Глава б СВОЙСТВА ПОЧВ

6.1. Поглотительная способность почв

Под поглотительной способностью почв следует понимать способность поглощать пары, газы, растворенные вещества, задерживать взмученные в почвенном растворе коллоидальные частицы минеральных и органических веществ, грубые суспензии и живые микроорганизмы.

Поглотительную способность почв обусловливают процессы адсорбции (поглощение вещества из газовой и жидкой сред поверхностным слоем твердого тела); абсорбции (поглощение веществ почвенным раствором); хемосорбции (поглощение веществ сорбентом в результате образования химической связи между молекулами сорбента и сорбируемого вещества); биологического поглощения веществ корнями растений и микроорганизмами и др.

В почве находятся грубые дисперсии минеральных, органических и органо-минеральных частиц с диаметром более 0,02 нм, образующие в почвенной воде суспензии; более мелкие частицы ^с диаметром 0,02—0,0001 нм — почвенные коллоиды и частицы менее 0,0001 нм, которые образуют молекулярные растворы (1 нанометр = 10~⁹ м). Дисперсные системы почвы, обладающие большой поверхностной энергией, электрокинетическими свой-етвами, обусловливают поглотительную способность почв.

Совокупность различных компонентов почвы, участвующих ^1! процессах поглощения, академик К. К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом, сокращенно ППК. Он выделил б видов поглотительной способности почв: механическую, физическую, физико-химическую или обменную, химическую и биологическую.

7126 Евтефеев

Механическая поглотительная способность — это свойст почвы, как любого пористого тела, задерживать в своей тол| твердые частицы, взмученные в фильтрующейся воде, разме|| которых превышают размеры почвенных пор. Это свойство зав* сит от размеров и форм почвенных пор, обусловленных грануле метрическим и агрегатным составами, плотностью почвы. Песч! ные почвы обладают слабой механической поглотительной cit| собностью, а глинистые поглощают почти все частицы размере более 0,001 мм.

Физическая поглотительная способность — это свойство чай тиц твердой фазы почв поглощать молекулы газов и растворе1| ных в воде веществ. Это свойство называют молекулярной адсорбцией. Она обусловлена большой поверхностной энергие!| Вещества, молекулы которых поглощаются физически на по верхности соприкосновения двух фаз (твердой и жидкой, твер дой и газообразной), накапливаются на поверхности тверды] частиц почвы и понижают свободную энергию (поверхностне натяжение), называют поверхностно-активными. Эти веществ испытывают положительную физическую адсорбцию. К ним от носятся органические кислоты, спирты, водорастворимые высо] комолекулярные органические соединения, молекулы которыГ состоят из гидрофильной и гидрофобной частей.

Физически поглощаются почвой пары и газы из газообразЗ ной фазы. По энергии поглощения пары воды и газы располага! ются в следующий ряд:

Н₂0 > NH₃ > С0₂ > N0₂ > Н₂ = 0₂

Легко поглощаются твердой фазой почвы пары воды с выде| лением теплоты смачивания. Сухими участками твердой фазь почвы поглощаются газы. Наиболее высокой энергией поглоще-] ния обладает аммиак, что имеет большое значение в закрепле-^ нии в почве аммиачных форм азотных удобрений.

Вещества, повышающие поверхностную энергию, отталкива-1 ются от почвенных частиц, испытывают отрицательную физиче-J скую адсорбцию. К ним относятся неорганические кислоты,! соли, основания. Например, нитраты, хлориды почти не погло-1 щаются почвой и могут при промывном водном режиме вымы-| ваться из почвенного профиля. Это необходимо учитывать при! расчете норм и сроков внесения нитратных форм азотных удоб-J рений в конкретных условиях.

Почва хорошо поглощает дымные и газообразные отравляю-_ие вещества, что имеет природоохранное значение.

физико-химическая, или обменная, поглотительная способность, по определению К. К. Гедройца, — свойство почвы обменивать некоторую часть катионов, содержащихся в твердой фазе, _на эквивалентное количество катионов почвенного раствора. Этот обмен происходит по схеме:

Са²⁺

[ППК]^_г. + 5КС1 [ППК]5К⁺ + СаС1₂ + MgCl₂ + НС1

Обменное поглощение катионов имеет следующие закономерности.

1. Обмен происходит в эквивалентных количествах по законам обменных химических реакций.

2. Поглощенный катион может быть вытеснен и замещен другим катионом почвенного раствора, имеющим большую энергию поглощения.

3. Энергия поглощения и вытеснения катионов зависит от их валентности, массы атома и радиуса иона. С увеличением валентности, т. е. силы атома катиона образовывать химические связи с другими атомами, возрастает энергия поглощения:

м⁺ < м²⁺ < м³⁺

Среди катионов с одинаковой валентностью энергия поглощения возрастает с увеличением массы атома. Энергия поглощения зависит от гидратированности катиона. Определен следующий ряд катионов по возрастанию энергии поглощения:

Li⁺ < Na⁺ < NH; < К⁺ < Mg²⁺ < Са²⁺ < Н⁺ < А1³⁺

Исключение составляет ион водорода, у которого энергия поглощения выше, чем у двухвалентных катионов. В водном растворе ион водорода образует гидроксоний (Н₃0⁺), который обладает высокой энергией поглощения.

Большое значение в поглощении катионов имеет их концентрация в почвенном растворе. Катионы с меньшей энергией по-Т-'Ющения могут поглощаться только при более высокой их концентрации в почвенном растворе по сравнению с другими катионами, обладающими большей энергией поглощения.

V =-

ЕКО

• 100.

4. Обменное поглощение имеет обратимость, поглощен! катионы могут обратно вытесняться в почвенный раствор зам щенными катионами при повышении их концентрации в пс венном растворе.

5. Скорость обмена катионов в почвенном растворе на вне!! них поверхностях почвенного поглощающего комплекса мгь венная. Но обмен катионами может продолжаться и более тельное время, если поглощение происходит внутри кристалл ческих решеток минералов, что зависит от периодическо| увлажнения, высушивания и температуры почвы. Кроме тог при поглощении почвой какого-либо катиона, например натр! может увеличиваться диспергирование структурных агрегато| что увеличит емкость поглощения катионов.

Максимальное количество катионов, удерживаемое почвой! обменном состоянии, К. К. Гедройц назвал емкостью катионнГ го обмена (ЕКО), которую выражают в мг • экв на 100 г почвы.|

Количество всех обменных катионов, за исключением ионе водорода и алюминия, называют суммой обменных оснований (5), которую тоже выражают в мг • экв на 100 г почвы.

Отношение суммы обменных оснований к емкости катиог ного обмена, выраженное в процентах, называют степенью на§ сыщенности почв основаниями (V):

В различных почвах количество и состав обменных катионов! степень насыщенности основаниями различные, они отражаю! особенности почвообразования. В черноземах типичных высоко| гумусных в составе обменных катионов преобладают основан! Са²⁺, Mg²⁺, степень насыщенности основаниями до 100 %.

В дерново-подзолистых почвах с малым содержанием гумуса емкость поглощения низкая, в составе обменных катионов кро4| ме оснований находятся ионы водорода (Н⁺) и алюминия (А1³⁺)1 Такие почвы имеют низкую степень насыщенности основания^ ми (10—50 %).

В иллювиальных горизонтах солонцов преобладают погло-| щенные натрий и магний, солонцы полностью насыщены осно-| ваниями, имеют щелочную реакцию. Состав поглощенных ка^| тионов определяет многие свойства почв.

13 почвах с кислой реакцией среды, богатых полутораоксида-

алюминия, железа и органическими амфолитоидами, при наличии положительно заряженных коллоидов возможно обменное _поГлошение и анионов: NOj, S0₄~ и др. Обменное поглощение анионов подчиняется такой же закономерности, что и поглоще_ние катионов. По энергии поглощения в порядке возрастания анионы располагаются в следующий ряд:

Cl- = NOJ < S0²₄- < Р0³₄- (НР0²₄-, Н₂Р0₄) < ОН-

Анионы гидроксила и фосфат-ионы имеют более высокую энергию поглощения.

Химическая поглотительная способность или хемосорбция, по определению К. К. Гедройца, состоит в образовании труднорастворимых соединений при взаимодействии замещенных ионов с компонентами почвенного раствора. Образующиеся труднорастворимые соединения закрепляются в почве в виде осадков:

А1(ОН)₃ + Н₃Р0₄ -> А1Р0₄4 + ЗН₂0

Анионы ортофосфорной кислоты активно поглощаются почвой, анионы NOj, СГ очень мало поглощаются почвой химически, так как не образуют с катионами труднорастворимые соединения.

Биологическая поглотительная способность — поглощение различных веществ из почвы в ионной форме корнями растений и микроорганизмами. Ежегодно растения поглощают из почвы Десятки и сотни килограммов различных элементов с 1 га. В природных условиях эти элементы возвращаются в почву с растительным опадом. В земледелии большая часть поглощенных элементов отчуждается из почвы с урожаем.

Благодаря избирательному поглощению элементов растениями осуществляются перемещение и аккумуляция веществ в верх^Них горизонтах почвенного профиля. Емкость катионного поглощения корневой системы растений колеблется от 10 до 80 мг • экв ^Ь|а 100 г. Бобовые растения обладают большей емкостью поглоще^НИя по сравнению со злаковыми.

Биологическое поглощение изменяет концентрацию и состав Почвенного раствора, его равновесие и влияет на состояние почтенного поглощающего комплекса, удерживает в почве от вымы-^1,111151 элементы питания растений.

6.2. Кислотность, щелочность и буферность почв

Кислотность почв — это способность подкислять почвенн раствор при наличии в почве различных кислот, а также обме! ных ионов водорода и катионов, образующих гидролитичес? кислые соли. Различают актуальную кислотность, определяем^ значением pH почвенного раствора или водной вытяжки и ц тенциальную кислотность, обусловленную находящимися в noi венном поглощающем комплексе в обменно-поглощенном с( стоянии катионами Н⁺ и А1³⁺. |

Актуальная кислотность обусловливается наличием в по? венном растворе свободных кислот, гидролитически кислых d лей и степенью их диссоциации. В большинстве почв она об] словлена угольной кислотой и ее солями. Величина актуальна кислотности выражается в мг • экв • Н⁺ на 100 г почвы или в р! Для обозначения величины актуальной кислотности к показ телю pH добавляют индекс (рН_в или рН_Нг0). Величина актуал: ной кислотности (рН_в) в почвах колеблется в пределах от¹ до 10. Низкие значения рН_в характерны для подзолистых поч: В дерново-подзолистых и красноземах рН_в = 4,5—5,6, черноз^ мах, каштановых почвах — 6,5—7,5, в карбонатных почвах, о лонцах рН_в > 8,5.

Для большинства сельскохозяйственных культур благопри ная реакция водной вытяжки при рН_в = 6,4—7.

Интересные данные о зависимости урожайности яров пшеницы от величины рН„ получены профессором Л. М. Бурл; ковой (1984). На основании многолетних стационарных опыто] и маршрутных исследований на черноземах Алтайского Приоб] был установлен высокий коэффициент зависимости урожайн сти яровой пшеницы от величины рН_в в слое почвы 0—20 с] (табл. 15).

Потенциальную кислотность делят на две части по способу определения: обменную и гидролитическую.

Обменная кислотность определяется количеством титруемых _ионов Н⁺ и А1³⁺ в вытяжке в нейтральной соли (1н. КС1) или ветчиной рН_с солевой вытяжки в 1н. КС1, где индекс «с» — означает, что реакция определяется в солевой вытяжке из почвы:

к⁺

[ППК]^ + 4НС1 «-> [ППК] ? + А1С1₃ + НС1

АГ*

А1С1₃ + ЗН₂0 А1(ОН)₃ + ЗНС1

Образующаяся соляная кислота характеризует обменную кислотность почвы. Для кислых почв значение рН_с может снижаться до 3 и даже ниже.

Гидролитическая кислотность определяется количеством вытесняемых ионов водорода и алюминия гидролитически щелочной солью (CHjCOONa — уксусно-кислый натрий):

[ППК]"⁵* + 4CH₃COONa + ЗН₂0

-? [ППК]4Иа⁺ + 4СН₃СООН + А1(ОН)₃4-

Образующаяся уксусная кислота характеризует величину гидролитической кислотности, которую выражают в мг • экв • Н⁺ на 100 г почвы и обозначают Н_г. Гидролитическая кислотность включает в себя актуальную и потенциальную кислотности.

Сильно кислые почвы необходимо известковать. Вносимая в почву известь насыщает ППК ионом Са²⁺ и нейтрализует кислотность.

Щелочность обусловливается наличием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей: карбонатов и гидрокарбонатов Щелочных и щелочноземельных металлов: Na₂C0₃; NaHC0₃; Са(НС0₃)₂ и содержанием обменного Na⁺ в почвенном поглощающем комплексе.

Различают актуальную и потенциальную щелочность почвы.

Актуальная щелочность обусловливается содержанием в ^п°чвенном растворе гидролитически щелочных солей, которые ^Ри Диссоциации создают повышенную концентрацию гидро-

ксил-цонов:

Na₂C0₃ + 2Н₂0 Н₂С0₃ + 2Na⁺ + 20Н‘

Актуальную щелочность определяют титрованием водн<! вытяжки из почвы 0,01н раствором серной кислоты в присутс! вии метилоранжа и выражают в мг • экв на 100 г почвы. При о ределении актуальной щелочности потенциометром в водн^ вытяжке ее выражают значением рН_в.

Потенциальная щелочность почв обусловливается содержа^ ем обменного Na⁺, который может вытесняться другими кати* нами и подщелачивать почвенный раствор: ,

[ППК]^; + Н₂С0₃ [ППК]”; + Na₂C0₃

з

з

Na₂C0₃ + 2Н₂0 Н₂С0₃ + 2Na⁺ + 20Н'

Повышенная концентрация гидроксил-ионов в почвенной растворе оказывает отрицательное влияние на усвоение элемем тов питания растениями и микроорганизмами и на свойства пом вы. Катионы натрия усиливают пептизацию почвенных коллом дов, ухудшают водные и физические свойства почвы. Щелочноста почв нейтрализуют внесением гипса (CaS0₄) • 2Н₂0, которья нейтрализует физиологически-щелочные соли почвенного раса твора и насыщает ППК ионами Са²⁺ с вытеснением иона Na⁺1 почвенный раствор с образованием нейтральной соли (Na₂S0₄). I Буферность почв — способность сохранять определенную концентрацию ионов водорода (pH), противостоять изменению концентрации почвенного раствора, кислотно-щелочного 1 окислительно-восстановительного состояния. Буферность поч| обусловливается содержанием в почвенном растворе слабых ш слот, оснований и их солей, а также процессами ионного обмен! почвенного раствора с почвенным поглощающим комплексом (ППК). I

Буферность имеет большое значение в поддержании свойств почв, благоприятных для роста и развития растений. Например! при внесении в почву высоких доз минеральных удобрений воЗ| можно изменение концентрации почвенного раствора и реакции среды до критического состояния для растений. Но благодаря буферное™ почвы концентрация почвенного раствора поддер! живается в благоприятном состоянии. |

Буферность почв зависит от их минералогического и грану| лометрического составов, содержания гумуса, емкости поглоще| ния и состава обменных катионов. |

Почвы, насыщенные основаниями, обладают высокой бл ферностью против подкисления, а почвы, в ППК которых нахо|

_тся катионы водорода и алюминия, устойчивы против подще_лачивания:

[ППК]Са⁺ + 2НС1 = [ППК]? + СаС1₂ [ППК]«: + Са(ОН)₂ = [ППК]Са²⁺ + 2Н_гО

Глинистые почвы с большим содержанием гумуса, имеющие высокую емкость катионного обмена, обладают высокой буфер-

ностью.

Легкие, малогумусовые почвы, обладающие низкой емкостью поглощения, имеют низкую буферность. Такие почвы могут резко изменять концентрацию почвенного раствора и его реакцию при внесении физиологически кислых или физиологически щелочных удобрений.

Высокая буферность может отрицательно влиять на эффективность приемов мелиорации почв. Например, буферность оказывает сопротивление приемам по регулированию реакции почвенного раствора и состава обменных катионов твердой фазы подзолистых почв и солонцов, так как для преодоления буферное™ требуется внесение повышенных доз химических мелиорантов. Например, при известковании кислых почв в зависимости от гидролитической кислотности и гранулометрического состава дозы извести составляют от 2 до 8 т/га.

6.3. Структура почв

В твердой фазе почвы находятся обломки горных пород, частицы первичных и вторичных минералов, гумусовых веществ и органо-минеральных соединений, которые называют механическими элементами. Эти частицы размером от 0,0001 до 10 мм и оолес, могут находиться в почве в свободном состоянии или соединенные в структурные агрегаты различной формы, величины и прочности.

По форме различают три типа структуры: кубовидная — структурные отдельности равномерно развиты по трем взаимно ерпендикулярным осям; призмовидная — отдельности развиты ⁰ вертикальной оси; плитовидная — отдельности развиты пре-lyiHecTBeHHo по двум горизонтальным осям и укорочены в вертельном направлении.

Каждый из этих типов по характеру ребер, граней и размеМ I подразделяется на более мелкие единицы. Например, кубовиднщ I структура подразделяется на глыбистую, комковатую, ореховМ тую, зернистую, которые по размерам поперечника делят щ виды. Комковатая — неправильной округлой формы с шероховя той поверхностью, подразделяется на виды: крупнокомковатуюЯ поперечнике 3—10, комковатую — 1—3 и мелкокомковатую -Ж 0,25—1,0 мм. Я

Зернистая — более или менее правильной формы, острограни ная, подразделяется на виды: крупнозернистую (гороховатую) я поперечнике 3—5, зернистую (крупитчатую) — 1—3 и мелкозер» нистую — 0,25—1 мм. ?

6.3.1. Агрономическое значение структуры ?

Значение структуры определяется размерами структурных аг-Я регатов, их пористостью, сложением, связностью и водопрочное стью. Структурной считается почва, содержащая больше полови-]! ны водопрочных макроагрегатов размером 0,25—10 мм, обла-Ц дающих высокой пористостью (>45 %). Ц

Микроагрегаты размером 0,25—0,01 мм тоже считаются цен-* ными при условии их пористости и водопрочности. Микроагре-1 гаты менее 0,01 мм ухудшают водопроницаемость и воздухообмен в почвах.

Чтобы почва удовлетворяла потребности растений в воде и ] составе почвенного воздуха, эти структурные агрегаты должны ! быть пористыми, водопрочными и иметь благоприятное сложе- | ние. Имеются в виду не отдельные механические частицы мине- ] ралов и органических веществ, а склеенные, «сцементирован- ] ные» в комочки различной величины и формы под влиянием различных факторов. ¹

В агрономическом отношении лучшими считаются комковатая и зернистая мезо- и микроструктура с размерами агрегатов от 0,01 до 10 мм, которые устойчивы к механическому воздействию, способны не разрушаться при увлажнении, обладают высокой порозностью и имеют рыхлое сложение.

При низкой связности и водопрочности структурные агрегаты разрушаются при обработке почвы и выпадении осадков. При сильном увлажнении такая почва заплывает, а при высыхании образует корку, плохо проницаемую для воздуха.

дгрономическое значение структуры состоит в том, что она _[3ывает большое влияние на пористость, плотность сложения, °одный, воздушный, тепловой, оксилительно-восстановитель-V микробиологический, питательный режимы и физико-механические свойства почвы.

6.3.2. Образование структуры

Формирование структуры почвы происходит в процессе почвообразования. На образование структуры оказывают влияние следующие факторы: физико-механические, физико-химические, химические и биологические.

К физико-механическим факторам относят переменное высушивание и увлажнение почвы, замерзание и оттаивание почвенного раствора, давление корней растений, влияние роющих животных и воздействие почвообрабатывающих орудий. Эти факторы наряду с положительным влиянием могут оказывать и разрушающее действие на структуру почвы.

Более важная роль в формировании структуры принадлежит физико-химическим факторам — коагуляции и цементирующему воздействию почвенных коллоидов. Органические и минеральные коллоидные вещества скрепляют механические элементы, коагулируют их необратимо. Коагуляторами в почвах являются двух- и трехвалентные катионы Са²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Al³⁺.

Если почвенные коллоиды (частицы <0,0001 мм) насыщаются двух- и трехвалентными катионами, то они формируют структурные агрегаты, неразмываемые водой. Более прочно склеиваются почвенные частицы органическими коллоидами, насыщенными катионами кальция и железа.

Коллоиды, насыщенные одновалентными катионами, особенно Na⁺, обусловливают пептизацию структурных агрегатов, ^т- е. распад на более мелкие, вплоть до первичных, частицы.

К химическим факторам, оказывающим склеивающее и цементирующее воздействие на почвенные частицы, относится образование труднорастворимых химических соединений (карбоната кальция, гидроокиси железа, силикатов магния и др.). Эти химические соединения способствуют агрегации почвенных частиц и пропитывают структурные агрегаты почвы, цементируют их, делают водопрочными.

Среди биологических факторов структурообразования главе ная роль принадлежит растительности, особенно травянистой* которая не только разделяет почву на комочки, но и является основным источником органических веществ для образования! гумуса. Под травянистой растительностью формируются хорошей оструктуренные почвы (лугово-черноземные, черноземы). Ком-Я ковато-зернистая мезо- и микроструктура этих почв состоит иэ| агрегатов, пропитанных гуматами кальция, противостоящих раз^ мывающему действию воды, так как гуматы кальция являются главными клеящими и цементирующими веществами при фор-^ мировании агрегатов. !

На формирование структуры положительное влияние оказы-, вают дождевые черви и микроорганизмы. Частички почвы, про- j двигающиеся по кишечному тракту червей, уплотняются и выде-^ ляются в виде маленьких водопрочных комочков, называемыхJ капролитами.

Продукты жизнедеятельности микроорганизмов и разложения их тел после отмирания обладают цементирующими свойствами и способствуют структрообразованию в почвах. 1

6.3.3. Причины разрушения и приемы восстановления структуры почвы

Структура почвы может ухудшаться и утрачиваться под влиянием следующих факторов: механических, физико-химических и биологических.

В земледелии механическое разрушение структуры происходит при воздействии машин и орудий, передвижении животных, выпадении обильных дождей и града.

Физико-химические причины разрушения структуры появляются при насыщении почвенного поглощающего комплекса (ППК) одновалентными катионами (Na NH/, Н⁺), которые вытесняют катионы Са²⁺, Mg²⁺.

В этом случае происходит пептизация почвенных коллоидов и разрушение структурных агрегатов при увлажнении почвы. При высыхании таких почв они уплотняются в монолиты, почвы становятся бесструктурными.

К биологическим причинам разрушения структуры относятся процессы минерализации гумуса почвы микроорганизмами. В условиях экстенсивного землепользования часто получается

отрицательный баланс гумуса в почвах, не вносятся органические и минеральные удобрения. В таких условиях происходят большие минерализационные потери почвенного гумуса. А гумус является главным склеивающим веществом при образовании структуры почвы.

Разрушение структуры почв зависит от условий почвообразования. Например, при формировании подзолистых почв под пологом хвойных лесов в результате промывного водного режима и действия кислых соединений происходит разрушение легкорастворимых веществ, первичных и вторичных минералов в верхних горизонтах, вынос илистых частиц в нижние иллювиальные горизонты или за пределы почвенного профиля, в грунтовые воды. Подзолистый горизонт обедняется полуторными оксидами, илистыми частицами, имеет сильную ненасыщенность основаниями, кислую реакцию, приобретает плитчатую структуру или становится бесструктурным.

Восстановление и улучшение структуры почв при сельскохозяйственном использовании осуществляется в основном агротехническими методами.

Прежде всего, необходимо улучшать свойства почв, которые оказывают решающее отрицательное влияние на структуру. В кислых почвах необходимо насыщать ППК основаниями путем внесения расчетных норм извести. Обогащение ППК обменным кальцием приводит к нейтрализации излишней кислотности и улучшению структуры почвы.

В солонцовых почвах и солонцах необходимо замещать в ППК обменный натрий на кальций внесением расчетных доз гипса.

Большое влияние на улучшение структуры почвы оказывают органические удобрения: навоз, торф, зеленые растения (сидера-ты). Органические вещества являются источником для образования гумуса, который положительно влияет на образование водопрочной структуры. В сельскохозяйственном использовании почв системы земледелия должны предусматривать бездефицитный или положительный баланс гумуса. Воспроизводство гумуса в условиях интенсивного земледелия должно осуществляться за счет ежегодно создаваемого органического вещества, внесения органических и минеральных удобрений.

В структуре посевных площадей необходимо планировать возделывание многолетних трав, особенно бобовых, которые оказывают большое положительное влияние на образование во-

допрочной структуры по сравнению с однолетними культурами Многолетние травы оставляют в почве больше органических вн ществ, благоприятных для деятельности микроорганизмов и от разования гумусовых веществ. щ

Для сохранения структуры почвы большое значение имев

рациональная система обработки почвы, проведение агротехник ческих приемов в состоянии физической спелости почвы. Я

Для ослабления разрушения структуры почвы орудиями об! работки и воздействием тяжелой техники применяют рацио] нальные технологии выращивания культур. Такие технологии предусматривают минимализацию обработки почвы, сокраще! ние проходов агрегатов по полю за счет использования широко! захватных и комбинированных агрегатов с многоцелевыми рабо| чими органами и тракторов на широких гусеницах и шинах низ! кого давления. |

6.4. Общие физические свойства почв 1

К общим физическим свойствам относят плотность почвы,! плотность твердой фазы и пористость почвы. 1

Плотностью почвы называют массу единицы объема абсо-| лютно сухой почвы в естественном сложении. При определении | плотности взвешивают абсолютно сухую почву в единице объе- 1 ма со всеми порами. Плотность характеризует степень уплотнения почвенных частиц и агрегатов. Ее выражают в граммах на 1 см³ и обозначают буквой d_v. Плотность почвы зависит от гранулометрического состава, содержания органического вещества и структурного состояния. Плотность минеральных почв составляет от 1,0 до 1,8 г/см³, верхних горизонтов черноземных почв — 1,0—1,2, нижних горизонтов — 1,3—1,6 г/см³. Оптимальная плотность почвы для большинства культурных растений — 1,0—1,2 г/см³.

От плотности почвы зависят водный, воздушный, тепловой режимы и биологическая активность. С увеличением плотности уменьшается общая пористость почвы и особенно объем пор аэрации, ухудшается воздухообмен, снижается водопроницаемость.

Измерение плотности почвы необходимо для расчета пористости, запасов воды и питательных веществ.

Плотностью твердой фазы почвы называют отношение массы _твсрД°й фазы почвы без всяких пор в абсолютно сухом состоя-_ии к массе равного объема воды при 4 °С. Плотность твердой фазы почвы определяют пикнометрическим методом путем вытеснения воды из пикнометра навеской абсолютно сухой почвы, выражают плотность твердой фазы почвы в г/см³ и обозначают буквой d. Ее величина зависит от минералогического состава и содержания органических веществ в почвах. В среднем она составляет 2,4—2,65 г/см³.

Определение плотности твердой фазы почвы необходимо для расчета пористости почвы, кроме того, по ее величине можно судить о соотношении минеральных и органических веществ в

почве.

Пористость почвы — отношение объема всех пор в единице объема почвы в естественном состоянии ко всему объему вместе с твердой фазой и порами, выраженное в процентах. Обозначается буквой Р_обш.

Общую пористость (или скважность) почвы рассчитывают по показателям плотности почвы и плотности ее твердой фазы по формуле

•100,

р -

общ

^где Л.бщ ^— общая пористость почвы, % объема почвы;

d_v — плотность почвы;

d — плотность твердой фазы почвы.

Для общей пористости суглинистых и глинистых почв Н. А. Качинский предложил следующую шкалу:

• >70 % — избыточно пористая;

• 55—65 % — отличная в пахотном слое;

• 50—55 % — удовлетворительная для пахотного слоя;

• <50 % — неудовлетворительная для пахотного слоя;

• 40—25 % — очень низкая, характерная для уплотненных и иллювиальных горизонтов.

Количество пор в почве и их соотношение по размерам определяет, прежде всего, водные свойства и воздухообмен, от ко^ТоРых зависят окислительно-восстановительные процессы и питание растений.

Общая пористость подразделяется на капиллярную и нека^пиллярную. Капиллярная пористость создает водоудерживающую

способность почвы, обусловленную явлением смачивания и Л верхностным натяжением воды (менисковыми силами). КапЛ лярные силы начинают проявляться в порах диаметром <8 Л но значительно возрастают в порах диаметром <0,01 мм. Неш пиллярные поры между структурными агрегатами чаще всего Я полнены воздухом, поэтому их называют порами аэрации. Вол из этих пор в основном просачивается по профилю почвы пЛ действием сил гравитации. 1

В агрономическом отношении нужно, чтобы при общей пя ристости 55—60 % большая часть приходилась на капиллярну! и 20—25 % — на некапиллярную. Ч

Если при влажности почвы, близкой к НВ, объем пор аэра ции будет меньше 20 % от общей пористости, то нужно улучи шать структуру почвы агротехническими приемами. Пористосп аэрации — это часть общей пористости почвы, заполненная воя духом. Определив общую пористость почвы в любом слое и объ ем воды в этом слое, рассчитывают пористость аэрации по фор) муле ]

общ

аэр ¹ общ ^г

К физико-механическим свойствам почв относят пластичность, липкость, набухание, усадку, связность, твердость и удельное сопротивление при обработке. Количественная оценка этих свойств необходима для выбора оптимальной технологии ее культивации.

Пластичность почвы — это ее способность к деформации без крошения под действием внешней силы и без расплывания при увлажнении и сохранению приданной формы после устранения этой силы. Пластичность проявляется в определенном для каждого типа почвы диапазоне влажности, имеющем нижний и верхний пределы (границы пластичности). Сухие и переувлажненные почвы не обладают пластичностью.

Высокое качество обработки почвы достигается до начала проявления пластичности. Показатель верхней границы апатичности почвы нужен для определения устойчивости к водной эрозии, так как при влажности выше верхнего предела пластичности почва начинает расплываться по склонам.

Пластичность возрастает при увеличении в ППК обменного натрия, а при насыщении ППК катионами кальция, магния и увеличении содержания гумуса — снижается. Поэтому для улучшения технологических свойств высокопластичных почв нужно проводить гипсование засоленных и известкование кислых почв, вносить высокие дозы органических удобрений.

Липкость — свойство влажной почвы прилипать к поверхности прикасающихся к ней предметов. Она увеличивает сопротивление почвы при обработке, ухудшает качество работ, затрудняет движение транспорта.

Липкость определяется величиной силы, необходимой для отрыва металлической пластинки от поверхности почвы, и выражается в г/см². Она начинает проявляться при определенной для каждого типа почв влажности, зависит от состава обменных катионов и гумусности почвы.

Липкость почвы >5 г/см² при капиллярной влагоемкости считается очень высокой. Хорошее качество обработки почвы достигается при влажности, не превышающей начала проявления прилипания, когда почва находится в состоянии физической спелости, хорошо крошится на комочки. Среднесуглинистые почвы находятся в состоянии физической спелости при следующей влажности: дерново-подзолистые — 12—21 %, серые лесные — 15—23, черноземы — 15—24, каштановые — 13—25 %.

Для снижения липкости почвы нужно улучшать состав обменных катионов, насыщать ППК кальцием и повышать гумус-ность почв.

Набухание почв — их свойство увеличивать свой объем при Увлажнении воздушно-сухой почвы. Большой набухаемостью отличаются глинистые почвы с преобладанием в составе минералов монтмориллонита и вермикулита. Наибольшую набухае-мость имеют солонцы, ППК которых насыщен катионами натрия.

Набухание — отрицательное свойство почв, приводящее к выпиранию почвы и разрушению ее структуры. Для снижения набухаемости почв необходимо проводить гипсование солонцовых почв и вносить органические удобрения.

Усадка почв — свойство уменьшать свой объем при высуцц вании. Зависит от тех же причин, что и набухание. Это тоже о| рицательное свойство почв, приводящее к сильному уплотнени| почв при высыхании, образованию трещин, разрыву корней ра<| тений и потере влаги.

Связность почв — способность противостоять разъединений частиц почвы внешними силами. Почвы, обладающие свойствой большой усадки, имеют и высокую связность. Пептизация поч| венных коллоидов увеличивает удельную поверхность почвы силы сцепления между частицами, что повышает ее связность.

Для уменьшения связности солонцовых почв нужно улуч| шать состав обменных катионов путем гипсования и внесения органических удобрений. В глинистых почвах нужно улучшат структуру внесением органических удобрений.

Удельное сопротивление почвы — сопротивление, оказываемое! почвой, приходящееся на 1 см² поперечного сечения пласта, подрезаемого и оборачиваемого плугом, выражаемое в килограммах! на 1 см². Оно зависит от гранулометрического состава, физи-| ко-химических свойств почвы, ее влажности и колеблется от 0,2| до 1,2 кг/см².

Эту важную физико-механическую характеристику нужно учитывать, например, при составлении норм выработки и расхода топлива для тракторов, при конструировании почвообрабатывающих орудий.

Известкование кислых почв, гипсование щелочных изменяют состав поглощенных оснований, улучшают физические и физико-механические свойства, в том числе уменьшают и удельное сопротивление почвы. Выращивание многолетних трав, внесение органических удобрений, возделываниие сидеральных культур — все эти мероприятия улучшают физические и физико-механические свойства почв.

Большое значение для улучшения физико-механических свойств почв и снижения их отрицательного влияния на качество полевых работ имеет выбор сроков и приемов обработки почвы в зависимости от ее влажности, внедрение минимизации обработок.