или старозалежных почв. Кроме упомянутых выше землероев, существенную роль играют в структурообразовании также муравьи, тарантулы и разнообразные насекомые (жуки, многоножки и т. п.).
2. Растительные корни. Пронизывая по разным направлениям пластическую землистую массу, корни раздвигают ее частицы, раскалывают попадающиеся по пути извержения дождевых червей, стискивая и заставляя слипаться осколки их в новые формы. При этом измельченные пылеобразные частицы вследствие давления и раздвигания слепляются по сторонам проходящего корня в спрессованные массы, внутри которых образуются ходы корня, сохраняющиеся после его разложения. Вследствие растрескивания при высыхании, замерзании или при прохождении другого корня поперек этого хода его стенки распадаются со временем на отдельные крупинки. Таким образом, распыленная почва может снова превратиться в крупичатую. Особенно это воздействие корневой системы резко проявляется в верхних горизонтах почв, где корни образуют часто сплошную сетку, крепко связывающую рассыпчатую зернистую почву. По исследованиям Носовской опытной станции, бесструктурные черноземы приобретают прочную структурность под влиянием даже однолетней культуры клевера. Исследованиями В. Богдана, Н. Тулайкова и др. подмечено, что культуры житняка, ребрика, степной тимофеевки и др. очень быстро способствуют воссозданию в выпаханной черноземной почве ее крупичатой структуры.
3. Периодическое увлажнение и иссушение почвы, а также попеременное ее замораживание и оттаивание, влекущие за собою явления растрескивания почвы на отдельности различной величины и формы в силу происходящего при этом изменения объема составляющих данную почву частиц.
К факторам структурообразования необходимо отнести также и давление, испытываемое почвенными частицами под влиянием тех или иных причин (под влиянием разрастающихся корней растений, под влиянием явлений набухания почвенных частиц, давления на почву сельскохозяйственных машин и орудий, давления поверхностных горизонтов почвы на нижние и т. д.). Соответствующие исследования показали (Тюлин и Скляр, Виленский и др.), что давление влечет за собой образование агрегатов лишь в том случае, когда имеется налицо известная степень (различная для различных почв) увлажненности почвы (цементирующее влияние в данном случае тонких пленок воды). Сжатие же частиц сухой почвы образования структурных агрегатов не вызывает.
К факторам структуроразрушения мы должны отнести изобилие выпадающей влаги, могущей уже своим механическим воздействием разбивать образовавшиеся агрегаты, нерациональную механическую обработку в виде, например, несвоевременного и слишком частого рыхления почвы, некоторые операции удобрения, которыми мы можем обеднять почву в отношении поглощенного кальция (например, односторонним внесением аммонийных и т. п. солей).
Следующая таблица, принадлежащая П. Баранову, показывает, какое значение может иметь механическая обработка почвы в деле разрушения ее естественной структуры (в %).
Источник
Определение структурности почвы
Почва слагается из частиц различной крупности, различных по минералогическому и химическому составу, обладающих неодинаковой активностью в отношении проходящих в почве физико-химических и биологических процессов. Водный, пищевой, воздушный режим почвы и условия роста растений в сильной степени связаны с гранулометрическим составом почвы.
Элементарные частицы почвы в естественном состоянии соединены в сложную систему микро- и макроагрегатов. Это агрегатное состояние динамично, а изменение его влечет за собой изменения и физических свойств и микробиологических процессов почвы. Элементарный механический состав почвы значительно менее динамичен, изменения его можно отметить лишь за более или менее продолжительный период.
Для характеристики гранулометрического состава почвы, кроме структурного (макроагрегатного) анализа, проводят механический и микроагрегатный анализ.
Задачей структурного анализа является определение количества агрегатов почвы и их устойчивости против размывания. Наиболее широко применяется определение структурности почвы рассевом ее на ситах и определение количества водопрочных отдельностей по методу Н.И. Саввинова.
Ниже приведено описание структурного анализа по методу Саввинова с изменениями С.В. Астапова.
Для правильного определения необходимо для рассева брать навеску почвы до 2,5 кг, но не менее 1,5 кг. Почву подсушивают на воздухе. При наличии глыб крупнее 2 см их осторожно разрушают пальцами на отдельности величиной до 1 см.
Навеску почвы осторожно просеивают через набор сит (диаметр сит — 20 см) с отверстиями диаметром в 10; 5; 3; 2; 1; 0,5 и 0,25 мм, перенося почву на верхнее сито порциями в 100-200 г. При просеивании на колонку сит надевают крышку и поддонник во избежание потерь. Закончив рассев очередной порции почвы, пересыпают отдельные фракции из сит в коробки или чашки и, собрав колонку сит, приступают к рассеву следующей порции.
По окончании просеивания всей навески почвенные фракции взвешивают на технических весах и вычисляют процентное содержание каждой фракции в почве (при данной влажности).
Для определения количества прочных структурных отдельностей из отсеянных фракций почвы составляют навеску в 50 г так, чтобы в нее входили все выделенные просеиванием фракции пропорционально процентному содержанию каждой из них; таким образом, при общей навеске в 50 г число граммов каждой фракции в навеске должно равняться численно половине процентного содержания фракции. Вес навесок должен составлять ровно 50 г; полезно проводить контрольное взвешивание для того, чтобы своевременно устранить возможные ошибки. Для размывания на ситах приготовляют две средние пробы.
Составленную таким способом навеску почвы помещают в литровый цилиндр и медленно увлажняют почву до полной ее влагоемкости. Для этого приливают воду по стенке цилиндра с тем, чтобы почва постепенно увлажнялась снизу и в комках не оставалось защемленного воздуха, который может в дальнейшем разрушать комки. Увлажненную почву в цилиндре оставляют в покое на 10 мин. За это время подготовляют колонку из пяти сит с отверстиями в 0,25; 0,5; 1; 2 и 3 мм без поддонника и крышки. Сита скрепляют за наружные ушки, чтобы колонка не распалась во время определения. Колонку сит погружают в сосуд (например, ведро) с водопроводной водой так, чтобы над верхним ситом оставался слой воды около 10 см. После этого цилиндр с почвой доливают водой, наклоняя его для лучшего удаления пузырьков воздуха из почвы, и плотно закрывают пришлифованной стеклянной или каучуковой пластинкой так, чтобы под ней не оставалось пузырьков воздуха. Затем перевертывают цилиндр вверх дном и ждут, пока основная масса агрегатов почвы упадет на плотно прижатое к верхнему обрезу цилиндра стекло. Переворачивают цилиндр обратно и ожидают падения почвы на дно. Таких переворачиваний делают 10 в одну сторону и 10 в другую.
После этого, не сдвигая стекла, цилиндр опрокидывают над ситами и погружают его горловиной в воду над верхним ситом в колонке, держа над ситом на высоте около 5 см. Под водой сдвигают пришлифованное стекло и открывают цилиндр. Агрегаты почвы проходят слой воды в цилиндре и падают на верхнее сито. Через 5-10 сек. цилиндр Закрывают под водой стеклом и убирают.
Просеивают почвенные агрегаты путем встряхивания сит, поднимая набор сит в воде (но так, чтобы не обнажать комков почвы на верхнем сите) и затем быстрым отрывистым движением опуская сита на 3-4 см. Через 2-3 сек. движения повторяют. После 10 встряхиваний снимают верхние два сита и продолжают встряхивать нижние три сита еще пять раз.
Оставшиеся на ситах агрегаты смывают струей воды из промывалки в большие фарфоровые чашки. После оседания почвенных агрегатов на дно чашек осторожно сливают из чашек воду и переносят агрегаты почвы в небольшие фарфоровые чашки или алюминиевые стаканчики для сушки. Чашечки или стаканчики с почвой хорошо высушивают на водяной бане ИЛИ в термостате при 60-80° и оставляют стоять на ночь, чтобы почва пришла в воздушно-сухое состояние, а затем взвешивают на технических весах.
Вес каждой фракции агрегатов в граммах умножают на 2 (поскольку расчет производится на 100 г почвы, а для анализа взято 50) и получают процентное содержание водопрочных агрегатов в почве. Содержание фракции менее 0,25 мм определяют по разности. Определение необходимо проводить с двухкратной повторностью. Разница между параллельными определениями обычно не превышает 3-4%.
Для характеристики почвы приводят обычно данные о содержании водопрочных агрегатов. Содержание их (крупнее 1 мм) в структурном черноземе может достигать 50-60%, в то время как на старопашке количество их может понижаться до 4-10%.
При сравнении результатов анализов, проводившихся в разное время, необходимо иметь в виду, что содержание различных фракций за вегетационный период подвергается некоторым изменениям. Структурность почвы существенно изменяется под влиянием посева трав, внесения извести, орошения.
В первоначально описанной в 1931 г. Н.И. Саввиновым методике средняя проба воздушно-сухой почвы не включала фракцию менее 0,25 мм, таким образом, на ситах размывается навеска менее 50 г. Среднюю пробу не подвергают капиллярному насыщению, но прямо всыпают в цилиндр, заполненный водой, и оставляют на 10 мин. до начала переворачивания. Следует отметить, что любое изменение методики, замена сит, изменение энергии или числа встряхиваний почвы на ситах и т. п., может существенно отразиться на результатах анализа. Для получения сравнимых данных порядок работы должен строго выдерживаться.
Источник