Глава 5 СОСТАВ ПОЧВ

5.1. Гранулометрический состав почв

Почва — природное образование, состоящее из генетически связанных горизонтов, формирующихся в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под воздействием воды, воздуха и живых организмов. В почвоведении сложилось такое определение: «Почва — сложное, многофазное, многокомпонентное, полидисперсное природное тело, состоящее из твердой, жидкой, газообразной и живой фаз». Все фазы почвы находятся во взаимодействии между собой и с другими системами биосферы.

Твердую фазу почвы представляет комплекс первичных и вторичных минералов и органические вещества.

Первичные минералы находятся в виде частиц больше 0,001 мм, вторичные — менее 0,001 мм. Масса первичных минералов в большинстве почв превышает массу вторичных минералов.

По происхождению различают минеральные, органические и органо-минеральные частицы, представляющие обломки горных пород, первичные и вторичные минералы, гумусовые вещества, продукты взаимодействия органических и минеральных веществ. Эти частицы в почвоведении называют механическими элементами.

Механические элементы могут находиться в почве в свободном состоянии (например, в песке) и соединенные в структурные агрегаты различных форм, размеров и прочности. Разделение механических элементов по размерам называют механическим анализом. Процентное содержание фракций более 1 мм определяют просеиванием через почвенные сита, а менее 1 мм — по скорости

_иХ осаждения в воде. От размеров частиц зависит суммарная их поверхность, меняются и свойства. Близкие по размеру и свойствам частицы объединяются во фракции (табл. 7). Группировка частиц по размерам во фракции называется классификацией механических элементов.

Камни (>3 мм) представляют собой обломки горных пород. Каменистые почвы увеличивают износ рабочих поверхностей орудий обработки почвы, неблагоприятны для сельскохозяйственного использования.

По типу каменистости почвы бывают валунные, галечнико-вые, щебенчатые. На сильнокаменистых почвах (>10 % камней) необходимо проводить удаление камней.

Гравий (3—1 мм) представляет собой обломки первичных минералов, придает почвам провальную водопроницаемость, низкую влагоемкость, неудовлетворительную для роста растений.

Песчаная фракция (1—0,05 мм) состоит преимущественно из °бломков кварца и полевых шпатов, обладает небольшой капиллярностью и влагоемкостью. Мелкозернистые пески пригодны Лля выращивания сельскохозяйственных культур.

Пыль крупная (0,05—0,01 мм) по составу и свойствам сходна с песчаной фракцией. Пыль средняя (0,01—0,005 мм) содержит; больше слюд (>20 %), пластична, обладает повышенной связно-; стью, удерживает воду. К отрицательным свойствам средней пыли относятся малая водопроницаемость, неспособность к коагуляции. Почвы с повышенным содержанием крупной и средней пыли легко распыляются.

Пыль мелкая (0,005—0,001 мм) состоит из частиц первичных и вторичных минералов, содержит >60 % слюд, способна к коагуляции и формированию структурных агрегатов, обладает хорошей поглотительной способностью, содержит большое количество гумусовых веществ. Частицы пыли мелкой в свободном, несклеенном в структурные агрегаты состоянии создают низкую водопроницаемость, сильно набухают при увлажнении, имеют повышенную липкость, плотное сложение при высыхании.

Ил (<0,001 мм) состоит в основном из частиц вторичных минералов. Илистая фракция имеет высокую поглотительную способность, содержит много гумуса и элементов питания растений. Ил и коллоиды имеют большое значение в структурообразовании, обладают способностью коагулировать и склеивать механические элементы в агрегаты. Структурные почвы даже при высоком содержании ила обладают благоприятными физическими свойствами.

Илистая фракция в дисперсном, несклеенном в структурные агрегаты состоянии придает почвам неблагоприятные физические свойства.

5.2. Классификация почв по гранулометрическому составу

Свойства фракций механических элементов зависят от их размеров. Особенно резко свойства изменяются при уменьшении размера механических частиц на рубеже 0,01 мм. Это послужило поводом для разделения всех фракций на две группы: физический песок (>0,01 мм) и физическую глину (<0,01 мм).

В зависимости от содержания тех или иных фракций механических элементов изменяются и свойства почвы. В основу классификации почв по гранулометрическому составу взято процентное соотношение массы физического песка и физической глины.

Относительное, выраженное в процентах соотношение содержания в почвах физического песка и физической глины называют механическим или гранулометрическим составом.

Все многообразие почв по гранулометрическому составу объединяют в группы с характерными для них физическими, физико-химическими и химическими свойствами. В настоящее время пользуются классификацией почв по гранулометрическому составу, разработанной Н. А. Качинским (табл. 8).

Данная классификация учитывает генезис почв, способность ^Их глинистой фракции к образованию структурных агрегатов, ко-^г°рая зависит от содержания гумуса в почвах, состава обменных

катионов в почвенном поглощающем комплексе и минералогического состава механических элементов. Чем выше способность глинистой фракции к формированию агрегатов, тем меньше проявляются отрицательные свойства в почве при равном содержании физической глины. Например, черноземы приобретают тяжелоглинистые свойства с содержанием физической глины >85 %, тогда как солонцы даже при >65 %. В почвенном поглощающем комплексе солонцового горизонта преобладают катионы натрия, которые из-за сильной гидратированности обусловливают диспергирование илистой фракции и придают солонцам неблагоприятные физические свойства.

5.3. Значение гранулометрического состава

Влияние гранулометрического или механического состава начинается с почвообразующей породы. От состава почвообразующей породы зависят процессы превращения, перемещения и аккумуляции органических и минеральных соединений в почве. Даже в одних и тех же природных условиях формируются почвы с неодинаковыми свойствами на породах разного гранулометрического состава.

Гранулометрический состав оказывает большое влияние на водно-физические, физико-механические, воздушные и тепловые свойства, окислительно-восстановительные условия, поглотительную способность почвы, накопление в ней гумуса, зольных элементов и азота.

В зависимости от гранулометрического состава почв в земледелии применяются различные способы и сроки их обработки, нормы внесения удобрений, гербицидов, дифференцируется размещение сельскохозяйственных культур.

Почвы песчаные и супесчаные обладают хорошей водопроницаемостью, благоприятным воздушным режимом, быстрее прогреваются, но они имеют низкую влагоемкость, бедны гумусом и элементами питания растений, имеют малую поглотительную способность, более подвержены ветровой эрозии.

Тяжелоглинистые почвы имеют большую влагоемкость, богаты гумусом и элементами питания для растений, но они имеют слабую водопроницаемость, образуют корку при высыхании,

отличаются большой плотностью, липкостью, неблагоприятны_мИ воздушным и тепловым режимами.

Влияние гранулометрического состава на рост растений зависит от конкретных условий: типа почвы, климата, требований сельскохозяйственных культур к почвенным условиям. В степной зоне на черноземах с благоприятной структурой более ценны глинистые почвы, накапливающие больший запас влаги. В условиях избыточного увлажнения предпочтительны суглинистые и супесчаные почвы.

Сельскохозяйственные культуры по-разному реагируют на гранулометрический состав почв. Так, например, картофель, корнеплоды, томат нуждаются в рыхлых, супесчаных и суглинистых почвах

5.4. Органические вещества

Продуцентами органических веществ в почве являются автотрофные организмы, способные к синтезу органического вещества из воды, диоксида углерода и минеральных элементов. Это бактерии, водоросли, лишайники и высшие растения.

В почву поступают не только органическое вещество отмерших растений, но и останки животных (вторичное органическое вещество). Основную часть органического вещества в почве производят высшие зеленые растения.

Первичная продуктивность различных наземных экосистем колеблется от 1—2 т/га в год сухого вещества в тундре, пустыне до 30—35 т во влажных тропических лесах. В агроэкосистемах в почву поступает растительных остатков от 2—3 т/га при возделывании однолетних культур до 7—9 т/га в год от многолетних трав.

Характер распределения по профилю поступающих в почву органических остатков неодинаковый в различных экосистемах, в лесах преобладающая часть органического вещества поступает ^с опадом на поверхность почвы. В травянистых ценозах, как ^пРавило, больше половины органического вещества поступает в почвенный профиль с корнями.

Химический состав органических веществ, поступающих в почву, зависит от состава биоценозов и видов отмерших организмов (табл. 9).

В высших растениях, особенно в древесной растительности, синтезируется большое количество веществ, не поддающихся разрушительному действию микроорганизмов. К таким соединениям относятся лигнин (С₅₇Н₆₀О_|0), смолы, дубильные вещества. Лигнин накапливается в оболочках клеток между пучками целлюлозы и вызывает одревеснение. Лигнин с более высоким содержанием углерода, чем в других углеводах, очень стойкое соединение, не поддается разложению бактериями. Особенно много его образуется в древесине хвойных деревьев, до 30 % и более.

В растениях накапливается значительное количество продуктов распада (катаболитов), к которым относятся эфирные масла,

алкалоиды, гликозиды, смолы, органические кислоты и их соли, дубильные вещества, хиноны, каучук и др. Большинство из них обладают бактерицидными, антисептическими свойствами, а многие из них являются ядовитыми. Например, алкалоиды ци-_кутин, гиосциамин (C_I7H₂₆0₄N), аконитин, никотин и др. Гликозиды — амигдалин, кумарин (С₉Н₆0₂), который при плесневении превращается в дикумарин (С₁₉Н_|20₈), — ядовитое соединение.

5.5. Процессы превращения органических веществ в почве

Поступившие в почву органические вещества отмерших растений и почвенной фауны подвергаются сложным биохимическим и физико-химическим превращениям. Большая часть органических остатков разлагается микрофлорой почвы до исходных веществ фотосинтеза: диоксида углерода, воды, аммиака, минеральных элементов. Этот процесс называют минерализацией. Процессу минерализации прежде всего подвергаются легкорастворимые, поддающиеся микробиологическому разрушению соединения: сахара, крахмал, белки, органические кислоты, пектиновые вещества, гемицеллюлоза и др. Оставшаяся часть труднорастворимых и не поддающихся разложению микрофлорой соединений подвергается длительным сложным превращениям в почве. Этот сложный процесс назвали гумификацией. Это понятие определяется как совокупность биохимических и физико-химических процессов, итогом которых является превращение органических веществ индивидуальной природы (лигнин, белки, смолы и др.) в специфические, более сложные гумусовые вещества.

Гумусовые вещества не являются химически индивидуальными соединениями, они представляют собой смесь различных по составу и свойствам высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений, объединенных общностью происхождения, некоторых свойств и строения.

Периферические фрагменты молекул гумусовых веществ обогащены различными функциональными группами, к наибо-^лсе важным из которых относятся карбоксильные (R—СООН); аминогруппы (R—NH₂); спиртовые и фенольные гидроксилы (R—ОН); карбонильные [R—C(0)H], (R—СО—R) и др. Наличие отих групп определяет многие химические свойства и взаимо-

действия гумусовых веществ между собой, с минеральными ве ществами почвы, удобрениями, пестицидами, другими химика тами и загрязнителями почвы.

Наличие карбоксильных групп объясняет кислотную прирс ду гумусовых веществ.

Окраска гумусовых веществ варьирует от темно-бурой, почт черной, до красновато-бурой и оранжевой. Содержание углерод! колеблется от 36 до 62 %, азота — от 2,5 до 5 %. Молекулярный массы колеблются от 700—800 до сотен тысяч.

Гумусовые вещества по растворимости делят на группы! фульвокислоты (ФК), гуминовые кислоты (ГК) и гумин.

Фульвокислоты — более растворимая группа гумусовых соединений, обладающих более выраженными кислотными свойствами. Содержат в своем составе 45—47 % углерода и примерно ^; столько же кислорода. Фульвокислоты имеют более светлую окраску по сравнению с другими группами, преобладают в почвах подзолистого типа, сероземах.

Гуминовые кислоты имеют высокие молекулярные массы, повышенное содержание углерода (до 62 %), больший, чем у ФК, pH. Преобладают в черноземах, каштановых почвах.

Гумин — неэкстрагируемая часть гумуса. Предполагается, что это соединения гумусовых веществ с глинистыми минералами, это растительные остатки, обогащенные устойчивыми компонентами (лигнином). По мнению микробиолога С. Ваксмана, масса гумуса представлена лигнинопротеиновым комплексом. Слово «гумус» произошло от латинского «humus» — почва, перегной.

5.6. Влияние факторов почвообразования на гумификацию и гумусное состояние почв

Процесс гумификации и накопление гумуса в почвах зависят от факторов почвообразования. Благоприятными условиями для образования гумуса и закрепления его в горизонтах почвы являются следующие: поступление в почву большого количества органических веществ, насыщенных основаниями и азотом; слабокислая или слабощелочная реакция; оптимальные водный, температурный и воздушный режимы; достаточное содержание карбонатов; умеренные окислительная среда и биологическая активность почвы.

Благоприятные условия для гумусообразования складываются в лесостепной и степной зонах под травянистой растительностью. Поэтому преобладающие в этих зонах черноземы содержат большой процент гумуса и имеют хорошо выраженный гумусовый Профиль.

Неблагоприятными условиями для гумусообразования и аккумуляции гумуса в почвенных горизонтах являются следующие: малое количество поступающих органических веществ с высоким содержанием в них трудноминерализуемых веществ (лигнина, смол, воска, дубильных веществ, целлюлозы); кислая или сильнощелочная среда; низкая степень насыщенности основаниями; низкие температуры; избыточная влажность; плохая аэрация и подавленная биологическая активность почвы.

Такие неблагоприятные условия создаются в таежной зоне под лесной растительностью. Органические вещества лесного опада бедны азотом и основаниями, содержат высокий процент трудно минерализуемых безазотистых веществ, которые разлагаются в основном грибами в условиях кислой среды, слабой биологической активности и недостаточной аэрации.

В таких условиях образуются преимущественно фульвокис-лоты и водорастворимые органические вещества, которые при промывном водном режиме вымываются в нижние горизонты почвенного профиля или в грунтовые воды.

В неблагоприятных условиях для минерализации органических веществ микроорганизмами в почвах накапливаются полуразложившиеся органические вещества. Например, при избыточном увлажнении в анаэробных условиях ослабляется интенсивность окислительных процессов, резко затормаживается разложение органических веществ, они до конца не минерализуются. Разложение в анаэробных условиях приводит к накоплению низкомолекулярных органических кислот (масляной, молочной, уксусной), которые подавляют деятельность гнилостных микроорганизмов. При таком разложении органических веществ в условиях анаэробиозиса накапливаются полуразложившиеся органические остатки в виде торфа, мощность которого может Достигать нескольких метров.

В сухой степи и полупустыне уменьшается продуктивность природной растительности, в почву поступает меньше органических остатков, ухудшается водный режим. Поэтому в почвах сухих степей и полупустынь уменьшается содержание гумуса и мощность гумусовых горизонтов.

В каждом типе почв содержание гумуса зависит от химичё! ского, гранулометрического и минералогического составов. На* пример, чем больше в почве физической глины, особенно илистой фракции, тем выше процент гумуса.

Сложившиеся географические сочетания факторов почвооб* разования определяют гумусное состояние природных почв.

Под гумусным состоянием почв понимают совокупность показателей, характеризующих запасы гумуса, его распределение по профилю почвы и качественный состав. Для оценки количества гумуса определяют его содержание в верхнем горизонте (в %), изменение по профилю почв и запасы в т/га. Качественный состав характеризуется следующими показателями: отношением содержания гуминовых кислот к фульвокислотам (С_гк/С_фк), содержанием отдельных групп гумуса, содержанием азота (в %).

По отношению С^/С^ различают следующие типы гумуса: гуматный (>1,5), фульватно-гуматный (1 — 1,5), гуматно-фульват-ный (1—0,5) и фульватный (<0,5).

5.7. Значение органического вещества почвы

Органическое вещество имеет большое значение в формировании свойств почв в ходе различных процессов трансформации, в перемещении и аккумуляции веществ, питании растений. Наличие в периферических фрагментах гумусовых веществ многочисленных функциональных групп обусловливает разнообразные взаимодействия их со всеми компонентами почв. Гумусовые вещества активно взаимодействуют с минеральными соединениями почвы, что способствует аккумуляции гумуса, макро- и микроэлементов минерального питания растений, приводит к образованию структурных агрегатов, органо-минеральных соединений.

Во-первых, это сорбция гумусовых веществ минеральными соединениями твердой фазы почвы. В процессе сорбции возможен ионный обмен, хемосорбция, образование различных комплексных соединений и поглощение органических веществ глинистыми минералами в межплоскостных пространствах кристаллической решетки.

Сорбционные процессы играют большую роль в образовании органо-минеральных соединений, формировании гумусово-ак-

мулятивных горизонтов, стабилизации гумусового профиля, образовании водопрочных структурных агрегатов.

При взаимодействии гумусовых кислот с поливалентными металлами (Al³ Fe²⁺, Zn²⁺ и др.) происходит соединение металла _с анионной частью молекул гумусовых кислот и неспособность его к реакциям ионного обмена. Такой тип взаимодействия имеет большое значение в закреплении загрязняющих почву элементов, снижении их поступления в растения.

При взаимодействии гумусовых кислот с ионами щелочных и щелочноземельных металлов, а также с ионами аммония образуются гуматы и фульваты щелочных металлов и аммония. Ионы этих металлов и аммония легко диссоциируют и обмениваются с другими катионами почвенного раствора. Гуматы кальция и магния плохо растворимы в воде и способствуют аккумуляции гумуса в почвах, насыщенных основаниями.

Органическое вещество почвы является источником питания для микроорганизмов и растений, в нем содержится почти весь почвенный азот и до 50 % фосфора. Образование водорастворимых органо-минеральных соединений, содержащих в своем составе необходимые для растений макро- и микроэлементы, имеет огромное значение в формировании режима питания растений в почвах.

Большое влияние органическое вещество оказывает на формирование физических и физико-механических свойств почв: плотность, пористость, липкость, связность, удельное сопротивление и др. Особенно велика роль гуминовых кислот в образовании водопрочных агрегатов.

Содержание и состав органического вещества определяют биологическую активность почвы, численность, состав и активность почвенных микроорганизмов, особенно при поступлении и почву свежих органических веществ, богатых азотом и зольными элементами.

Гумусовые вещества, прочно закрепленные минеральными соединениями (гумин, гуматы кальция, гуминово-глинистые комплексы), определяют физико-химические свойства почвы (емкость поглощения, буферность и др., санитарно-защитные функции и противоэрозионную устойчивость почвы.

Огромное и разностороннее значение органического вещества в формировании почвенного плодородия определяет необходимость постоянной заботы о регулировании содержания орга-

нического вещества и его воспроизводстве при сельскохозяйст^ венном использовании почв. ,

Воспроизводство органического вещества, повышение содержания гумуса и улучшение его качественного состава должно быть направлено на улучшение свойств и режимов конкретных почв в соответствии с требованиями выращиваемых культур. При| воспроизводстве гумуса необходимо добиваться бездефицитного! баланса его в почве, который принято выражать следующим! уравнением: J

Э" — вынос органического вещества в результате развития ветровой эрозии;

Эй — вынос органического вещества при водной эрозии;

Мр — вымывание растворимых форм органо-минеральных ’ соединений за пределы почвенного профиля, в грунтовые воды и включение их в геологический круговорот.

Главные статьи расходной части гумуса — это минерализация и потери от эрозии. Различные сельскохозяйственные культуры , по-разному влияют на содержание гумуса в почве. Культуры, которые поглощают большое количество элементов питания, осо- ; бенно азота, и требующие интенсивных обработок почвы, значительно снижают содержание стабильных форм гумуса. К таким ; культурам относятся овощные, кукуруза, картофель, подсолнечник, корнеплоды. Особенно резко это проявляется в почвах с низким содержанием легкодоступных для растений элементов питания. Поэтому при организации адаптивно-ландшафтного , земледелия нужно дифференцированно применять систему обра-

ботки почвы и удобрения для снижения потерь стабильных форм

гумуса.

Большое значение имеет создание благоприятных условий для гумификации и закрепления в почве вновь образующихся гумусовых веществ. Например, известкование кислых почв, гипсование засоленных почв.

Главная статья приходной части баланса — новообразования гумусовых веществ при гумификации растительных остатков в почве и вносимых органических удобрений. Меньше органических веществ остается в почве после льна, овощных и пропашных культур. Больше остается органического вещества, богатого азотом и зольными элементами, после многолетних трав, особенно бобовых и зерновых бобовых культур.

Большое значение имеют вносимые в почву органические удобрения: навоз, торф, зеленые растения (сидеральные культуры) и др. Дозы и периодичность их внесения зависят от конкретных условий и типов почв.

При генетическом подходе количественной оценки содержания гумуса в почвах выделяют следующие уровни в горизонте А или А_пах: очень высокий — >10 %; высокий — 10—6 %; средний — 6—4 %; низкий — 4—2 %; очень низкий — <2 %. Эти уровни основаны на сравнительной оценке содержания гумуса в верхнем горизонте почвы в результате природного почвообразовательного процесса.

5.8. Химический состав почв. Элементы питания растений

Минеральная часть почвы в значительной степени обуслов-^Лсна химическим составом почвообразующих горных пород и в большинстве почв составляет 80—90 % от их массы. Органиче-^Скис вещества накапливаются в почве в результате жизнедеятельности растительных и животных организмов. При взаимодействии минеральных и органических веществ в почвах формируется сложный комплекс органо-минеральных соединений.

Элементы питания растений находятся в составе минералов, °Рганических и органо-минеральных соединений твердой фазы, почвенных растворах и газообразной фазе. В составе почв найдены почти все известные химические элементы, которые погло-^ак)тся и растениями. Но для питания растений установлена не-

обходимость усвоения следующих элементов: С, Н, О, N, Р, S, | Са, Mg, Fe, Mn, Си, Na, Zn, Mo, В, Cl, Si, Co, J. Кроме трех (( H, О), их относят к минеральным элементам. В составе растени углерод составляет в среднем 45 %, кислород — 42, водород , 6,5, азот — 1,5 % от массы сухого вещества. В сумме они соста1 ляют в среднем до 95 % массы сухих растений, на долю остал! ных приходится 5 %, их называют зольными элементами, потоц что при сжигании растений они остаются в золе. j

Хотя химический состав почв и определяется составом гор ных пород литосферы, имеются большие различия в содержани] химических элементов (табл. 10). В почве больше углерода 20 раз, азота в 10 раз по сравнению с литосферой. Эти элементь усваиваются живыми организмами из атмосферы и накапливав ются в почве. Химический состав природных почв зависит от изменений продуктов выветривания при отложении и процессу почвообразования в конкретных условиях.

По содержанию щелочных и щелочноземельных оснований почвообразующие породы делят на засоленные, карбонатные и выщелоченные. В выщелоченных породах содержание окисей кальция, калия, магния, натрия в пределах 1—3 % каждого. Карбонатные породы содержат до 15—20% карбоната кальция (СаСО_э). В засоленных породах много сульфатов и хлоридов кальция, магния и натрия.

В зависимости от сочетания факторов почвообразования тип почвы приобретает характерную дифференциацию на горизонты

, определенным химическим составом. Например, в дерново-подзолистых почвах верхние горизонты обогащены кремнеземном, который трудно поддается разрушению и вымыванию, а окиси алюминия и железа в кислой среде более лабильны и вымываются в нижние горизонты почвенного профиля. Для всех почв характерно накопление органических веществ в верхних горизонтах и накопление в них важных элементов питания микроорганизмов и растений.

Запасы химических элементов питания растений в почвах значительны, они исчисляются для некоторых типов почв десятками и сотнями тонн на 1 га. Но большинство из них находятся в труднодоступной форме. Например, оксиды и гидроксиды железа, гидроксилапатит кальция, трехзамещенный фосфат кальция — Са₃(Р0₄)₂. Основная часть калия в почве входит в состав кристаллической решетки первичных и вторичных минералов в малодоступной для растений форме. Химические элементы, входящие в состав органических веществ почвы, становятся доступными для растений после минерализации. Азот и зольные элементы поглощаются растениями из почвенного раствора и твердой фазы почвы в основном в ионной форме (Са²⁺, К NH₄, Fe² NOj, NP0₄~, H₂P0₄ и др.). Элементы питания из почвенного раствора растения усваивают избирательно в процессе физико-химической адсорбции на поверхности корневой системы в зоне всасывания и в результате контактного обмена ионами с твердой фазой почвы.

Необходимое для жизни растений железо находится в почвах в составе первичных и вторичных минералов, в виде окисей и гидроокисей, простых солей, в поглощенном состоянии, в соста-^Вс органо-минеральных комплексов, и запасы его составляют ^сотни тонн на 1 га. Однако большая часть этого элемента находится в малодоступных для растений формах: оксиды железа ^^е20₃> природные смеси гидроокисей трехвалентного железа ^^с20₃ • яН₂0 и др. На почвах с нейтральной реакцией и щелочных ^с преобладанием окислительных процессов растения могут испытывать недостаток железа, и в них нарушается образование хлорофилла, листья желтеют и становятся белыми.

В сильнокислой среде (pH < 3) подвижность гидроокисей же-Дсза увеличивается, ионы железа Fe³⁺ появляются в почвенном ^Раств°ре. В условиях анаэробиозиса окисное железо превращает-^{Си в} закисное с образованием растворимых соединений — FeC0₃,

FeS0₄. Повышенная растворимость соединений железа становищ ся токсичной для растений. Гидроокиси железа образуют с орггц. ническими кислотами в почвах подвижные комплексные соедц^ нения, которые могут вымываться в нижние горизонты почвен^ ного профиля и в грунтовые воды. '

Азот в почвах содержится в основном в органическом веще^ стве. Чем больше в почве органических веществ, особенно гуму_т са, тем больше азота. В составе гумуса содержание азота от 2,5 до 5 %. Накопление азота в почве происходит в основном при биологическом усвоении его из атмосферы, в которой он составляет 78,08 %. В почвообразующих породах азот содержится в незначительных количествах.

Азот становится доступным для растений после минерализации органических веществ микроорганизмами. Интенсивность минерализации зависит от количества и состава органических веществ, водного режима, аэрации, температуры и реакции среды в почве.

Азот доступен растениям главным образом в минеральной форме: окисленной (NO3) и восстановленной (NH₄). Нитратный и аммонийный азот легко поглощается растениями.

Аммонийный азот накапливается в почве в результате жизнедеятельности аммонифицирующих микроорганизмов, которые разлагают органические остатки и гумус. Ион NH₄ фиксируется почвенно-поглощающим комплексом, частично находится в почвенном растворе.

Нитратный азот образуется в почве в результате окисления аммонийного азота двумя группами автотрофных бактерий. Бактерии группы Nitrosomonas окисляют аммонийный азот до азотистой кислоты, группа Nitrobakter — азотистую кислоту до азотной. Ион NOJ находится в основном в почвенном растворе, он мало адсорбируется твердой фазой почвы. В условиях промыв-^ ного водного режима нитратный азот вымывается из почвенного профиля в грунтовые воды.

Уровень возможной обеспеченности растений почвенным азотом в конкретных условиях определяют различными способами. Иногда такую оценку дают по легкогидролизуемому азоту, который может образоваться при минерализации легкоразлагаемой части органических веществ в почве (аминокислот, амидов) в начале вегетационного периода. Эта часть азота определяется в вытяжках из почвы слабыми кислотами (0,5_hH₂SO₄) по методу И. В. Тюрина и М. М. Кононовой. Для расчета доз азотных

удобрений и получения планируемого урожая сельскохозяйственных культур Г. П. Гамзиков (1981) предложил метод опреде-_лСния нитратного и аммонийного азота в пахотном горизонте _п0чвы перед посевом (табл. 11).

Эта шкала обеспеченности растений нитратным азотом (N—N0₃) рекомендована для дерново-подзолистых, серых лесных и черноземных почв; аммонийного азота — для серых лесных почв и черноземов; кислотно-гидролизуемого азота — для дерново-подзолистых почв.

Фосфор в почвах содержится в значительно меньшем количестве по сравнению с азотом и калием. Содержание валового фосфора (Р₂0₅) в почвах невелико — 0,05—0,30 % (от 1 до 5 т/га в пахотном горизонте 0—20 см). Пополнение запасов фосфора в почве биологическим путем не происходит.

Органические соединения фосфора в почвах представлены Фитином, нуклеиновыми кислотами, сахаро-фосфатами и др., минеральные — солями кальция, железа, алюминия, магния °Ртофосфорной кислоты. Фосфор входит в состав осадочных ^г°рных пород фосфоритов с содержанием Р₂0₅ — 5—34 %, минералов: апатита — ЗСа₃(Р0₄)₂ • Ca(F, Cl, ОН)₂ с примесью Мп,

Sr и др. с содержанием Р₂0₅ — 41—42 %; вивианита — ^^сз(Р0₄)₂ • 8Н₂0 с примесью Са, Mn, Mg.

Фосфор в почвах находится в труднодоступных для растений нормах. В почвах с сильно кислой реакцией фосфор находится в ровном в виде фосфатов железа и алюминия. В слабокислых, ^Игральных и щелочных почвах преобладают фосфаты кальция. ^асть Фосфора адсорбируется твердой фазой почвы, частично

находится в почвенном растворе в виде фосфат ионов (Н₂РС НРО4"), которые легко поглощаются растениями.

Содержание подвижного фосфора в кг/га в пахотном гор зонте почв определяют по формуле

?₂O_s = ad_vh_m%,

где а — количество подвижного фосфора Р₂0₅ в мг/100г, onperi ленного по методу Кирсанова или Ф. В. Чирикова; d_v — пла ность пахотного горизонта, г/см³; И_шх — мощность пахотного ] ризонта, см.

Для определения подвижных фосфатов в почве (непосредй венно усвояемого фосфора растениями) применяют различи^ методы извлечения в зависимости от типа почв и их свойств.

Для характеристики обеспеченности растений фосфором^ расчета норм фосфорных удобрений проведена группиров почв по количеству подвижного фосфора (табл. 12).

Для культур повышенного потребления и выноса фосфора из! почвы эта группировка несколько иная: для корнеплодов и кар-| тофеля третья группа будет считаться как с низким содержанием, а для культур большого выноса фосфора (овощные, чай, виноград) четвертая группа относится к низкому содержанию.

Для улучшения питания растений фосфором целесообразно применение фосфорных удобрений на всех типах почв. Наибо-

благоприятная реакция почвенного раствора для поглощения ^тениями ионов фосфатов слабокислая (pH = 6,0—6,5).

Р^аС к^алия в почвах значительно больше, чем азота и фосфора, месте взятых, — 1,5—2,5 % (до 50 т/га в пахотном горизонте). Основная часть калия в почвах входит в состав кристаллической решетки первичных и вторичных минералов в малодоступной для растений форме. Калий некоторых минералов может быть доступным для растений, например, из мусковита — КА1₂ [AlSi₃O_I0](OH)₂, биотита - K(Mg,Fe)₃[AlSi₃O_l0](OH,F)₂.

Калий, содержащийся в поглощенном состоянии и в форме простых солей в почве, легкодоступен для растений. Основным источником для растений является обменный калий. При поглощении обменного калия растениями происходит его пополнение за счет необменного из твердой фазы почвы.

Хотя валового калия (К₂0) в почвах много и растения редко испытывают недостаток в питании легкодоступным калием, все же внесение легкорастворимых солей калия в почву значительно повышает урожайность сельскохозяйственных культур.

Для характеристики уровня питания растений калием и расчета доз калийных удобрений разработана группировка почв по содержанию обменного калия (табл. 13).

^казанные ^в табл. 13 методы извлечения обменного калия ‘Рименимы для разных почв. Методы Кирсанова и И. Я. Масло-^и применимы для подзолистых, дерново-подзолистых, серых

лесных почв, метод Ф. В. Чирикова — для некарбонатных поч] а метод Б. П. Мачигина — для карбонатных черноземов, кашт! новых, бурых почв и сероземов.

Для культур повышенного выноса калия третья группа поч относится к низкому содержанию, для культур высокого вынос калия (картофель, корнеплоды, подсолнечник) с низким содер жанием считается четвертая группа почв. i

Некоторые минеральные элементы усваиваются растениям] в очень малых количествах, составляющих тысячные доли про! цента. Их объединяют в группу микроэлементов: бор (В), марта! нец (Мп), молибден (Мо), медь (Си), Цинк (Zn), кобальт (Со) йод (J), хлор (О), фтор (F) и др. !

Хотя эти элементы поглощаются растениями в малых коли* чествах, они играют важную роль в жизни растений, животных { человека, входят в состав ферментов, витаминов, гормонов, без которых не могут совершаться биохимические и физиологические процессы. Установлена зависимость урожайности растений и их качества от содержания микроэлементов в почвах. Недостач точное или избыточное содержание микроэлементов в кормах и| продуктах питания вызывает нарушения обмена веществ в орга4 низмах животных и человека, развитие различных заболеваний.

Например, йод входит в состав гормона щитовидной желе-' зы — тироксина, который влияет на процессы усвоения пита-1 тельных веществ, на функции нервной системы. Недостаток! йода вызывает заболевание щитовидной железы — зоб у челове-1 ка и животных. Недостаток меди в кормах приводит к наруше- ] нию координации движений у животных, избыток бора вызыва-J ет пневмонию у овец. ]

Специалисты по кормлению сельскохозяйственных живот- ] ных считают необходимым следующее содержание микроэле- j ментов в сухом веществе кормов: марганца — 50—60 мг/кг; ] меди — 8—10; цинка — 60—80; кобальта — 0,6—1,0; йода — ! 0,3—0,8 мг/кг. ?

Количество микроэлементов в почвах зависит от химическо- ? го состава почвообразующей породы и влияния почвообразова- ] тельного процесса на их перераспределение по профилю почвы.' При активном процессе накопления гумуса, например, в черноземах они накапливаются в верхних горизонтах профиля, при развитии элювиальных процессов в подзолистых почвах верхние горизонты обедняются микроэлементами.

Микроэлементы в почвах содержатся в кристаллической ре-_сТкс минералов в виде примесей, в форме солей и окисей, в составе органических веществ, в ионообменном состоянии и растворимой форме в почвенном растворе. На формы их соединений н почвах большое влияние оказывают окислительно-восстановительные процессы, реакция среды, концентрация С0₂ и содержание органического вещества. Например, в кислой среде увеличивается подвижность меди, цинка, марганца, кобальта, а подвижность молибдена уменьшается.

Количество микроэлементов в почве увеличивается при систематическом внесении минеральных макро- и микроудобрений и органических веществ. Их повышенное содержание возможно около рудных месторождений, в зоне деятельности вулканов, в результате техногенного загрязнения территории.

Для оценки обеспеченности растений микроэлементами проведена группировка почв по содержанию в них подвижных форм микроэлементов (табл. 14).

Группировка почв составлена для трех групп растени К первой группе культур относятся зерновые хлеба, кукуру картофель, зерновые бобовые. Ко второй — корнеплоды, овог многолетние травы, подсолнечник, плодовые. К третьей отн сятся культуры первой и второй групп, возделываемые с при» нением высоких доз минеральных удобрений и при орошении.

Самыми эффективными приемами регулирования режи питания растений в почвах являются внесение органических •* минеральных макро- и микроудобрений, регулирование реакц с помощью известкования кислых и гипсования щелочных поч применение рациональных приемов обработки почвы. Нужно только улучшать режим питания растений, но и регулировав факторы, ограничивающие рост и развитие растений. Необход^-мо формировать определенный комплекс свойств и режим почв, обеспечивающий получение максимально возможного уро жая в конкретных условиях. Такой комплекс называют модель плодородия.