Состав почвы.
Почва является средой и основным условием развития растений. В почве растения укореняются и из нее черпают все необходимые для жизнедеятельности питательные вещества и воду. Под понятием почва подразумевается самый верхний слой твердой земной коры, пригодный для обработки и выращивания растений, который в свою очередь состоит из достаточно тонких увлажняемого и гумусного слоев.
Увлажняемый слой темного цвета, имеет незначительную толщину в несколько сантиметров, содержит наибольшее число почвенных организмов, в нем идет бурная биологическая деятельность. Гумусный слой толще; если его толщина достигает 30 см, можно говорить об очень плодородной почве, в нем обитают многочисленные живые организмы, перерабатывающие растительные и органические остатки на минеральные составляющие, в результате чего они растворяются грунтовыми водами и всасываются корнями растений. Ниже располагаются минеральный слой и материнские породы.
Минеральный слой, или подпочвенный горизонт, обладает ограниченной биологической активностью, в нем действует меньше живых почвенных организмов, но содержится огромное количество питательных минеральных веществ. Минеральные вещества перерабатываются почвенными организмами и приобретают форму, доступную для усвоения растениями. Слой материнских горных пород биологически мало активен, какие-либо органические процессы в нем весьма ограничены, породы подвержены медленному вымыванию и выветриванию.
Почва состоит из различных твердых частиц, воздуха и воды. Чем больше пространство между частицами, тем более проницаемой для воздуха и воды является почва. Твердые частицы, по сути, и являются основной почвенной массой и могут быть органического и неорганического происхождения. Твердые частицы почвы неорганического происхождения это песок, каменистые остатки и глина. Глинистые частицы в оптимальном количестве очень важны для качества почвы, они обладают способностью связывать почву, создавая более крупные комковатые образования, и удерживать воду с растворенными в ней питательными веществами.
Органическая часть почвы состоит из гумуса, или перегноя, и так называемой фауны почвы. Перегной, что следует из названия этой субстанции, образуется в результате разложения органических и растительных остатков бактериями и другими почвенными организмами. Сам этот процесс является основой жизни почвы и, значит, укорененных в ней растений, так как только живые почвенные организмы способны в процессе жизнедеятельности переработать органические остатки в доступную и пригодную для потребления растениями форму.
Процесс разложения органических веществ в почве называется гумификацией, и конечным его результатом становится такой продукт, как гумус, который и определяет степень плодородности почвы. В упрощенном виде данный процесс можно описать следующим образом: почвенные бактерии и другие организмы разлагают растительные и органические остатки, в результате чего высвобождаются минеральные соединения, жизненно важные для развития растений. Важно, чтобы процесс разложения происходил при достаточном доступе кислорода, иначе он приобретет форму гниения.
По степени содержания гумуса (перегноя) почвы подразделяются на бедно или незначительно гумусные (1% гумуса и меньше), умеренно гумусные ( до 2% гумуса), среднегумусные (2-3%) и, наконец, гумусные, содержащие более 3% перегноя. Благоприятными для разведения любых сельскохозяйственных культур считаются почвы, содержащие не менее 3-5% гумуса
- Увлажняемый слой почвы, скрепленный корнями растений, его толщина составляет не более нескольких сантиметров.
- Гумусный слой, являющийся основой плодородия почвы, толщиной 10-30 см.
- Подпочвенный слой характеризуется понижен- ной активностью биологической жизни.
- Материнские горные породы.
«Гумус» — наиболее ценная органическая и биологически активная часть почвы. Для растений гумус является основным источником питательных веществ, которые, растворяясь в воде, поступают в растение через корни и насыщают его, прежде всего азотом. Гумус образуется как результат процессов гумификации продуктов разложения органических остатков, осуществляемого почвенными бактериями и другими микроорганизмами.
Питательные вещества в гумусе переработаны таким образом, что становятся доступными для всасывающих корней растений, а значит, могут быть целиком усвоены растением. Кроме того, находясь в связанном состоянии, они не вымываются из почвы. Высокое содержание гумуса в почве означает богатые резервы азота, крайне необходимого для жизни растений. Гумус оказывает стабилизирующее влияние на все реакции и процессы в почве, в том числе на процессы кислородного и водного обмена.
Гумус связывает твердые частицы почвы, превращая их в рассыпчатые комочки с порами, создает оптимальную рыхлую структуру почвы, что в значительной степени повышает ее способность к поглощению и задержанию влаги, а также оказывает решающее воздействие на воздухопроницаемость почвы. Гумус обладает темно-коричневым до черного цветом, что придает ему способность аккумулировать и сохранять тепло. Гумусные почвы значительно быстрее прогреваются.
Гумус называют иммунной системой почвы, так как благодаря его действию сохраняется и улучшается структура почвы, поддерживаются ее основные функции и обеспечивается здоровье почвенной среды, гумус активизирует естественную сопротивляемость растений заболеваниям и вредителям, предотвращает массовое развитие болезнетворных организмов. Благодаря оптимальному балансу гумуса в почве поддерживаются и улучшаются ее фильтрующие и связывающие способности. Питательные вещества удерживаются в органическом поверхностном слое почвы с развитой корневой системой, вредные вещества распадаются или в составе коллоидов дезактивируются и не представляют опасности для почвенной фауны и растений.
Внесение неоправданно высоких доз различных минеральных удобрений и нерациональное ведение хозяйства отражается на биологическом состоянии гумуса, которое является главным критерием его ценности. Из этого следует, что количественная оценка содержания гумуса в почве еще не является показателем ее плодородия. Существенным при оценке гумуса является его биогенное состояние или показатель собственно гумуса. В почвах с относительно высоким содержанием гумуса в результате многолетней неправильной обработки может наблюдаться очень низкое биогенное состояние гумуса, поэтому только абсолютное содержание гумуса совместно с его биологической ценностью могут представить истинную картину баланса гумуса в почве.
В ажной составляющей почвы является почвенная вода, заполняющая пространства между твердыми частицами. В ней в растворенном виде содержатся питательные вещества почвы, так что, по сути, это уже не вода в чистом виде, а некий почвенный раствор. Вода поступает в почву посредством осадков, из воздуха, в незначительной степени в результате подпитки грунтовыми водами или путем целенаправленного полива. Снабжение почвы водой является основным условием развития всех жизненных процессов в ней. Пространства, или поры, между твердыми частицами почвы заполняются водой и вследствие действия капилляров служат проводниками воды до корней растений, а также выполняют роль дренажа, препятствующего процессам избыточного накопления и застоя воды.
Способность различных видов почв впитывать и сохранять влагу не одинакова. Лучше всего впитывают влагу песчаные почвы, где пространство между почвенными частицами является наибольшим, но они вследствие этого же фактора не способны удержать ее. Глинистые почвы из-за своей плотной структуры и незначительных пространств между твердыми частицами хуже впитывают воду и плохо избавляются от ее избытка, вследствие невозможности образования капилляров в слипшейся массе почвы. Глинистые почвы наиболее подвержены застойным процессам. Идеальным вариантом являются гумусные почвы, которые обладают сбалансированной структурой с оптимальным соотношением твердых частиц и пространства между ними, они хорошо впитывают влагу, удерживают ее внутри и через систему капилляров поставляют корням растений.
Почвенная влага, кроме того, играет роль регулятора температуры почвы и поддерживает температурный баланс. Чем больше увлажнена почва, тем медленнее она нагревается и медленнее охлаждается. В этом сказывается компенсирующее влияние воды. Почвенный воздух также содержится в полостях между твердыми частицами почвы и определяет степень жизнеспособности определенной почвенной среды. Почвенный воздух содержит больше углекислого газа, чем атмосферный, что объясняется спецификой жизнедеятельности корней растений, которые для дыхания используют кислород и вырабатывают углекислый газ. В результате наличия продуктов обмена доля углекислого газа в почвенном воздухе возрастает. Воздух необходим почве, чтобы обеспечить дыхание корневой системы растений и почвенных организмов.
Недостаток кислорода в почве сдерживает рост корневой системы, отрицательно влияет на поглощение растениями почвенной влаги и на усвоение ими питательных веществ, растворенных в воде. Поэтому даже в почве с достаточной степенью увлажнения рост растений может быть подавлен вследствие недостатка почвенного воздуха и затрудненного в этой связи усвоения питательных веществ. Почвенный воздух содержит около 90% водяных паров, поэтому в жаркую погоду снижается содержание водяных паров в почвенном воздухе и температура почвы начинает приближаться к температуре атмосферного воздуха. Вследствие этого в засуху растения испытывают экстремальную нехватку влаги.
Структура почвы.
Такая основополагающая характеристика почвы, как структура, зависит, прежде всего, от ее состава и содержания в ней перегноя, что в свою очередь определяет степень активности почвенной фауны, способность почвы поглощать, удерживать влагу и образовывать сильную капиллярную систему, доставляющую воду из нижних слоев почвы к верхним, ее теплообмен и воздухопроницаемость.
Под структурой почвы понимается пространственное упорядочивание твердых почвенных частиц и пространств между ними — пор. В идеале почва должна состоять на 50 из твердых частиц почвенного материала и на 50 из закрытых или сетеобразных пустот, заполненных воздухом и водой. Большая часть почвенной массы состоит из минеральных частиц, до 10 почвенного состава приходится на органические субстанции, такие, как гумус и обитающие в его среде многочисленные почвенные организмы, оставшаяся часть приходится на каверны между твердыми частицами почвы, заполненные почвенной влагой и воздухом.
Принятая классификация типов почв основана на процентном содержании в них минеральных и органических частей. Так, песок, являющийся основой песчаных почв и в значительной мере входящий в состав суглинистых почв, образован из зерен величиной от 0,05 до 2 мм. Такая достаточно крупная структура почвенных твердых частиц обусловливает образование обширных пространств между ними и определяет такие качества почв, как высокая воздухо- и водопроницаемость и быстрая прогреваемость.
Глинистые частицы, напротив, не превышают по величине 0,003 мм и заполняют собой все физическое пространство почвы, образуя очень плотную структуру с небольшим количеством пустых пространств. Поэтому глинистые почвы характеризуются низкой воздухо- и водопроницаемостью, медленной прогреваемостью, а также тенденцией к возникновению застойных процессов.
Плотная, или монолитная, структура почвы, которой отличаются тяжелые почвы с повышенным содержанием глинистых частиц, не очень благоприятна для растений. Она плохо пропускает воду и воздух, препятствует росту и свободному размещению корней. Из-за недостаточного воздухо- и водоснабжения такой почвы в ней ограничена биологическая активность микроорганизмов, а значит, снижен уровень содержания продуктов их жизнедеятельности и питательных веществ. Особенно сильно слитная структура почвы проявляется после попадания на нее влаги, когда растворившиеся глинистые частицы заполняют собой все пространство, образуя так называемый бетонный грунт.
Песчаная, или, что еще хуже, пылевидная, структура почвы также неблагоприятна для растений. Из-за своей чрезмерной сыпучести твердые почвенные частицы не образуют комков, вода быстро поглощается и не удерживается почвой, уходя в нижние слои и не задерживаясь в почвенном слое. Вода уносит с собой растворенные питательные вещества, которые растения просто не успевают усваивать и потому страдают от недостатка воды и питательных веществ. Растения плохо укореняются в таких почвах, ибо корневая система не удерживается в рыхлой структуре. Песчаные и пылевидные почвы быстро прогреваются и быстро остывают, так как отсутствует влага, способная регулировать температурный режим и поддерживать температурный баланс почвы.
Метод фитоиндикации почвы.
Преобладание определенной растительности на тех или иных участках позволяет делать выводы о структуре, состоянии почвы и ее свойствах. Таким образом, проанализировав растительность на участке почвы, можно приблизительно определить, с каким типом почвы мы имеем дело. Если растительный покров на участке почвы редкий, это свидетельствует о невысоком природном плодородии. Высокая густая растительность, состоящая из крепких здоровых и внешне сильных растений, говорит о хорошем состоянии почвы, насыщенности ее питательными веществами. Преобладание в растительном покрове влаголюбивых растений свидетельствует о близком залегании грунтовых вод.
Почвы с высоким содержанием азота — крапива двудомная, осот, мята, крестовик обыкновенный. Почвы с низким содержанием азота — клевер полевой, лядвенец, ясколка, льнянка. Истощенные почвы — ромашка аптечная, пастушья сумка. Уплотненные почвы — Подорожник большой, лапчатка гусиная, лисохвост. Перегнойные почвы — звездчатка средняя, вероника полевая, яснотка пурпурная, одуванчик лекарственный, поповник. Переувлажненные и заболоченные почвы — влаголюбивая растительность, осока, хвощ, пикульник, щучка, камыш.
Наиболее благоприятной для всех видов растений является мелкокомковатая, или зернистая структура почвы, когда отдельные твердые почвенные частицы образуют комки диаметром до 8-10 мм. В силу наличия достаточных пространств между отдельными комками такая почва характеризуется хорошей водопроницаемостью, способностью усваивать, накапливать влагу, формировать сильную капиллярную систему, подающую влагу к всасывающим корням растений, а также отличной воздухопроницаемостью и быстрой прогреваемостью солнечными лучами. Рыхлая рассыпчатая структура почвы зависит от глинисто-гумусного сочетания ее различных составных частей, которые возникают в результате жизнедеятельности многочисленных почвенных организмов, смешивания минеральных и органических частей почвы и «склеивания» их в процессе усвоения микроорганизмами, бактериями и другими представителями биологической среды почвы.
В конечном счете целью любого процесса обработки является достижение рыхлой структуры почвы при сохранении ее комплексного состава. Важным механическим показателем состояния почвы является ее плотность, которая просто определяется опытным путем при любых формах механической обработки. Повышенной плотностью характеризуются некоторые типы солонцовых почв, их практически невозможно копать лопатой, необходимы инструменты, разбивающие их структуру, такие, как лом, кирка, заступ. Плотные почвы трудно обрабатывать, для вскапывания лопатой и разбивания пластов и комьев необходимо значительное усилие.
Плотными обычно бывают глинистые почвы и более низкие горизонты суглинистых почв. Рыхлые почвы характеризуются легкостью для обработки, вскапываются лопатой с минимальным усилием, выбранные пласты земли сами рассыпаются на комки и более мелкие структурные комочки. Такой плотностью обычно обладают гумусные и хорошо возделанные почвы. Сыпучие почвы представляют определенную трудность для обработки, так как при выкапывании ямы или траншеи осыпаются края и стенки, возникает бесформенность. Такая рассыпчатая масса почвы характерна для супесчаных почв. От структуры почвы зависит такая важная ее характеристика, как почвенная сорбция.
Свыше 80 выпадающих атмосферных осадков попадает при инфильтрации в почву, чтобы усваивать эти огромные естественные количества воды, почва должна в полном объеме выполнять фильтрующие и водоаккумулирующие функции, то есть обладать хорошей сорбцией. Под почвенной сорбцией понимают способность почвы поглощать влагу из окружающей среды, накапливать и удерживать ее, а также задерживать и связывать питательные вещества, микроэлементы, соли и другие субстанции в своем составе. В данном случае можно говорить о физически и биологически связанных веществах.
От сорбции почвы зависит и такая ее характеристика, как влаговместимость. Степень влаговместимости показывает, какое количество осадков может быть поглощено, усвоено и позже использовано почвой, а какое окажется избыточным. Избыточное количество осадков, не усвоенное почвой, стекает по ее поверхности и подвергает эрозии пахотный слой. Таким образом, от влаговместимости зависит долговечность целостности почвенного покрова. Наилучшей сорбционной способностью и влаговместимостыо характеризуются почвы с достаточно рыхлой пористой зернисто-комковатой структурой, способные удерживать растворяемые водой питательные вещества и преобразовывать их в процессе полноценного обмена веществ в приемлемую для усвоения растениями форму. Песчаные почвы не отличаются хорошей сорбцией, и ценные питательные вещества вымываются, уходя вместе с водой в недоступные для корней растений глубинные слои почвы. В глинистых почвах, напротив, любое перемещение накопленной влаги с растворенными в ней питательными веществами крайне ограниченно, поэтому питание растений и процесс обмена веществ затруднены.
К корням растений влага поступает в результате процесса, обратного инфильтрации или впитыванию влаги. В ходе этого процесса вода из толщи почвы движется в направлении к поверхности по системе тонких волосяных сосудов — капилляров, а сам процесс носит название капиллярного подъема воды. Поднимаясь к верхним слоям почвы, влага поступает в распоряжение корневой системы растений, а частично испаряется с поверхности почвы. Капиллярность почвы также зависит от ее структуры. На песчаных почвах капиллярный подъем через горизонт грунтовых вод сначала идет быстро, но достигает лишь небольшой высоты по сравнению с глинистыми почвами с медленным процессом и более высоким подъемом.
Важной характеристикой почвы является ее способность поглощать солнечное тепло. От этого зависит тепловой режим почвы в целом, что влияет на развитие растений, которое происходит в определенных условиях температурного режима. Изменения температурного режима почвы в сторону повышения или понижения могут отрицательно сказаться на прорастании семян и последующем развитии растений.
На способность почвы поглощать тепло влияет целый ряд факторов:
- структурный состав почвы: чем больше в почве крупных частиц (песка), тем быстрее она нагревается и меньше тепла требует для достижения определенного температурного показателя;
- цвет почвы: темные почвы лучше аккумулируют тепло, так как темная поверхность быстрее нагревается, весной темные почвы быстрее оттаивают;
- уровень содержания влаги в почве: сухие почвы нагреваются значительно быстрее, чем влажные, степень прогревания почвы вглубь также выше;
- степень насыщенности почвы гумусом и другими органическими субстанциями: гумусные почвы прогреваются лучше и быстрее за счет темного цвета, рыхлой пористой структуры, обеспечивающей теплопроводность, и оптимального содержания влаги в составе почвы.
Следует помнить, что структуру почв можно в значительной степени корректировать, изменять и, порой, кардинально улучшать.