Результаты определения гранулометрического состава почвы

Поч- I
ва Глу- Количество фракций, % к сухой почве Сумма фракций

или бина__________________________________________________________

но- взятия

мер образ- 1... 0,25... 0.05... 0,01... 0,005.....„.,._{п м <п м}
образ- ца.см 0,25 мм 0.Ю5 мм 0,01мм 0,005 мм 0,001 мм ^<0'^{001 мм >0>01 ММ <0}-^{ш мм}
ца _____________________________________________________________;_____ _^_

Наиболее простым и доступным считается метод М.М.Фи­латова, позволяющий быстро определить количество главных групп почвенных частиц — песка и глины, а по их соотношению выяснить разновидность почвы.

Образец почвы нужно растереть в ступке и просеять через сито с отверстиями диаметром 1 мм. Оставшуюся на сите скелетную часть почвы взвесить и установить ее количество.

Для определения содержания глины просеянную через еито почву нужно насыпать в мерный цилиндр объемом 50 мл, уплотняя лег­ким постукиванием, пока объем почвы не станет равным 5 мл. За­тем в цилиндр прилить 30 мл воды и 5 мл 1 н. раствора СаС1₂ для коагуляции коллоидных частиц, тщательно перемешать. Долить воду до 50 мл и оставить на 30 мин для отстаивания. В это время объем почвы увеличивается. Прирост объема почвы нужно опре­делить линейкой, приложив ее к верхней метке цилиндра. Резуль­таты наблюдений записать по форме 8.

Форма 8 Определение содержания глины

________________ Объем почвы, мл_ ------------------- Содержание глины

взятый для опре- I ₃0 мин прирост ^{в почв}е, %
_____ деления __________ *_ __________.______ ---------------- '---------------------------

Содержание глины (%) определяют по приросту объема почвы (мл):

Увеличение объема Содержание глины Увеличение объема Содержание глины

4,00 90,7 1,75 39,6

3,75 85,1 1,50 34,0

3,50 79,4 1,25 29,3

3,25 73,7 1,00 22,7

3,00 67,0 0,75 17,0

2,75 62,9 0,50 11,3

2,50 56,7 0,25 5,7

2,25 51,0 0,12 2,7

2,00 45,4

Для определения содержания песка почву, в которой определяли содержание глины, нужно насыпать в мерный цилиндр объемом 100 мл и довести объем почвы после уплотнения до 10 или 20 мл. Прилить воду до отметки 100 мл, хорошо размешать стеклянной палочкой и дать отстояться в течение 1,5 мин. За это время части­цы песка оседают на дно цилиндра; более мелкие частицы пыли и ила остаются во взвешенном состоянии в воде. Слить мутную воду и к осадку снова прилить воду до отметки 100 мл, хорошо переме­шать и оставить отстаиваться в течение 1,5 мин, после чего мут­ную воду снова слить. Эту операцию нужно повторять до тех пор, пока вода после отстаивания не станет совершенно прозрачной. Затем измерить объем песка, считая каждый миллиметр равным 10 % объема песка. Результаты наблюдений записать по форме 9.

Форма 9 Определение содержания песка

_ _ Объем почвы, мл

после поомывания и от- Содержание песка в почве, %
взятый для определения ^и| _Сг ива ия

Содержание пыли в почве определяют, вычитая из 100 % сумму содержания глины, песка и скелета (%).

Гранулометрический состав почвы можно определить по соот­ношению глины и песка. Если на 1 часть глины приходится 1...2 части песка, то это глинистая почва, если 3 части песка — тяжело­суглинистая, 4 — среднесуглинистая, 5...6 —легкосуглинистая, 7... 10 — супесчаная, более 10 частей песка — песчаная почва.

Окончательные результаты анализа записать по форме 10.

Форма 10 Определение гранулометрического состава почвы методом М. М. Филатова

Образец почвы_____________ Содержание, % _____________ 1 разновидность

(номер, поле) глины песка пыли почвы

Глава 7

ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

Среди физических свойств почвы различают ее общие физи­ческие, физико-механические, водные, воздушные и тепловые свойства. Физические свойства влияют на характер почвообразо­вательного процесса, плодородие почвы и развитие растений.

7.1. ОБЩИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

К общим физическим свойствам относятся плотность почвы, плотность твердой фазы и пористость.

Плотностью почвы называют массу т единицы объема V аб­солютно сухой почвы, взятой в естественном сложении, и выра­женную в граммах на кубический сантиметр:

</_у=/и/у.

Плотность почвы зависит от гранулометрического и минерало­гического состава, структуры, содержания гумуса и обработки. После обработки почва вначале бывает рыхлой, а затем она посте­пенно уплотняется, и через некоторое время ее плотность мало изменяется до следующей обработки. Самую низкую плотность имеют верхние гумусированные и оструктуренные горизонты. Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальная плот­ность составляет 1,0... 1,2 г/см³.

От плотности почвы зависят поглощение влаги, воздухообмен в почве, жизнедеятельность микроорганизмов и развитие корневых систем растений. Плотности пахотного слоя почвы дают следующую оценку (по Н. А. Качинскому):

Плотность, г/см^г Оценка

< 1,0 Почва вспушена или богата орга-

ническим веществом
1,0... 1,1 Свежевспаханная почва

1,2...1,3 Пашня уплотнена

1,3...1,4 Пашня сильно уплотнена

1,4... 1,6 Типичное значение для подпахот-

ных горизонтов (кроме черноземов)
1,6...1,8 Сильно уплотненные иллювиаль-

ные горизонты

Плотность твердой фазы почвы — это масса сухой почвы т в единице объема твердой фазы почвы без погрешности

й=т/\₃. 62

В малогумусных почвах и в нижних минеральных горизонтах плотность твердой фазы почвы составляет 2,6...2,8 г/см³. С увели­чением содержания гумуса плотность твердой фазы уменьшается до 2.4...2.5 г/ с м ³, а в торфяных почвах —до 1,4...1,8 г/см³^ Плот­ность твердо?! фазы используют для расчета пористости -почвы.

Пористость (или скважность) почвы — это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Пористость (об­щую) вычисляют по показателям плотности почвы и плотности твердой фазы и выражают в процентах к общему объему почвы:

Пористость зависит от гранулометрического состава, структур­ности, содержания органического вещества. В пахотных почвах пористость обусловлена обработкой и приемами окультуривания. При любом рыхлении почвы пористость увеличивается, а при уп­лотнении уменьшается. Чем структурнее почва, тем больше общая пористость.

Размеры пор, в совокупности образующих общую пористость почвы, варьируют от тончайших капилляров до более крупных промежутков, которые не обладают капиллярными свойствами. Поэтому наряду с общей пористостью различают еще капиллярную и некапиллярную пористость почвы. Капиллярная пористость характерна для ненарушенных суглинистых почв, а некапиллярная — для структурных и рыхлых почв.

Поры бывают заполнены водой или воздухом. Капиллярные поры обеспечивают водоудерживающую способность почвы, от них зависит запас доступной для растений влаги. Некапиллярные поры увеличивают водопроницаемость и воздухообмен. Устойчивый запас влаги в почве при одновременном хорошем воздухообмене создается в том случае, когда некапиллярная пористость со­ставляет 55...65 % общей пористости. В зависимости от общей по­ристости в вегетационный период для суглинистых и глинистых почв дают качественную оценку пористости почв'(по Н. А. Качинскому):

Общая пористость, % Оценка

> 70 Почва вспушена — избыточно по-

ристая

65...55 Культурно-пахотный слой —отлич-

ная

55...50 Удовлетворительная для пахотно-

го слоя
< 50 Неудовлетворительная для пахот-

ного слоя

40...25 Характерна для уплотненных иллю-

виальных горизонтов — чрезмерно низкая

Пористость почвы обеспечивает передвижение воды в почве, водопроницаемость и водоподъемную способность, влагоемкость и воздухоемкость. По общей пористости можно судить о степени уплотнения пахотного слоя почвы. От пористости в значительной степени зависит плодородие почв.

2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

К наиболее важным физико-механическим свойствам почвы относятся пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и сопротивление при обработке. От этих свойств зависят условия обработки почвы, работа посевных и уборочных агре­гатов.

Пластичность и липкость почвы обусловлены наличием в ней глинистых частиц и воды.

Пластичность — это способность почвы изменять свою форму под влиянием силы и сохранять ее после устранения этой силы. Чем больше в почве илистых частиц, тем яснее выражена ее плас­тичность. Наибольшая пластичность характерна для глинистых почв. У песчаных почв пластичность отсутствует. Пластичность зависит также от состава поглощенных катионов и содержания гу­муса! Так, при значительном содержании в почве поглощенных катионов натрия ее пластичность увеличивается, а при насыще­нии кальцием— уменьшается. С увеличением содержания гумуса пластичность почвы уменьшается.

^ Липкость находится в непосредственной связи с пластичностью и также обусловлена наличием в почве глинистых частиц и воды. Сухие почвы не обладают липкостью. По мере увлажнения примерно до 80 % НВ липкость повышается, а затем начинает уменьшаться.

Липкость определяется силой, которая требуется для отрыва металлической пластинки от почвы, и выражается в граммах на квадратный сантиметр. По липкости почвы подразделяют на пре­дельно вязкие (> 15 г/см²), сильновязкие (5... 15), средне вязкие (2...5) и слабовязкие (<2 г/см²). Наибольшую липкость имеют гли­нистые почвы, наименьшую — песчаные. Почвы высокогумусиро-ванные и структурные не имеют липкости даже при увлажнении до 30...35 %. С липкостью связана физическая спелость почвы, т. е. состояние влажности, при котором почва хорошо крошится на комки, не прилипая к орудиям обработки. Весной в первую очередь поспевают к обработке песчаные и супесчаные почвы, а при одинаковом гранулометрическом составе — более гумусированные.

Набухание — это увеличение объема почвы при увлажнении. Наибольшую набухаемость имеют глинистые почвы с высоким со­держанием коллоидов, на поверхности которых происходит сорб-

ция влаги. Песчаные почвы с очень низким содержанием коллои­дов совсем не набухают. Обменные катионы натрия сильно повы­шают набухаемость почв, поэтому солонцы отличаются высокой набухаемостью. При значительной набухаемости разрушается по­чвенная структура.

^ Усадка —- процесс, обратный набуханию. При высыхании почвы образуются трещины, разрываются корни растений, повышаются потери влаги за счет испарения. Чем больше набухаемость почвы, тем сильнее ее усадка.

* Связность почвы — это способность оказывать сопротивление внешнему усилию, стремящемуся разъединить частицы почвы. Связность выражают в граммах на квадратный сантиметр. Наи­большую связность в сухом состоянии имеют глинистые бес­структурные почвы, наименьшую — песчаные. При оструктуривании глинистых и суглинистых почв резко снижается их связность.

Твердость — способность почвы сопротивляться сжатию и рас­клиниванию. Твердость и связность зависят от гранулометричес­кого состава, содержания гумуса, состава обменных катионов, структурности и степени увлажнения. Почвы с высоким содержа­нием гумуса, насыщенные кальцием и имеющие хорошую комко­вато-зернистую структуру, не обладают высокой твердостью и связностью. На их обработку требуется меньше энергозатрат.

Удельное сопротивление — это усилие, которое затрачивается на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность плуга. Оно характеризуется сопротивлением почвы в килограммах, приходящимся на 1 см² поперечного сечения пласта почвы, поднимаемого плугом. Удельное сопротивление зависит от физи­ко-механических свойств почвы и колеблется в пределах 0,2... 1,2 кг/см².

Для улучшения физических и физико-механических свойств почвы применяют комплекс мероприятий: внесение органических удобрений, возделывание многолетних трав, посев сидератов, вы­бор сроков и приемов обработки почвы в зависимости от состояния ее влажности. Известкование кислых почв и гипсование щелочных изменяют состав поглощенных катионов и улучшают фи­зико-механические свойства. Этому способствуют также меропри­ятия, снижающие уплотнение почвы машинами (минимизация обработок, глубокое рыхление и др.).

Контрольные вопросы и задания. 1. Дайте определение плотности почвы, плот­ности твердой фазы почвы. 2. От чего зависит пористость почвы и как ее опреде­ляют? Как дается качественная оценка пористости? 3. Перечислите физико-меха­нические свойства почв, дайте им определение. 4. Какое практическое значение имеют физические и физико-механические свойства почв? 5. Как влияют содер­жание гумуса, гранулометрический состав и состав поглощенных катионов на фи­зико-механические свойства почв?

ВОДНЫЕ СВОЙСТВА И ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВ

Вода обеспечивает многие физические и химические процессы в почве, а также перемещение веществ в пространстве. Процессы выветривания и почвообразования, формирования генетических горизонтов почвенного профиля и гумусообразования совершают­ся под воздействием почвенной влаги.

Вода — обязательное условие жизни растений и всего живого на Земле. Она входит в состав живых клеток, является переносчи­ком питательных веществ в системе почва — растения и средством защиты растений от перегрева в процессе транспирации. Опти­мальное развитие растений и жизнь почвенных микроорганизмов возможны только при достаточной влагообеспеченности почв. Ра­стения расходуют воду в больших количествах. Так, на образова­ние I т органического вещества сельскохозяйственные культуры расходуют 200... 1000 т воды. Количество воды, необходимое расте­ниям для создания единицы сухого вещества за вегетационный период, называется транспирационным коэффициентом. Этот пока­затель зависит от метеорологических и почвенных условий. В сельскохозяйственной практике выделяют группы менее требова­тельных и более требовательных к влаге растений:

Просо 270...300 Картофель 280...450

Рожь 370...720 Свекла сахарная 300... 1500

Ячмень 380...500 Люцерна 510...1100

Пшеница 340...620 Кукуруза 350...380

Для того чтобы глубже познать процессы почвообразования и научиться разрабатывать методы беспрерывного снабжения расте­ний водой и питательными веществами, необходимо иметь ясное представление о водном режиме почв.

8.1. КАТЕГОРИИ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ ^ ^

Вода в почве может находиться в парообразном, твердом и жидком состояниях.

Парообразная вода содержится в почвенном воздухе. Пары воды поступают в почву из атмосферы, а также образуются в почве при испарении жидкой воды и льда. Почвенный воздух обычно насыщен парами воды, относительная влажность его близка к 100 %. С повышением температуры увеличивается давле­ние водяного пара и он передвигается от теплых слоев почвы к более холодным. При конденсации пар превращается в жидкую воду. Так, в зимнее время в метровом слое почвы засушливых рай­онов накапливается до 10...14 мм конденсированной влаги.

Твердая вода (лед) растениям недоступна, но она служит источником жидкой и газообразной воды.

На воду в почве воздействуют сила тяжести, силы молекуляр­ного притяжения твердой фазы почвы и силы притяжения между молекулами воды. В зависимости от преобладания одной из этих сил почвенная вода имеет различную подвижность, а следователь­но, и различную доступность для растений.

Различают следующие формы воды в почве: химически связан­ная, сорбированная (гигроскопическая, пленочная), свободная (капиллярная, гравитационная) и грунтовая.

Химически связанная вода входит в структуру мине­ралов, не участвует в физических процессах и совершенно недо­ступна растениям.

Сорбированная вода удерживается на поверхности по­чвенных частиц силами сорбции и подразделяется на гигроскопи­ческую и пленочную воду.

Гигроскопическая вода образует на поверхности почвенных час­тиц слой толщиной в 2...3 молекулы. Чем выше относительная влажность воздуха и ниже температура, тем больше воды адсорби­руется почвой.

Максимальная гигроскопичность — это то наибольшее количе­ство гигроскопической воды, которое может поглотить почва из воздуха, имеющего относительную влажность, близкую к 100 %. Эта вода недоступна для растений, так как всасывающая сила кор­ней меньше силы, удерживающей воду на поверхности почвенных частиц.

По максимальной гигроскопичности МГ (%) рассчитывают влажность завядания растений ВЗ (%) — почвенную влажность, при которой у растений появляются признаки завядания, не исче­зающие при помещении растений в атмосферу, насыщенную во­дяными парами:

ВЗ=1,5МГ.

Влагу завядания называют мертвым запасом воды, так как эта вода не может быть использована растениями.

Влага, которая содержится в почве сверх мертвого запаса, на­зывается продуктивной, за счет этой влаги формируется урожай сельскохозяйственных растений. Так, если абсолютная влажность почвы в пахотном слое составляет 42 %, а влажность завядания — 12 %, то на продуктивную влагу приходится 30 %.

Пленочная вода покрывает частицы почвы пленкой толщиной в несколько десятков молекул воды и удерживается дополнитель­ными сорбционными силами. Это одна из форм сорбированной воды. Пленочная вода подразделяется на прочносвязанную и рыхлосвязанную. Рыхлосвязанная вода может медленно двигаться от частиц с более толстой пленкой к частицам, где пленка тоньше. Эта вода частично доступна растениям.

Свободная вода передвигается в почве под действием ка-

пиллярных и гравитационных сил, поэтому ее разделяют на ка­пиллярную и гравитационную воду.

Капиллярная вода заполняет тонкие поры почвы и передвигает­ся под влиянием капиллярных (менисковых) сил по различным направлениям. Капиллярные силы имеют наибольшее значение в порах диаметром 0,1...0,001 мм. Высота подъема воды тем выше, чем тоньше капилляр.

Различают капиллярно-подпертую и капиллярно-подвешенную воду. Капиллярно-подпертая поднимается от грунтовых вод на высоту, зависящую от водоподъемной способности почв. Ка­пиллярно-подвешенная вода находится в верхней части почвенного профиля и не связана с грунтовым увлажнением. Капиллярная вода легкодоступна для растений и является основным источником их водного питания.

Гравитационная вода свободно передвигается сверху вниз по крупным некапиллярным промежуткам под влиянием силы тяже­сти (гравитации). В период нахождения в корнеобитаемом слое гравитационная вода потребляется растениями. Просачиваясь в нижние горизонты, она пополняет грунтовые воды.

Грунтовые воды залегают над водоупорным горизонтом и могут быть источником водного питания растений. Однако при близком залегании они вызывают в северных районах заболачива­ние, а в южных — засоление почвы.

8.2. ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

К водным свойствам относятся водопроницаемость, влагоемкость, водоподъемная способность и испаряющая способность.

Водопроницаемость — способность почвы пропускать через себя определенное количество воды.

С водопроницаемостью связано использование водных ресурсов. При низкой водопроницаемости часть атмосферных осадков или поливной воды может непроизводительно стекать по поверхности, вызывая при этом эрозию почвы. Чрезмерно высокая водо­проницаемость песчаных почв также приводит к потере продук­тивной влаги, которая быстро уходит из корнеобитаемого слоя в глубокие горизонты. Почвы считаются хорошо проницаемыми, когда вода в течение первого часа проникает в почву на глубину до 15 см.

Водопроницаемость зависит от гранулометрического состава, структурности, сложения почв, а также от состава поглощенных катионов. Наибольшей водопроницаемостью отличаются песчаные и оструктуренные рыхлые почвы. Водопроницаемость глинистых и тяжелосуглинистых почв низкая.

Средневодопроницаемые почвы за первый час пропускают воду на глубину 5... 15 см, а слабоводопроницаемые —до 5 см.

Водопроницаемость изменяется под воздействием агротехни-

ки. После оструктуривания тяжелых бесструктурных почв значи­тельно улучшается их фильтрационная способность.

Влагоемкость — способность почвы удерживать определенное количество воды. Количество воды, удерживаемое почвой, неоди­наково и зависит от гранулометрического состава, содержания гу­муса, состава солей и поглощенных катионов.

Высокая влагоемкость характерна для глинистых почв, богатых коллоидами, и для почв с высоким содержанием гумуса. Почвы, содержащие известь, хлориды и нитраты, имеют высокую влаго­емкость. Самая низкая влагоемкость характерна для песчаных малогумусных почв.

В зависимости от сил, которые удерживают воду в почве, раз­личают максимально-молекулярную, капиллярную, наименьшую (предельную полевую) и полную влагоемкость.

Максимально-молекулярная влагоемкость (ММВ) — это наибольшее содержание рыхлосвязанной воды, удерживаемое в почве силами молекулярного притяжения. ММВ зависит от со­держания коллоидов и гумуса: чем больше в почве илистых частиц и гумуса, тем выше ММВ.

Капиллярная влагоемкость (КВ) — это наибольшее ко­личество капиллярно-подпертой влаги, удерживаемое над уровнем грунтовых вод капиллярными силами.

Наименьшая, или предельная полевая, влагоем­кость (НВ, ППВ) — наибольшее количество воды, которое остает­ся в почве после полного увлажнения и отекания гравитационной воды. Она соответствует количеству капиллярно-подвешенной воды. Такая влагоемкость наблюдается после снеготаяния и обильных дождей.

Полная влагоемкость (ПВ) — это наибольшее количество воды, которое содержится в почве при заполнении всех пор водой. Полное насыщение водой характерно для болотных почв.

Водоподъемная способность — свойство почвы поднимать воду по капиллярам. Капиллярные силы начинают вызывать восходящее передвижение воды в порах размером 8 мм, но особенно это выражено в порах размером 0,1...0,003 мм. Чем тоньше капилляр, тем выше поднимается вода. Самой высокой способностью под­нимать воду по капиллярам обладают суглинистые почвы (3...6 м). }Т5 песчаных почвах поры крупные, поэтому подъем воды по ка­пиллярам в них не превышает 0,5...0,7 м. В глинистых почвах тон­кие капилляры заполнены связанной водой, вода поднимается по капиллярам на высоту 0,7... 1,0 м.

Скорость капиллярного подъема зависит от размера пор. По крупным порам вода поднимается быстрее, но на небольшую вы­соту. В почвах с тонкими капиллярами скорость подъема воды уменьшается, а высота подъема возрастает.

Водоподъемная способность зависит от гранулометрического состава, структурности и сложения почв и пород. Благодаря во-

доподъемной способности почв грунтовые воды являются допол­нительным источником снабжения водой. Однако если грунтовые воды засолены, то при подъеме их к поверхности происходит за­соление почв.

— Испаряющая способность — еще одно важное свойство почвы. Восходящий подъем характерен не только для капиллярно-под- пертой влаги, связанной с грунтовой водой, но и для капиллярно-подвешенной. Глинистые и суглинистые бесструктурные почвы, в которых преобладают капиллярные поры, теряют много воды на испарение. Структурные почвы теряют значительно меньше влаги, что связано с разобщенностью капилляров крупными межагрегатными порами, ослабляющими водоподъемную способность.' Испарение влаги возрастает с увеличением скорости ветра, сухости воздуха и его температуры. Южные склоны теряют больше воды, чем северные.

Для уменьшения потерь продуктивной влаги проводят раннее весеннее боронование, при этом в разрыхленном слое капилляры разрываются. Этот слой как бы «закрывает» влагу в корнеобитаемом слое и сохраняет ее для использования растениями. Приемы мульчирования также способствуют сохранению влаги в почве.

8.3. ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВ

Совокупность всех явлений, касающихся поступления влаги в почву, ее передвижения, удерживания и расхода, называют водным режимом почв. Количественно его выражают через водный баланс, который характеризует приход влаги в почву и расход из нее. Ос­новная приходная статья водного баланса — осадки, дополнитель­ные — грунтовые воды и поверхностный приток. Расходные статьи водного баланса: физическое испарение воды почвой, транспирация (испарение влаги листьями растений), поверхностный сток и инфильтрация в почвенно-грунтовую толщу. Типы водного режима почв выделяют по величине приходно-расходных статей водного баланса. Применительно к различным условиям установлены различные типы водного режима.

Мерзлотный (застойный) тип распространен в тундре, где многолетняя мерзлота является водоупором. В этих условиях верхний горизонт почвы в летний период насыщен водой.

Промывной тип характерен для таежно-лесной зоны, где количество осадков превышает испаряемость. Почвы и породы ежегодно весной и осенью промываются водой до грунтовых вод.

Периодически промывной тип распространен в лесостепной зоне, где в сухие годы осадки увлажняют почвенно-грунтовую толщу, не достигая грунтовых вод (непромывной режим), а во влажные годы происходит сквозное промачивание (промывной режим).

Непромывной тип характерен для степной, сухостепной и пустынной зон, где испаряемость превышает сумму атмосфер­ных осадков. Осадки распространяются только в верхних горизон­тах и не достигают грунтовых вод. Запасы воды, накопленные к весне за счет осенних осадков и талой воды, интенсивно испаря­ются и потребляются растениями. В полупустынной и пустынной зонах без орошения земледелие невозможно.

Вы потной тип водного режима почв наблюдается на участках с близким залеганием грунтовых вод в зоне сухих степей, полупустынь и пустынь, где испаряемость сильно превышает сумму осадков. На испарение расходуются не только осадки, но и грунтовые воды. При высоком содержании солей в грунтовых водах с восходящим током воды в почву поступают легкорастворимые соли и почва засоляется.

Кроме того, выделяют ирригационный тип водного режима в условиях орошения. Ирригационный тип характеризует­ся чередованием промывного и непромывного режимов. При по­ливе создается промывной тип, который затем сменяется непро­мывным. В почве периодически наблюдаются то нисходящие, то восходящие токи воды.

— Регулирование водного режима почв достигается различными мелиоративными и агротехническими приемами с учетом конк­ретных почвенно-климатических условий. Для устранения избы­точного увлажнения болотных почв устраивают открытый или закрытый дренаж. Водный режим почв с временным избыточным увлажнением можно улучшить с помощью таких агротехнических приемов, как гребневание, бороздование, а также путем создания глубокого пахотного слоя. Гребни увеличивают испарение, а по бороздам происходит сток воды.

В засушливых районах необходимы мероприятия по накопле­нию влаги и рациональному ее использованию. Для этого приме­няют снегозадержание с помощью стерни, кулисных растений, ва­лов из снега. Для уменьшения поверхностного стока проводят вспашку поперек склонов, прерывистое бороздование, щелева-ние, полосное размещение культур и применяют другие приемы.

В полупустыне и пустыне основной способ улучшения водного режима — орошение.

Контрольные вопросы и задания. 1. Перечислите формы воды в почве. Какова их доступность растениям? 2. Охарактеризуйте водные свойства почв — водопро­ницаемость, влагоемкость, водоподъемную способность. Какова их связь с грану­лометрическим составом и физическими свойствами почв? 3. Охарактеризуйте виды влагоемкости. 4. Что такое влажность завядания растений? Как определяют продуктивную влажность почвы? 5. Чем характеризуется водный режим почвы? Назовите приходные и расходные статьи водного баланса. 6. Назовите типы вод­ного режима в разных природных зонах. 7. Какие приемы применяют для регули­рования водного режима почв?

Лабораторная работа 4
^ ДО ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДНЫХ СВОЙСТВ ПОЧВ

Задания. 1. Определить количество гигроскопической воды в почве. 2. Определить максимальную гигроскопичность, влажность завядания и продуктивный запас влаги. 3. Определить капилляр­ную влагоемкость. 4. Определить полную влагоемкость.

Материалы и оборудование. Аналитические весы, стеклянные стаканчики с притертой крышкой, стеклянные трубки.

Ход выполнения работы. 1. Для определения количества гиг­роскопической воды стеклянный стаканчик с притер­той крышкой нужно высушить до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 100... 105 °С, охладить в эксикаторе и взве­сить на аналитических весах. В этом стаканчике следует отвесить на аналитических весах около 5 г воздушно-сухой почвы, просеян­ной через сито с отверстиями диаметром 1 мм. Почву в стаканчике с открытой крышкой нужно высушить в сушильном шкафу до по­стоянной массы (около 3 ч). Затем стаканчик закрыть крышкой, охладить в эксикаторе и взвесить. После этого просушивание нуж­но повторить в течение 2 ч. Если масса стаканчика осталась посто­янной, просушивание заканчивают. Если масса уменьшилась, по­чву снова нужно просушивать до тех пор, пока масса не станет по­стоянной. Содержание гигроскопической воды (%) вычисляют по формуле

А=\00а/в,

где о —масса испарившейся воды, г; в —масса сухой почвы, г.

Коэффициент для пересчета результатов анализа воздушно-су­хой почвы на сухую К=(\00+А)/ 100.

2. Для определения максимальной гигроскопичнос­ти в высушенный и взвешенный на аналитических весах стек­лянный стаканчик отвесить около Юг воздушно-сухой почвы, просеянной через сито с отверстиями диаметром 1 мм.

Открытые стаканчики с почвой поставить в эксикатор, на дно которого налить насыщенный раствор сульфата калия (11...15 г К₂30₄ на 100 мл). Эксикатор плотно закрыть крышкой и оставить на З...4дня. Затем стаканчики вынуть из эксикатора, закрыть крышками, взвесить и снова поставить в эксикатор.

Последующие взвешивания нужно проводить через каждые 2...3 дня до тех пор, пока два последних взвешивания будут отли­чаться не более чем на тысячные доли грамма.

После насыщения почвы парообразной влагой стаканчики с почвой нужно высушить в сушильном шкафу при температуре 100... 105 "С до постоянной массы.

Максимальную гигроскопичность вычисляют по той же фор­муле, что и содержание гигроскопической воды.

Влажность завядания определяют по формуле, приве­денной на с. 67.

Студенты должны знать, что влага завядания недоступна расте­ниям, а для определения продуктивной влажности В нужно из по­левой влажности В_п вычесть влажность завядания.

Продуктивный запас влаги В (%) следует рассчитывать после определения капиллярной влагоемкости (КВ), условно приняв КВ=В_П:

В=В_П-ВЗ,

где В_п — полевая влажность, %; ВЗ — влага завядания, %.

3.Для определения капиллярной влагоемкости нужно взять стеклянную трубку длиной 12... 15 см, диаметром 2,5... 3 см, дно завязать марлей, подложив под нее фильтровальную бу­магу. Трубку взвесить на технических весах, после чего насыпать в нее сухую почву слоем высотой около 10 см, предварительно раз­мяв крупные агрегаты. Затем следует взвесить трубку с сухой поч­вой и поставить ее в большой стакан, на дно которого налит слой воды толщиной 1...1,5 см.

Вода начнет подниматься по почвенным капиллярам. После того как произойдет капиллярное насыщение до поверхности по­чвы, нужно вынуть трубку из стакана и взвесить трубку с влажной почвой.

Капиллярную влагоемкость (КВ) рассчитывают по той же формуле, что и содержание гигроскопической воды (а — масса воды, г).

4. Для определения полной влагоемкости трубку с почвой, которая служила для определения капиллярной влагоем­кости, нужно поставить в большой стакан и налить в него воду выше уровня почвы в трубке. Вода в трубке будет подниматься по крупным порам. После того как на поверхности почвы появится пленка воды, следует вынуть трубку и взвесить.

Определить массу воды при полном насыщении почвы и рас­считать полную влагоемкость (ПВ) по той же формуле, что и ка­пиллярную влагоемкость.

Глава 9

ВОЗДУШНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМЫ ПОЧВ

9.1. ВОЗДУШНЫЙ РЕЖИМ

Для роста и развития культурных растений требуется нормаль­ный газообмен между почвой и атмосферой. Приток в почву кис­лорода нужен для прорастания семян, дыхания корней и микро-

организмов. При недостатке кислорода в почве развиваются ана­эробные процессы, образуются токсичные для растений соедине­ния, ухудшаются физические свойства почвы, снижается доступ­ность питательных веществ для растений.

В почвенном воздухе по сравнению с атмосферным меньше кислорода и больше диоксида углерода. В атмосферном воздухе содержание азота составляет 78% (по объему), кислорода — 21, диоксида углерода —0,03, а в почвенном воздухе — азота 78...80, кислорода 5...20, диоксида углерода 0,1...15%. Состав атмосфер­ного воздуха довольно постоянный, а в почвенном воздухе содер­жание 0₂ и С0₂ может сильно колебаться. Благоприятные условия для произрастания растений создаются при содержании кислорода в почвенном воздухе около 20 %.

Высокое содержание С0₂ в почве отрицательно действует на прорастание семян и дыхание корней. Однако диоксид углерода необходим для фотосинтеза растений. Почвенный воздух находится в трех состояниях: свободном, адсорбированном и растворенном.

Свободный воздух находится в крупных порах почвы. Эти поры обеспечивают постоянную аэрацию почвы, наибольшую подвижность и доступность воздуха. В тонких капиллярах под­вижность воздуха падает по мере уменьшения их диаметра.

Адсорбированный почвенный воздух удерживается поверхностью твердых частиц почвы. Газы адсорбируются в зависи­мости от свойств молекул в такой последовательности: азот < кис­лород < диоксид углерода < аммиак. Сухие почвы содержат наи­большее количество адсорбированного воздуха. При влажности почв выше максимальной гигроскопичности вода вытесняет по­глощенные газы.

Почвы глинистые и суглинистые, богатые органическим веще­ством, содержат больше адсорбированного воздуха, чем легкие с низким содержанием гумуса.

Растворенный почвенный воздух состоит из газов, име­ющих различную растворимость в воде. Хорошо растворяются ам­миак, сероводород, диоксид углерода. Растворимость кислорода небольшая, но он поддерживает окислительные свойства почвен­ного раствора.

С увеличением содержания С0₂ в почвенном растворе увели­чивается растворимость карбонатов, гипса, фосфатов и других со­лей.

Содержание и состав почвенного воздуха зависят от воздухоемкости, воздухопроницаемости и газообмена.

Воздухоемкость — способность почвы содержать определенное количество воздуха. Содержание воздуха выражают в процентах к объему почвы. Воздухоемкость зависит от пористости и влажности почвы. Чем больше пористость, тем выше воздухоемкость. С уве-

личением влажности почвы уменьшается воздухоемкость, а при полном насыщении всех пор водой присутствует только раство­ренный воздух. Воздухоемкость зависит от гранулометрического состава и структуры почвы. В структурных почвах крупные поры заняты воздухом. Мало воздуха в бесструктурных почвах. Если воздухоемкость превышает 15% объема почвы, то аэрация почв считается нормальной.

Воздухопроницаемость — способность почвы пропускать через себя воздух. Она зависит от гранулометрического состава, структу­ры почвы и объема пор между агрегатами. Чем больше воздухо­проницаемость, тем лучше газообмен и выше содержание кисло­рода в почвенном воздухе.

Газообмен почвенного воздуха с атмосферным происходит под действием ветра, диффузии, изменения температуры и давления, а также в результате изменения количества влаги в почве при выпа­дении осадков, орошении и испарении.

Воздушный режим почв включает все процессы поступления воздуха в почву, передвижения, изменения состава и газообмена почвенного воздуха с атмосферным. Улучшают воздушны й режим с помощью агротехнических и мелиоративных мероприятий. Ме­лиоративные мероприятия применяют на болотных и заболочен­ных почвах, которые нуждаются в отводе избыточных вод с помо­щью открытого или закрытого дренажа. Большое значение в со­здании нормального воздухообмена имеют такие агротехнические мероприятия, как разрушение почвенной корки и поддержание поверхности почвы в рыхлом состоянии. Почвенная корка образу­ется на бесструктурных почвах, она обладает значительной плот­ностью, низкой пористостью и препятствует нормальной аэрации. Все приемы обработки, увеличивающие пористость почвы, усили­вают газообмен, уменьшают концентрацию диоксида углерода и увеличивают содержание кислорода в почве.

9.2. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ

Совокупность явлений поступления, переноса, аккумуляции и отдачи тепла называется тепловым режимом почвы.

Количество лучистой энергии, поступающей в почву, зависит от географического положения территории, а также от свойств верхних слоев почвы — окраски, гранулометрического состава, со­держания влаги, структуры и других физических свойств.

К тепловым свойствам почвы относятся: теплопоглотительная способность, теплоемкость и теплопроводность.

Теплопоглотительная способность характеризуется показателем альбедо — количеством солнечной радиации, отраженным по­верхностью почвы и выраженным в процентах к солнечной радиа­ции, достигающей поверхности почвы. Чем меньше альбедо, тем

больше солнечного тепла поглощает почва. Темные почвы с высо­ким содержанием гумуса поглощают больше тепла, чем светлоок­рашенные, влажные — больше, чем сухие.

Теплоемкость — свойство почвы поглощать определенное ко­личество тепла. Она измеряется количеством тепла, необходимо­го для нагревания 1 см³ или 1 г почвы на 1 °С. Теплоемкость по­чвы зависит от минералогического и гранулометрического соста­ва, содержания гумуса, влажности, пористости и воздухоемкости. Чем влажнее почва, тем больше тепла требуется для ее нагревания. Вот почему глинистые и суглинистые почвы, имеющие высокую влагоемкость, называют холодными. Песчаные почвы теплее глинистых и суглинистых; у них низкая влагоемкость, а из-за плохой испаряющей способности они слабее охлаждаются. Весной эти почвы достигают физической спелости для обработки на 2...3 нед раньше, чем холодные глинистые и су­глинистые.

Теплопроводность — способность почвы проводить тепло. Из­меряется количеством тепла, которое проходит в 1 с через 1 см² слоя почвы толщиной 1 см. Тепло в почве передается через твер­дые частицы, а также через воду и воздух. Наименьшей теплопро­водностью обладают воздух и гумус, несколько лучшей — вода, наибольшей — минеральная часть почвы.

Чем больше в почве гумуса и пор, заполненных воздухом, тем меньше она проводит тепла, тем дольше удерживается в почве солнечная энергия.

Почвы малогумусные, бесструктурные, с небольшим содержа­нием воздуха и сильно увлажненные быстро теряют тепло.

Тепловой режим почв формируется под влиянием потока сол­нечной радиации и условий увлажнения. Показателем теплового режима служит температура почвы. Она зависит от климата, рель­ефа, свойств почвы, растительного и снежного покрова.

Различные элементы рельефа получают неодинаковое количе­ство тепла. Самые теплые — южные склоны, затем следуют запад­ные, восточные, а наиболее холодные — северные. Растительный покров уменьшает нагревание почвы в летний период, а в холод­ное время года способствует накоплению снега и сохранению теп­ла. Снежный покров предохраняет почву от воздействия низких температур воздуха. Под снегом почва промерзает на небольшую глубину, а в бесснежные зимы промерзание может достигать 0,7...0,9 м и более. Снегозадержание способствует не только уве­личению запасов влаги, но и сохранению тепла почвы.

При организации территории хозяйств почвенные контуры объединяют в однородные массивы. При размещении сельскохо­зяйственных культур нужно учитывать тепловые свойства почв, знать, какие почвы теплые, а какие холодные.

Тепловой режим почв можно регулировать с помощью агро-

технических (гребневание, мульчирование, оставление стерни и др.), агролесомелиоративных и мелиоративных приемов.

В северных и северо-восточных районах эффективно мульчи­рование — покрытие почвы торфом, навозом и другими темноокрашенными веществами (сажей). Черная мульча уменьшает отражательную способность почв на 10... 15 %.

Гребневание усиливает теплообмен воздуха с почвой, в резуль­тате почва лучше прогревается. Посевы кулисных высокостебель­ных растений (кукурузы, подсолнечника) способствуют повыше­нию температуры почвы.

Полезащитные лесные полосы уменьшают силу ветра, снижают вертикальный обмен приземного слоя воздуха с атмосферой, спо­собствуют накоплению на полях снега, который утепляет почву.

Орошение уменьшает отражение солнечной радиации до 20 %, что увеличивает приход тепловой энергии к почве.

Контрольные вопросы и задания. 1. Как влияют содержание и состав почвенно­го воздуха на биологические процессы в почве и на жизнь растений? 2. Каково влияние гранулометрического состава, сложения и структуры почв на их воздуш­ный режим? 3. Что такое воздухоемкость, воздухопроницаемость, газообмен по­чвенного воздуха? 4. Какие мероприятия улучшают воздушный режим почв? 5. Охарактеризуйте тепловые свойства почв. 6. Какие приемы применяют для ре­гулирования теплового режима почв?

Глава 10 СТРУКТУРА ПОЧВ

10.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СТРУКТУРНЫХ ОТДЕЛЬНОСТЕЙ

В результате почвообразовательного процесса элементарные обособленные частицы почвы склеиваются в структурные отдель­ности (агрегаты, комки) разных формы и размера.

Способность почвы распадаться на агрегаты (комки) называют структурностью, а совокупность агрегатов различных размера и формы — почвенной структурой.

Хорошо окультуренная структурная почва при вспашке легко распадается на комковатые или зернисто-комковатые отдельнос­ти. Бесструктурные почвы представляют собой либо рассыпчатую массу (песчаные), либо, наоборот, однородно-плотную монолит­ную массу, распадающуюся при обработке на крупные глыбы.

Структурные агрегаты создаются под влиянием природных ус­ловий и хозяйственной деятельности человека.В зависимости от формы и размеров выделяют следующие типы и виды структуры (табл. 8 и рис. 3).

8. Классификация структурных отдельностей почв (по С. А. Захарову)

Форма структуры (род) | Вид структуры Размер агрегатов, М1

Iтип. Кубовидная структура Грани и ребра выражены плохо

Глыбистая Крупноглыбистая. ,пп°<п

Мелкоглыбистая Ш0...51)

Комковатая Крупнокомковатая 50...30

Комковатая.30... Ш

Мелкокомковатая 10...0,5

Пылеватая < 0,5

Грани и ребра выражены хорошо

Ореховатая Крупноореховатая >¹⁰

Ореховатая 10...7
Мелкоореховатая 7...5

Зернистая Крупнозернистая 5...3

Зернистая •*•••'

Мелкозернистая 1.-0,5

Продолжение
Форма структуры (род) Вид структуры Размер агрегатов, мм

II тип. П р и з м о в и д н а я структура
Грани и ребра выражены плохо
Столбчатовидная Крупностолбчатовидная > 50

Столбчатовидная 50...30

Тонкостолбчатовидная < 30

Грани и ребра выражены хорошо

Призматическая Крупнопризматическая > 50

Призматическая 50...30

Мелкопризматическая 30... 10

Карандашная (при длине > 50 мм) < 10

III тип. П л и то в и д н а я структура

Плитчатая Сланцеватая > 5

Плитчатая 5...3

Пластинчатая 3...1

Листоватая < 1

Чешуйчатая Скорлуповатая > 3

Грубочешуйчатая 3...1

Мелкочешуйчатая < I

Различные типы и разновидности почв характеризуются опре­деленной структурой. Глыбистая структура наблюдается на не-окультуренных почвах и всегда играет отрицательную роль. Глыбы мешают прорастанию семян, быстро высыхают, теряя продуктив­ную влагу. Комковатая структура характерна для пахотных и верх­них горизонтов целинных почв. Структурные отдельности неров­ные, неправильной формы, округлые, с шероховатой поверхнос­тью. Ореховатую структуру имеют серые лесные почвы. Агрегаты более-менее правильной формы, поверхность граней сравнительно ровная, ребра острые. Зернистая структура характерна для чернозе­мов, пойменных и дерново-карбонатных почв. Форма агрегатов по­чти правильная, иногда округлая, с шероховатой поверхностью.

В процессе обработки разрушаются агрономически ценные аг­регаты с образованием порошистой и пылеватой структуры. Чем больше пылеватость почв, тем ниже их плодородие. Такие почвы после дождя образуют корку. В южных районах почвы с пылева­той структурой подвергаются ветровой эрозии. Призматическая структура встречается в нижних горизонтах почв различных ти­пов. Столбчатые агрегаты характерны для иллювиальных гори­зонтов солонцов. Во влажном состоянии этот горизонт набухает, а при высыхании происходят усадка почвы, уплотнение и образова­ние столбчатых отдельностей, разделенных трещинами. Корни ра­стений на таких почвах развиваются слабо. Пластинчатая и плит­чатая структура характерна для подзолистых почв. Она образуется в местах контакта пахотного слоя и плужной подошвы.

Все виды структуры, делящиеся на горизонтальные отдельнос­ти, имеют отрицательное значение, так как мешают проникнове­нию воды и корней.

\У 10.2. АГРОНОМИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ

Структурные почвы обладают высокой водопроницаемостью и большой водоудерживающей способностью. Они имеют хороший газообмен с атмосферой, что обеспечивает активную жизнедея­тельность почвенных микроорганизмов и мобилизацию элементов питания растений.

Структурные почвы легко обрабатывать, на них проще равно­мерно заделать семена, всходы появляются дружно, созревание наступает одновременно.

Бесструктурные распыленные почвы трудно обрабатывать, при этом образуются крупные глыбы. После дождей и полива эти по­чвы расплываются, а при высыхании образуют корку.

Важную роль в борьбе с эрозией играет комковатая и зернистая структура. Почва считается структурной, если в пахотном слое на комковатые и зернистые водопрочные агрегаты размером 10... 0,25 мм приходится более 55 %.

\ 10.3. ФАКТОРЫ И УСЛОВИЯ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ

Процесс структурообразования заключается в том, что отдель­ные глинистые и пылеватые частицы под влиянием коллоидов об­разуют почвенные агрегаты. Особую роль в этом процессе играют органические коллоиды, т. е. гумус, образованный в результате разложения растительных остатков. В структурообразовании уча­ствуют и минеральные коллоиды при Их взаимодействии с орга­ническими коллоидами.

По мнению В. Р. Вильямса, создание прочной комковатой структуры связано с многолетними злаковыми и бобовыми трава­ми. Корневые системы этих трав, пронизывая массу распыленной почвы, превращают ее в комочки. Затем корневые остатки разла­гаются, а образовавшийся перегной скрепляет комочки и превра­щает их в водопрочные агрегаты.

Внесение навоза, торфа, компостов и других органических ве­ществ способствует улучшению структуры почвы.

В процессе обработки почвы комковатая структура разрушает­ся, почва становится бесструктурной и распыленной.

Структура разрушается под воздействием различных процес­сов. Так, под влиянием аэробных бактерий происходит минерали­зация органического вещества, цементирующего структурные от­дельности.

Распыление почвы наблюдается при вспашке, культивации и бороновании, при воздействии на почву ходовых частей сельско­хозяйственных машин и рабочих органов почвообрабатывающих орудий. При большой влажности почва прилипает к орудиям об­работки, мажется и при вспашке образует ленту, которая, высы­хая, распадается на глыбистые отдельности. Чтобы избежать раз-

рушения структуры, почву нужно обрабатывать в состоянии физи­ческой спелости, когда она крошится и дает ровную пашню.

Систематическое восстановление агрономически ценной структуры почвы достигается с помощью правильной обработки почвы, внесения органических удобрений, известкования кислых почв, гипсования солонцов, введения севооборотов с многолетни­ми травами (клевер, люцерна, тимофеевка и др.).

Контрольные вопросы и задания. I. Что понимают под структурностью и струк­турой почвы? 2. Перечислите типы и виды структуры. Чем они характеризуются?

3. В чем заключается агрономическое значение структуры? 4. Какие мероприятия
применяют для восстановления разрушенной структуры?

Глава 11

ПОЧВЕННЫЕ КОЛЛОИДЫ. ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ И РЕАКЦИЯ ПОЧВ

11.1. ПОЧВЕННЫЕ КОЛЛОИДЫ

Способность почвы поглощать и удерживать элементы питания и другие растворенные вещества обусловлена наличием в ней мельчайших частиц, и в первую очередь почвенных коллоидов.

Почвенные коллоиды — совокупность тонкодисперсных частиц размером 0,0001...0,02 нм. По способу образования почвенные коллоиды разделяются на минеральные, органические и орГано-минеральные.

Минеральные коллоиды образуются в результате про­цессов выветривания при измельчении горных пород. К ним от­носятся глинистые минералы, оксиды железа и алюминия, колло­идные формы кремнезема.

Органические коллоиды накапливаются в почве в ре­зультате разложения растительных остатков. Это гумусовые веще­ства, состоящие из гуминовых кислот, фульвокислот и гумина.

Органо-минеральные коллоиды образуются при взаи­модействии глинистых минералов с органическим веществом по­чвы.

Количество коллоидов в почве зависит от гранулометрического состава и содержания гумуса. Так, в песчаных почвах их количество составляет 1...2 %, а в глинистых — до 30...40 % к массе почвы.

Но даже при небольшом содержании почвенных коллоидов на их поверхность приходится большая часть общей поверхности всех почвенных частиц. Именно на поверхности коллоидов про­исходят сорбционные процессы, обусловливающие поглотитель­ную способность почв.

Строение коллоидной мицеллы (частицы) показано на рисунке

4. Ядро мицеллы состоит из большого числа молекул; на поверх­
ности ядра располагается слой диссоциируемых молекул, который

называется двойным электрическим слоем ионов: внутренний — потенциалопределяющий слой неподвижных ионов, прочно свя­занных с ядром, и внешний — компенсирующий слой ионов с противоположным зарядом.

Ядро коллоидной частицы вместе с потенциалопределяющим слоем ионов образует гранулу. За гранулой расположено два слоя компенсирующих ионов} слой прочносвязанных ионов, прилега­ющих к потенциалопределяющему слою, и внешний, или диффуз­ный, слой ионов, способных обмениваться на ионы почвенного раствора.

По знаку заряда потенциалопределяющего слоя коллоиды раз­деляются на ацидоиды (отрицательные) и базоиды (положитель-ные).!Огрицательно заряженные коллоиды в почве преобладают; к ним относятся кремневая кислота, глинистые минералы и гумусо­вые кислоты. Положительный заряд имеют гидраты оксидов желе­за и алюминия. Третью группу составляют амфолитоиды — колло­иды, способные менять знак заряда в зависимости от изменения реакции среды.

Поскольку коллоиды имеют заряд, они способны притягивать дипольные молекулы воды из почвенного раствора, образуя гид-

ратные пленки. Толщина водного слоя зависит от потенциала по­чвенных коллоидов. Различают гидрофильные коллоиды (кремневая кислота, гумусовые кислоты), удерживающие много слоев молекул воды, и гидрофобные слабогидратирован-ные коллоиды (гидроксиды железа, каолинит)^ Гидрофильные коллоиды способны сильно набухать, что предотвращает их сли­пание. Гидрофобные коллоиды не разделяются пленкой воды, по­этому они быстро слипаются и выпадают в осадок.

Коллоидные системы имеют большую общую поверхность и соответственно огромный запас поверхностной энергии. Эта сво­бодная энергия стремится перейти в потенциальную. При этом коллоидные частицы укрупняются, уменьшаются их общая по­верхность и энергия.

Коллоиды могут находиться в двух состояниях: золя — колло­идного раствора и геля — коллоидного осадка.

Переход коллоидов из состояния золя в состояние геля называ­ют коагуляцией или слипанием (свертыванием) коллоидов. Этот процесс может происходить под влиянием электролитов и при взаимодействии противоположно заряженных коллоидных систем Коагуляция почвенных коллоидов происходит также при вы­сушивании или замерзании почвы в результате обезвоживания профильных коллоидов

"При коагуляции почвенные частички склеиваются в комочки, почва становится более структурной. Двухвалентные катионы кальция способствуют коагуляции почвенных коллоидов и улуч­шению физического состояния почвы.

Пептизация — процесс, обратный коагуляции (коллоиды пере­водят из состояния геля в состояние золя). При пептизации почвенных коллоидов разрушается ценная комковатая структура и ухудшаются физические свойства почвы. Так, солонцовые почвы при пептизации коллоидов во влажном состоянии набухают, а при высыхании растрескиваются на столбчатовидные отдельности.

11.2. ВИДЫ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ

Академик К. К. Гедройц создал учение о поглотительной спо­собности, под которой он понимал способность почвы задержи­вать растворенные вещества, а также коллоидные распыленные частицы и грубые суспензии.

Носителем поглотительной способности почв является почвен­ный поглощающий комплекс (ППК) — вся сумма органических и минеральных коллоидов

По К. К. Гедройцу, ППК включает все частицы размером ме­нее 0,005 мм. Частицы, имеющие размер, близкий к 0,01 мм, при­нимают незначительное участие в явлениях поглощения, а круп­ные частицы в поглощении не участвуют.

К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв: механическую, физическую, химическую, физико-хими­ческую и биологическую.

Механическая поглотительная способность — это свой­ство почвы задерживать взмученные в воде частицы, которые крупнее почвенных пор. Если пропустить взмученную глинистую суспензию через слой почвы, то раствор светлеет, так как тонкие частицы задерживаются в порах почвы. Механическое поглощение зависит от гранулометрического состава и сложения почвы. Глинистые и суглинистые почвы поглощают даже тонкодисперс­ные частицы, а у песчаных почв эта способность выражена слабее.

Для улучшения физических свойств грубозернистых песчаных почв применяют кольматаж — заиливание. Этот прием увеличи­вает поглотительную способность и влагоемкость почвы, а также уменьшает фильтрацию воды.

Физическая поглотительная способность обусловлена свободной энергией молекул и ионов, находящихся на поверхнос­ти твердой фазы почвы. При физическом поглощении молекулы растворенных веществ концентрируются на поверхности коллоид­ных частиц. Чем сильнее степень раздробленности частиц, тем больше их общая поверхность, на которой адсорбируются молеку­лы различных веществ. Xорошо изучена молекулярная сорбция почвой дипольных молекул воды, газов, органических соединений, в том числе пестицидов. При физическом поглощении этих соединений улучшаются санитарно-защитные свойства почв. Не­которые вещества не поглощаются или очень слабо поглощаются почвой. Так, нитратные удобрения не поглощаются почвой и могут вымываться из нее, загрязняя водоемы. Вот почему эти удобрения необходимо вносить незадолго до посева сельскохозяйственных культур и в небольшом количестве.

Химическая поглотительная способность связана с обра­зованием нерастворимых в воде соединений. Находящиеся в ра­створе вещества могут вступать в химические реакции одно с дру­гим, образуя нерастворимые или малорастворимые соединения, которые удерживаются в почве от вымывания. При взаимодей­ствии катионов кальция, железа, алюминия с растворимыми в воде сульфатами, карбонатами и фосфатами образуются нерастворимые в воде соединения, выпадающие в осадок и сохраняющиеся в почве. Так, при внесении в почву фосфорного удобрения анион фосфорной кислоты взаимодействует с катионом кальция. При этом образуется соль трикальцийфосфат, которая может быть дос­тупна для растений:

2К₃Р0₄ + ЗСа(Ы0₃)₂ = 6КЫ0₃ + Са₃(Р0₄)₂

Если же анион фосфорной кислоты соединяется с катионом железа, то образуется нерастворимый в воде трикальцийфосфат железа, который недоступен для растений.

Физико-химическая (обменная) поглотительная спо­собность — это способность почвы обменивать катионы, содержа­щиеся в твердой фазе, на эквивалентное количество катионов по­чвенного раствора.

К. К. Гедройц установил, что обмен катионов между почвой и раствором происходит в эквивалентных отношениях, т. е. количе­ство катионов, вытесненных из почвы и поглощенных ею из рас­твора, эквивалентно.

Если почву поместить на бумажный фильтр и промыть хлори­дом калия, то в вытекающем растворе будет обнаружен хлорид кальция:

[ППК]Са⁺⁺ + 2КС1 = 3[ППК]*1+ СаС1₂

Состав и количество поглощенных катионов во многом зависят от ППК. В ППК входят минеральные почвенные коллоиды глинистых минералов и органические коллоиды, представленные гумусовыми веществами. Названные почвенные коллоиды имеют отрицательный заряд, поэтому они поглощают катионы.

В состав поглощенных катионов входят кальций, магний, водо­род, калий, натрий, аммоний, железо и алюминий.

Вся сумма поглощенных катионов, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы, называется емкостью поглощения.

Емкость поглощения зависит от содержания минеральных и органических коллоидов Песчаные малогумусные почвы имеют са­мую низкую емкость поглощения—1...5мгэкв/100г, супесча­ные—7...8, суглинистые— 15...18, глинистые — 25...30мгэкв/100г почвы и более.

Гумусовые горизонты имеют более высокую емкость поглоще­ния, чем материнская порода так, емкость поглощения в гумусо­вом горизонте суглинистого чернозема может достигать 55...65 мгэкв/100 г почвы.

Количественный и качественный составы катионов в разных типах и разновидностях почв значительно различаются. В черно­земах поглощающий комплекс в основном насыщен катионами кальция и магния. Эти двухвалентные катионы улучшают свойства почв, способствуют образованию структуры и создают нейт­ральную реакцию.

К северу от зоны черноземов распространены серые лесные, дерново-подзолистые и подзолистые почвы. В поглощающем комплексе этих почв кроме катионов кальция и магния присут­ствуют катионы, водорода, обусловливающие кислую реакцию.

В южных почвах (каштановых) наряду с катионами кальция и магния присутствует натрий. Особенно много поглощенного нат­рия в солонцах. Натрий ухудшает свойства почв, создает щелоч­ную реакцию, разрушает ценную комковатую структуру.

Катионы водорода ухудшают химические и физические свойства почв. Если количество ионов водорода превышает 10 % суммы по­глощенных катионов, то его роль становится отрицательной.

В зависимости от содержания ионов водорода почвы подразде­ляются на две группы: насыщенные и не насыщенные основания­ми. К. К. Гедройц к насыщенным основаниями относил все южные почвы — черноземы, каштановые, сероземы. В поглощающем ком­плексе этих почв содержатся катионы кальция, магния и натрия. Г"К почвам, не насыщенным основаниями, относятся подзолистые, дерново-подзолистые, болотные, серые лесные и другие почвы таежно-лесной и тундровой зон. В этих почвах содержится значительное количество ионов водорода. Ионы водорода создают кислую реакцию и разрушают структуру почвы. Степень насыщенности почв основаниями в %:

где 5—сумма поглощенных оснований, мгэкв/100 г почвы; Н_г — гидролитичес­кая кислотность (вся сумма ионов водорода), мгэкв/100 г почвы.

Ион алюминия также отрицательно влияет на рост и развитие сельскохозяйственных растений. В кислой почве ион алюминия становится подвижным и токсичным для корней растений.

Таким образом, состав поглощенных катионов в значительной степени определяет свойства почв. Катионы кальция и магния по­вышают плодородие почв, нейтрализуют кислую реакцию и созда­ют ценную структуру. Катионы водорода разрушают структуру и повышают кислотность почв. Катионы натрия, наоборот, вызыва­ют щелочность почв.

Состав поглощенных катионов можно регулировать с помощью таких мероприятий, как известкование кислых почв и гипсование солонцов.

Биологическая поглотительная способность выражается в поглощении элементов питания корнями растений и микро­организмами. Поглощенные вещества превращаются в органичес­кие соединения и предохраняются от вымывания из почвы. Благо­даря биологическому поглощению в почве сохраняются нитраты и другие элементы питания.

Растения берут из почвы те элементы, которые необходимы для их роста и развития. Поэтому с биологическим поглощением свя­зано накопление в почве биогенных элементов: азота, фосфора, калия, серы, кальция, магния и некоторых микроэлементов.

11.3. ПОЧВЕННЫЙ РАСТВОР

Вода в почве представляет собой почвенный раствор, содержа­щий растворенные газы, минеральные и органические соединения. Выпадающие атмосферные осадки уже содержат некоторое

количество растворенного кислорода, диоксида углерода, азота и других газов. Поступившая в почву дождевая вода активно взаи­модействует с твердой фазой, переводя в раствор некоторые ее компоненты.

Почвенный раствор, к