Биологические показатели плодородия почв и их воспроизводство

 

С твердостью связана  такая важная технологическая характеристика почвы, как сопротивление почвы  при обработке. В оптимальном  интервале влажности сопротивление  ее при обработке прямо зависит  от твердости почвы.

 

Удельное сопротивление  почвы — усилие, затрачиваемое  на подрезание пласта, его оборот и  трение о рабочую поверхность. Характеризуется  сопротивлением почвы в кг, приходящемся на 1 см2 поперечного сечения пласта почвы, поднимаемого плугом. Удельным сопротивлением обусловливается величина силы тяги при вспашке почвы.

 

В зависимости от гранулометрического  состава, физических свойств, влажности и агрохозяйственного состояния удельное сопротивление для дерново-подзолистых пахотных почв Беларуси колеблется в пределах 0,2-0,7 кг/см2.

 

Удельное сопротивление  существенно изменяется в зависимости  от вида сельскохозяйственного угодья. При обработке целинных и старозалежных  земель оно возрастает на 40-50 % по сравнению со старопахотными почвами в пределах одного и того же типа и даже разновидности. На полях с пропашными культурами удельное сопротивление значительно меньше, чем под зерновыми и особенно под многолетними травами. Удельное сопротивление зависит также от структурного состояния почвы и засоренности посевов сорняками. Хорошо оструктуренные, чистые от сорняков почвы оказывают меньшее сопротивление при обработке, чем бесструктурные и засоренные сорняками, особенно корневищными.

 

2. Воспроизводство плодородия почв

 

Учение о плодородии почв и его воспроизводство – одна из теоретических основ научного земледелия.

С плодородием почвы  связывали пригодность почвы  для возделывания культурных растений и удовлетворение их потребностей в  земных факторах жизни. Удовлетворение потребностей растений в воде, воздухе  и питательных веществах осуществляется только через почву, а степень обеспечения их обусловлена почвенными свойствами и режимами. Таким образом, плодородие является объективным интегральным показателем, отражающим состояние почвенных процессов.

В современном земледелии под плодородием почвы следует понимать способность почвы служить культурным растениям средой обитания, источником и посредником в обеспечении земными факторами жизни и выполнять экологическую функцию. Плодородная почва должна соответствовать следующим требованиям:

обеспечивать оптимальные  условия водно-воздушного и теплового  режимов;

содержать достаточное  количество подвижных форм питательных веществ;

трансформировать питательные  вещества почвенных запасов и  вносимых извне и накапливать  их;

обладать сильновыраженным фитосанитарным эффектом, проявляющимся в устранении фитотоксичных веществ и микроорганизмов, фитопатогенов и установлении равновесия между полезной и вредной энтомофауной в межвегетационные периоды, быть относительно чистой от семян и вегетативных органов размножения сорных растений;

быть устойчивой к  различным факторам разрушения и  пригодной для применения современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Уровень плодородия одних и тех  же типов и разновидностей почвы  во многом зависит от их пространственного расположения в пределах ландшафта, характеризующегося рельефом, крутизной и экспозицией склонов, гидрологическим режимом, химическим составом почвообразующих пород и др.

Наряду с понятием «плодородие почвы» в агрономии  широко используют термин «окультуривание почвы». Под окультуриванием понимают улучшение природных свойств почвы посредством применения агромелиоративных мероприятий.

При земледельческом  использовании почвы ее плодородие снижается, поскольку для производства растениеводческой продукции расходуются органическое вещество и элементы минерального питания, ухудшаются условия водно-воздушного режима, фитосанитарное состояние, микробиологическая деятельность и т.д. Поэтому возникает необходимость управления плодородием почвы в интенсивном земледелии.

Воспроизводство плодородия почвы бывает простое и расширенное. Возвращение почвенного плодородия к исходному первоначальному состоянию означает простое воспроизводство. Создание почвенного плодородия выше исходного уровня – это расширенное воспроизводство плодородия. Простое воспроизводство применимо для почв с оптимальным уровнем плодородия. Расширенное воспроизводство реализуется для почв с низким естественным уровнем плодородия, не способным обеспечить достаточную эффективность факторов интенсификации земледелия. Расширенное воспроизводство плодородия дерново-подзолистых почв – обязательное условие расширенного воспроизводства продукции земледелия вообще.

Естественнонаучная основа теории воспроизводства плодородия почвы закон возврата – частное проявление всеобщего закона сохранения вещества и энергии.

 

1. Гранулометрический и минералогический составы.

Твердая фаза почвы представляет собой смесь механических элементов  трех видов: минеральных, органических и органо-минеральных. В минеральных почвах преобладают минеральные механические частицы разных форм и размера, разного химического и минералогического составов.

Относительное содержание в почве  механических элементов (фракций) называется гранулометрическим составом.

Механические частицы почвы больше 1мм в диаметре именуются скелетом почвы, частицы меньше 1мм – мелкоземом. Мелкозем подразделяют на физический песок (частицы больше 0,01мм) и физическую глину (частицы меньше 0,01мм).

В зависимости от содержания физического песка и физической глины, почвы бывают песчаными, супесчаными, суглинистыми (легкие, средние, тяжелые), глинистыми (легкие, средние, тяжелые), а в зависимости от величины сопротивления, оказываемого при обработке, почвы по гранулометрическому составу условно подразделяют на легкие (песчаные и супесчаные), средние (легко и среднесуглинистые) и тяжелые (тяжелосуглинистые и глинистые).

Плотность почвы уменьшается  по мере увеличения содержания физического песка в ее составе.

Наступление физической спелости почвы (способность почвы распадаться на мелкие комки, крошиться при определенной влажности) зависит от гранулометрического состава при прочих равных условиях. Почвы легкого гранулометрического состава поспевают раньше, чем тяжелого.

 

 

 

2.2 Структура  почвы. 

Это важный показатель физического состояния плодородной почвы. Она определяет благоприятное строение пахотного слоя почвы, ее водные, физико-механические и технологические свойства и водно-гидрологические константы.

Частицы твердой фазы, как правило, склеиваются в комочки (агрегаты). Способность почвы распадаться на агрегаты называют структурностью, а различные по величине и форме агрегаты – структурой. По классификации С.А.Захарова, по форме различают следующие типы структуры: глыбистую, комковатую, ореховатую, зернистую, столбчатую, призматическую, плитчатую, пластинчатую, листоватую, чешуйчатую.

Черноземы, например, в  естественном состоянии характеризуются  отчетливо выраженной зернистой  структурой, серые лесные почвы –  ореховатой. Хорошо окультуренные дерново-подзолистые почвы приобретают комковатую структуру, а неокультуренные подзолы отличаются плитчатой и листоватой.

В земледелии принята  следующая классификация структурных  агрегатов по величине: глыбистая  структура – комки более 10мм, макроструктура – от 0,25 до 10мм, микроструктура – менее 0,25мм.

С агрономической точки  зрения особый интерес представляет мелкокомковатая и зернистая структура с размером частиц примерно 0,25-10мм. Одновременно эта структура должна быть пористой, механически упругопрочной и водопрочной. Большое значение имеет механическое разделение почвенной массы на структурные отдельности (комки), которое в природных условиях происходит под воздействием корневых систем растений, жизнедеятельности биоты почвы, под влиянием периодических промораживания и оттаивания, увлажнения и высушивания почвы, а в обрабатываемых почвах и воздействия почвообрабатывающих орудий.

Влияние растительности на образование структуры различно, что обусловлено степенью развития корневой системы. Так, многолетние травы с мощной корневой системой оказывают большее влияние на процесс структурообразования, чем однолетние культуры.

При разложении корней образуются гумусовые вещества, обладающие высокой сорбционной и биологической активностью. Кроме того, в зоне расположения корней – ризосфере – формируются специфические сообщества микроорганизмов и почвенной фауны (дождевых червей, насекомых, землероек и др.), продукты метаболизма которых воздействуют на оструктуривание почвы. При этом биологические факторы оказывают не только количественное, но и качественное влияние на почвенную структуру.

Механические факторы  структурообразования особенно проявляются  в процессе обработки почвы. При работе почвообрабатывающих орудий наибольшее количество  макроагрегатов образуется в почве, находящейся в состоянии физической спелости (оптимальной влажности структурообразования).

Одним из показателей  строения пахотного слоя может быть плотность почвы – отношение массы к объему почвы ненарушенного сложения. При оптимальной плотности почвы складываются наиболее благоприятные условия для роста растений. В естественных условиях под действием сил уплотнения и разрыхления в почве наступает равновесное состояние между твердой фазой и пористостью, называемое равновесной плотностью.

Параметры оценки структурного состояния почвы, по С.И.Долгову и П.У.Бахтину, следующие: отличная структура – более 70% водопрочных макроагрегатов, хорошая – 70-55, удовлетворительная – 55-40, неудовлетворительная – 40-20, плохая – менее 20%.

Основными направлениями  воспроизводства структуры почвы в земледелии являются:

1. Обогащение почвы органическим веществом как основным источником образования гумуса и энергии для микроорганизмов. Этого достигают применением органических удобрений (навоз, торф, компосты, птичий помет, солома, сидераты, сапропель), посевом многолетних трав (травосеяние), которые оставляют после себя большое количество растительных и корневых остатков. Минеральные удобрения, повышая урожайность культур, оказывают косвенное влияние на поступление в почву органического вещества за счет увеличения массы растительных и корневых остатков.
2. Пополнение почвенных запасов кальция и магния как основных элементов структурообразования с помощью проведения известкования кислых и гипсования засоленных почв.
3. Сокращение числа проходов сельскохозяйственной техники по полям, особенно тяжеловесной, путем использования ресурсосберегающих технологий выращивания растений.
4. Защита почвы от водной эрозии и дефляции с помощью регулирования стока воды и скорости ветра в приземном слое.
5. Создание наиболее благоприятных условий для окислительно-восстановительных процессов в почвах избыточного и недостаточного увлажнения путем проведения водных мелиораций – осушения и орошения.
6. Создание прочной структуры верхнего слоя почвы с помощью внесения на его поверхность искусственных, экологически безопасных структурообразователей.

Мощность пахотного  слоя. Мощность обрабатываемого слоя почвы, его объем, в котором развивается корневая система растений, играют важную роль в интенсивном земледелии. В пахотном слое сосредоточены запасы основных элементов питания, воды и воздуха. Кроме того, в современном земледелии  возросло значение пахотного слоя как посредника в системе почва – растение, так как верхний слой почвы воспринимает дополнительные количества питательных веществ, вносимых с органическими и минеральными удобрениями, химических мелиорантов, пестицидов, искусственных структурообразователей. Все эти вещества должны быть преобразованы в легкоусвояемые или безвредные для растений формы.

Глубокий пахотный слой обеспечивает более благоприятные  водно-воздушный и тепловой режимы почвы. Осадки, поливная вода быстро поглощаются почвой, накапливаются в ней и затем потребляются растениями по мере их роста и развития. Глубокий пахотный слой почвы может обеспечивать растения влагой и воздухом как при недостатке, так и при избытке выпадающих осадков. Лучшие условия увлажнения создают благоприятный питательный режим почвы, обусловленный, в свою очередь, нормально протекающими процессами разрушения – синтеза органического вещества. Глубокий пахотный слой способствует благоприятной минерализации органического вещества при одновременной эффективности его гумификации и при благоприятном качественном состоянии.

Наиболее благоприятная  мощность пахотного слоя для большинства  почв составляет 27-30 см. Однако, такую  глубину обрабатываемого слоя имеют  не все почвы. Основной ограничивающий фактор создания мощного пахотного слоя – мощность гумусового горизонта.

Агрофизические показатели плодородия важны не сами по себе, а  как основа создания оптимальных условий водно-воздушного, теплового и питательного режимов для роста и развития растений.

Кроме того, важнейшей  особенностью этих показателей плодородия, за исключением гранулометрического  и минералогического составов, является их динамичность в течение вегетационного периода, что затрудняет их своевременное воспроизводство.

Органическое вещество почвы образуется из отмерших остатков растений, микроорганизмов, почвенных животных и продуктов жизнедеятельности. Первичное органическое вещество, поступившее в почву, подвергается сложным превращениям, включающим процессы разложения, вторичного синтеза в форме микробной плазмы и гумификации. Сочетание названных процессов приводит к образованию сложной смеси органических веществ: 1) малоразложившихся растительных и животных остатков с сохранившейся первоначальной структурой; 2) промежуточных продуктов разложения (например, протеиды, аминокислоты, поли- и монофенолы, моносахариды и др.); 3) гумусовых веществ, образовавшихся путем микробного синтеза или остаточного происхождения; 4)  растворимых органических соединений, которые минерализуются до простых минеральных соединений (Н₂О, СО₂, NО₃ и др.) или участвуют в синтезе гумусовых веществ.