Агрегатный (структурный) анализ и определение водопрочности почвенных агрегатов по методу н.Н. Никольского
Целью агрегатного анализа является установление относительного содержания в почве не частиц, а их агрегатов. Поэтому при проведении агрегатного анализа почву нельзя растирать и даже сильно встряхивать во избежание нарушения почвенных агрегатов. Разделение агрегатов производится при помощи стандартного набора сит .
1. Почвенный образец с ненарушенной структурой в воздушно-сухом состоянии осторожно рассыпают на листе бумаги и двукратно квартуют.
2. Навеску в 200 г. надо последовательно просеивать через каждое сито стандартного набора. При этом сито ставят наклонно и осторожно постукивают по краю.
3. Оставшийся на сите материал взвешивают, переносят в фарфоровую чашку или стакан и накрывают бумагой, на которой написаны номер образца и фракция.
4. Почвенную массу, пропущенную через первое сито на лист бумаги, переносят на второе сито и просеивают, как указано в п. 2. Операцию повторяют с каждым ситом, вплоть до сита с отверстиями диаметром 0,25 мм.
5. Полученные массы фракций надо пересчитать на 100% от массы взятой навески. В результате расчетов получаем представление о содержании агрегатов разной величины в почве.
6. Из каждой фракции отбирают 10 агрегатов (для удобства подсчета в процентах) и помещают в фарфоровую чашку большого диаметра. Агрегаты распределяют по дну чашки на одинаковом расстоянии друг от друга.
7. В чашку наливают водопроводную воду так, чтоб она покрыла агрегаты слоем около 2 см, после чего чашку оставляют в покое на 20 мин.
8. По истечении 20 мин. каждый агрегат стеклянной палочкой осторожно передвигают. При этом подсчитывают число сохранившихся и разрушившихся агрегатов.
Гранулометрический состав влияет на водный, воздушный, тепловой и питательный режимы почв. Специалисты сельского хозяйства учитывают гранулометрический состав почв при размещении культур на полях севооборота, применении удобрений и других агротехнических приемов.
По отношению к обработке почвы подразделяют на легкие и тяжелые.
К легким относят песчаные и супесчаные почвы. Их легко обрабатывать, на вспашку требуется меньше затрат горючего. Весной эти почвы быстрее прогреваются и достигают физической спелости, то есть оптимального срока начала полевых работ. Отрицательными свойствами этих почв являются низкая влагоемкость и низкое содержание элементов питания. Поэтому легкие почвы считают бедными и сухими. Однако в северных областях, где короткое лето и недостаток тепла, эти почвы ценятся за способность быстрее прогреваться. Здесь можно раньше проводить посев сельскохозяйственных культур и, таким образом, увеличивать продолжительность вегетационного периода.
Песчаные и супесчаные почвы имеют крупные воздушные поры, поэтому в них быстро минерализуются органические удобрения. Самой эффективной мерой по повышению плодородия легких почв является возделывание на них люпина или сераделлы для запахивания, в качестве зеленого удобрения. При этом в почвах повышается содержание гумуса, азота, улучшается структура, увеличивается влагоемкость и поглотительная способность почв. Для улучшения свойств песчаных почв применяют также глинование.
В южных районах легкие почвы (песчаные и супесчаные) подвергаются ветровой эрозии.
Глинистые и тяжелосуглинистые почвы относят к тяжелым. Они характеризуются рядом отрицательных водно-физических свойств. Во влажном состоянии эти почвы вязкие, липкие, при высыхании они становятся твердыми, их тяжело обрабатывать. Однако эти почвы наиболее богаты элементами питания и имеют высокую поглотительную способность. Для повышения плодородия почв тяжелого гранулометрического состава необходимо прежде всего улучшить их водно-физические свойства. Это достигается путем систематического внесения органических удобрений, которые создают структуру и рыхлость этих почв.
Среднесуглинистые и легкосуглинистые почвы обладают наиболее благоприятными свойствами для возделывания сельскохозяйственных культур.
Вместе с тем следует учитывать, что в различных климатических условиях почвы одного и того же гранулометрического состава могут быть как благоприятными, так и неблагоприятными для возделывания растений. Об этом говорилось выше в отношении легких и теплых почв. Что касается тяжелых почв, то при условии их оструктуривания в районах засушливого климата они более благоприятны.
Кроме того, различные сельскохозяйственные культуры неодинаково относятся к гранулометрическому составу почв. Так, люпин, сераделла, сорго, картофель, кукуруза, гречиха, просо предпочитают легкие почвы. Пшеница, ячмень, свекла, капуста дают устойчивые урожаи на среднесуглинистых почвах, а овес — даже на тяжелосуглинистых и глинистых.
Знание гранулометрического состава почв позволяет определять оптимальные сроки сельскохозяйственных работ, нормы и сроки внесения удобрений и весь комплекс работ по наиболее рациональному использованию и охране почв. Землеустроители, агрономы и другие специалисты учитывают пестроту почвенного покрова по гранулометрическому составу, который указывают на почвенных картах в полном названии почв.
Гранулометрический состав почв определяют с помощью полевых и лабораторных методов. Перед лабораторным анализом проводят подготовку образца, которая заключается в полном разделении почвы на элементарные частицы. Для этого почву растирают, обрабатывают кислотой (для удаления карбонатов) и щелочами, а затем кипятят. Подготовленную суспензию переносят в мерный цилиндр для отбора фракций.
Лабораторные методы основаны на различной скорости осаждения фракций разного размера в стоячей воде. Скорость осаждения частиц пропорциональна их радиусу в квадрате.
Сущность пипеточного метода заключается в том, что с помощью специальной пипетки с определенной глубины взмученной суспензии через определенное время берут пробы по 20...25 см3. Пробы выпаривают в заранее взвешенных стаканчиках или чашках, высушивают и взвешивают. По массе фракций в каждой пробе рассчитывают гранулометрический состав почвы. При этом учитывают содержание таких цементирующих веществ, как карбонаты кальция. Почва, в которой содержится значительное количество карбонатов, обладает низкой водопроницаемостью, большой сопротивляемостью почвообрабатывающим орудиям и является тяжелой. Если же такую почву промыть кислотой (чтобы удалить карбонаты), то в результате анализа мы получим данные, указывающие на высокую водопроницаемость и легкую податливость обработке, то есть эта почва будет иметь совершенно иные свойства, чем природная.
Полевые методы определения гранулометрического состава основаны на способности почв во влажном состоянии раскатываться в шнур и возможности последнего свертываться в кольцо без трещин или с трещинами. Существуют органолептические способы, основанные на ощущении песка и глины при растирании почвы на ладони. Эти навыки приобретают на практических занятиях, для чего используют таблицы органолептических признаков гранулометрического состава почвы.
Значение почвы как основного средства сельскохозяйственного производства определяется ее основным свойством — плодородием.
Под плодородием понимают способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, воздухе и тепле для нормального роста и развития.
В предыдущих главах были рассмотрены свойства, определяющие уровень плодородия почвы. Все эти свойства можно объединить в четыре группы.
1. Химический состав и физико-химические свойства: высокое содержание гумуса и доступных для растений форм азота, фосфора, калия и других питательных элементов, наличие микроэлементов, близкая к нейтральной реакция среды, насыщенность ППК преимущественно кальцием, низкое содержание поглощенного водорода, отсутствие поглощенного натрия и избытка легкорастворимых солей.
2. Физические свойства: агрономически ценная водопрочная зернистая или комковатая структура, высокая пористость, обеспечивающая аэрацию, хорошая впитывающая и водоудерживающая способность и др.
3. Благоприятный гидротермический режим, обеспечивающий теплом и влагой оптимальное развитие растений в течение всего вегетационного периода. Тепловые условия характеризуются суммой температур выше 10 °С в слое почвы 0...20 см, длительностью вегетационного периода (выше 10 °С) на той же глубине, а также длительностью и глубиной промерзания почв. Наиболее благоприятный водно-воздушный режим создается при оптимальном содержании влаги (около 60 % ПВ) и кислорода (12...25 %) в составе почвенного воздуха.
4. Биологические свойства: высокий уровень микробиологической активности различных групп микроорганизмов, обусловливающих процессы гумификации и мобилизации элементов питания растений в доступной для них форме.
Виды плодородия. Различают следующие виды плодородия: естественное (природное), искусственное, эффективное (экономическое), потенциальное.
Естественное плодородие формируется в результате протекания природного почвообразовательного процесса, не осложненного вмешательством человека. Оно характерно для целинных почв и определяется биологической продуктивностью, то есть количеством растительной массы, создаваемой за год на единицу площади. Искусственное плодородие создается в результате обработки, применения удобрений, мелиорации и других приемов по окультуриванию почв. Однако окультуренная почва наряду с искусственным всегда обладает и естественным плодородием, обусловленным природными свойствами почвы. Чем выше культура земледелия, тем больше изменились первоначальные качества почв и тем сильнее выражено в ней искусственное плодородие. Однако определить, какая часть плодородия окультуренной почвы относится к ее естественному плодородию, а какая к искусственному, невозможно. Эти два вида плодородия неразрывно связаны между собой.
Потенциальное плодородие характеризует потенциальные возможности почвы, обусловленные совокупностью ее свойств и режимов (как приобретенных в процессе почвообразования, так и созданных человеком), при благоприятных условиях длительное время обеспечивать растения всеми необходимыми факторами жизни. Так, высоким потенциальным плодородием обладают черноземные почвы, низким — подзолистые.
Эффективное (экономическое) плодородие совместно формируют естественное и искусственное плодородие. Оно измеряется урожайностью культур. Эффективное плодородие — это лишь результат реализации потенциального плодородия. Урожайность зависит не столько от уровня потенциального плодородия, сколько от технологии возделывания, экологической группы растений, погодных условий и организационных факторов. Например, на черноземах получают 1,8...2,0 т/га зерна пшеницы, а на бедных подзолистых почвах — 3...4 т/га.
Уровень плодородия почвы зависит от развития науки и техники. Чем совершеннее социальная структура общества, чем выше уровень научно-технического прогресса, тем больше условий для повышения эффективного плодородия почвы.
В современных условиях необходимо обеспечить расширенное воспроизводство почвенного плодородия, то есть одновременный рост как эффективного, так и потенциального плодородия.
Землепользование должно включать в себя весь комплекс мероприятий, направленных на охрану почв от любой деградации и повышение их потенциального плодородия, с одной стороны, и на рост их эффективного плодородия — с другой.
К основным приемам повышения эффективного плодородия относят рациональное применение органических и минеральных удобрений, известкование и гипсование почв, систему обработки, орошение и осушение, введение системы севооборотов, мероприятия по борьбе с эрозией и возделывание наиболее урожайных сортов растений и др. При этом необходимо выполнение следующего принципа землепользования: любая система земледелия должна быть обоснована экологически, то есть соответствовать почвенно-климатическому природному комплексу.
Питание растений. Растения обитают одновременно в двух средах: в почве и нижнем слое атмосферы. Через листья они поглощают СО2 из воздуха, а через корни — воду и минеральные соли из почвы.
В процессе фотосинтеза в зеленых листьях происходят превращение энергии солнечных лучей и синтез органических соединений.
Процесс фотосинтеза тесно связан с зольным и азотным питанием, которое осуществляется через корни.
Растения усваивают из почвы азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо, серу и др. Эти элементы потребляются в относительно больших количествах, поэтому их называют макроэлементами. При недостатке в почве любого из элементов урожай культур резко снижается.
Элементы, потребляемые в незначительных количествах, называют микроэлементами (бор, молибден, марганец, медь и др.).
Обеспеченность растений элементами питания зависит от растворимости их соединений в воде и слабых растворах кислот.
Азот входит в состав белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла и многих органических веществ растительных клеток. При недостатке его доступных соединений в почве растения плохо растут и развиваются, листья приобретают светло-зеленую окраску. Главным источником азота для питания растений служат соли азотной кислоты и соли аммония. В корни растений этот элемент поступает в форме аниона и катиона.
В качестве азотных удобрений используют аммиачную селитру, сульфат аммония, хлористый аммоний, натриевую селитру, кальциевую селитру, мочевину и др. Такие органические удобрения, как навоз, торф, компосты, создают хорошие условия для азотного питания растений.
Фосфор в растениях содержится в минеральных и органических веществах. Наиболее важную роль играет фосфор, входящий в состав нуклеиновых кислот (рибонуклеиновой — РНК и дезоксирибонуклеиновой — ДНК). Из почвы фосфор поступает в корни растений в виде фосфат-иона.
При недостатке в почве подвижных соединений фосфора листья растений приобретают красновато-фиолетовый оттенок.
Наиболее распространенные фосфорные удобрения — суперфосфат, преципитат, фосфоритная мука и др.
Калий усиливает синтез органических веществ в растениях, участвует в реакциях перехода простейших Сахаров в более сложные углеводы. Недостаток калия наблюдается в легких почвах и проявляется в омертвлении крайних частей листьев, которые вначале буреют, а затем скручиваются. Калий поступает в растения в форме катиона К+.
Широко применяют такие калийные удобрения, как хлористый калий, сульфат калия, калийные соли и др. Наиболее нуждаются в калийных удобрениях северные, особенно легкие, почвы. К калиелюбивым культурам относятся картофель, сахарная свекла, гречиха, подсолнечник, виноград. Они отзывчивы на калийные удобрения на любых почвах.
Кальций особенно необходим для роста корней и образования хлоропластов. При недостатке его в почве на листьях появляются коричневые пятна, затем листья желтеют и отмирают. Кальций уменьшает кислотность почв, поэтому его применяют для известкования.
Магний активизирует ферментативную активность в растении и влияет на окислительно-восстановительные процессы. Он входит в состав хлорофилла, при его недостатке между жилками листьев появляются желто-белесые пятна.
Железо входит в состав ферментов и играет большую роль в окислительно-восстановительных процессах. Этот элемент потребляется в малом количестве, и растения, как правило, не испытывают в нем недостатка. И только на некоторых южных карбонатных почвах из-за ограничения поступления в растения железа в условиях щелочной реакции почв они страдают хлорозом. В этих случаях рекомендуется опрыскивать растения 0,05...0,50%-ным раствором железного купороса.
Сера содержится в некоторых белках и растительных маслах. Ее недостаток вызывает пожелтение сначала верхних, а затем нижних листьев. Этот элемент поступает через корни растений в виде сульфатов.
Марганец входит в состав многих ферментов, участвует в окислительно-восстановительных процессах. При его недостатке часто развивается хлороз яблони, вишни, черешни, малины, полевых культур — свеклы, картофеля, овса.
Медь влияет на развитие листьев, задерживает их старение. От ее недостатка появляются признаки хлороза, кончики листьев белеют, растения не образуют семян. Медные удобрения дают значительный эффект на торфяных почвах.
Цинк необходим для образования завязи, для роста и развития растений. Большинство почв обеспечено цинком, однако от его недостатка иногда страдают плодовые деревья, цитрусовые, а из полевых культур — кукуруза, соя, фасоль. Эти растения отзывчивы на цинксодержащие удобрения.
Молибден участвует в синтезе белков. Молибденовые удобрения увеличивают урожай люцерны, клевера, сахарной свеклы, томатов и других культур. Их вносят в почву вместе с семенами или раствором молибденовых соединений опрыскивают растения.
Кобальт усиливает деятельность клубеньков на корнях бобовых культур. Кобальтсодержащие удобрения добавляют к другим удобрениям или обрабатывают ими семена.
Для эффективного применения тех или иных удобрений необходимо использовать почвенные карты, картограммы содержания доступных растениям элементов питания, картограммы кислотности и другие материалы почвенно-агрохимических обследований.
Почвы разных природных зон, как и различных уровней окультуренности, различаются по количеству и качеству гумусовых веществ. Наибольшие запасы гумуса характерны для подзоны типичных черноземов. Здесь природные условия способствовали росту лугово-степной растительности и превращению отмерших остатков в гумус.
Список литературы:
1. В.П. Ковриго, И.С. Кудреяев, Л.М., Л.М. Бурлакова Почвоведение с основами геологии. - М., Колос, 2000
2. Р.В. Ковалева Почвы НСО. - Новосибирск, 1992
3. Неуструев С.С. Генезис и география почв. М.: Наука, 1987
4. Почвоведение. Учеб. для высших с. - х. учебных заведений / Под ред. И.С. Кауричева. - М., 1989
5. Почвоведение. – М.: Колос, 2001.