Оценка структуры и сложения пахотного слоя почв (по И.В. Кузнецовой, 1979)

Нижний предел указанных в таблице интервалов содержания водопрочных агрегатов относится к малогумусным почвам Нечерноземной зоны, а верхний — к высокогумусным почвам Черноземной зоны.

Агрономическое значение структуры имеет несколько аспектов.

1. В структурных почвах складывается наиболее благоприятный водно-воздушный режим благодаря рациональному сочетанию капиллярной и некапиллярной пористости. Они отличаются большей водопроницаемостью и влагоемкостью. Наличие некапиллярных пор способствует уменьшению испарения влаги с поверхности.

2. Достаточная аэрация при наличии доступной влаги создает лучшие условия для активизации микробиологических процессов, предотвращения денитрификации, мобилизации питательных веществ.

3. Благодаря сокращению поверхностного стока на структурных почвах уменьшается смыв и размыв, а структурные агрегаты размером более 1 мм устойчиво противостоят дефляции.

4. Агрономически ценная структура облегчает прорастание семян и распространение корней растений.

5. На структурных почвах уменьшаются энергетические затраты на механическую обработку, создаются возможности ее минимизации вплоть до отказа от основной обработки.

Процессы структурообразования в почвах протекают под влиянием физико-механических, физико-химических, химических и биологических факторов.

К числу физико-механических факторов относится разделение почвы на агрегаты в результате изменения объема и давления при переменном высушивании и увлажнении, замерзании и оттаивании воды в ней, давления корней растений, деятельности роющих животных и рыхлящего воздействия почвообрабатывающих орудий. Разрыхляющее воздействие промораживания на почву проявляется только при оптимально влажном ее состоянии. При замерзании переувлажненной почвы, наоборот, происходит разрыв структурных отдельностей, а промерзание сухой почвы не влияет на ее крошение.

Физико-химические факторы структурообразования — коагуляция и цементирующее воздействие почвенных коллоидов. При этом водопрочность обеспечивается только склеиванием частиц органическими коллоидами при их коагуляции двух- и трехвалентными катионами. Агрегаты, образующиеся при участии только минеральных коллоидов, водопрочностью не обладают. Наиболее водопрочная структура образуется при взаимодействии гуминовых кислот с минералами монтмориллонитовой группы и гидрослюдами. Минералы гидроксидов железа и алюминия играют важную роль в оструктуривании красноцветных глин и красноземов.

В числе химических факторов оструктуривания важную роль играет цементация агрегатов окисными формами железа при смене восстановительных условий окислительными в периодически переувлажняемых почвах. Такие агрегаты, по данным Н.А.Качинского, при высокой водопрочности имеют малую пористость (<40 %), поскольку часть объема пор постепенно заполняется гидроксидом железа.

Основная роль в структурообразовании принадлежит биологическим факторам, т.е. растительности и организмам, населяющим почву (особенно дождевым червям). Первоначальное представление о формировании водопрочной структуры, развитое В.Р.Вильямсом, сводилось к тому, что образующийся в ходе разложения растительных остатков "деятельный" перегной пропитывает почвенные комочки и склеивает их, затем происходят процессы денатурации, которые превращают "деятельный" перегной в цемент. При этом В.Р.Вильямс придавал решающее значение ульминовой кислоте и ее кальциевым солям.

Позднее было доказано, что в процессах образования водопрочных агрегатов ведущую роль играют гуминовые вещества. Природа их связи с минеральной частью почвы до конца не изучена, хотя показано, что она осуществляется через ионогенные группы гидроксидов железа, алюминия, обменных щелочноземельных катионов, сорбцию на внутренних поверхностях глинистых минералов монтмориллонитовой группы.

В дальнейшем были получены многочисленные данные о динамичности водопрочности почвенных агрегатов, когда в течение одного вегетационного периода наблюдалась смена увеличения водопрочности ее спадом. Отсюда вытекал вывод, что наряду с прочно клеящими материалами в почве имеются вещества, более лабильные в отношении клеящей способности. Такой способностью, как оказалось, обладают полисахариды растительного и микробного происхождения, причем вторые значительно в боль­шей степени, чем первые. Агрегирование почв под влиянием микроорганизмов имеет различные аспекты: сцепляющая сила мицелия актиномицетов и грибов, склеивание частиц слизистыми веществами, вырабатываемыми бактериями и выделяющимися при их автолизе.

Почвенные агрегаты, сформировавшиеся под влиянием раз­личных факторов, не могут обладать одинаковой стабильностью. Комочек почвы, склеенный гуминовыми веществами, устойчивыми к микроорганизмам, значительно медленнее разрушается, чем агрегат, сформированный под влиянием белков, бактериальных слизей или сцепляющей силы мицелия.

В географическом аспекте структурность почв коррелирует прежде всего с содержанием гумуса. Это правило корректируется солонцеватостью, засоленностью, оглеенностью, кислотностью почв, гранулометрическим и минералогическим составом.

Физико-механические свойства: пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость (или сопротивление пенетрации) и сопротивление при обработке.

Пластичность оценивается по числу пластичности – разнице между нижним и верхним пределами пластичности (пределом текучести и пределом раскатывания). Глинистые почвы имеют число пластичности более 17, суглинистые – 7…17, супеси – менее 7, пески непластичны (число пластичности приближается к 0). Пластичность сильно возрастает с повышением содержания набухающих минералов в почвах, особенно солонцовых. Наибольшей пластичностью отличаются глинистые солонцы, содержащие обменного натрия 25…30 % и более от емкости поглощения. Пластичность уменьшается при высоком содержании гумуса.

Липкость проявляется при влажности почвы, близкой к верхнему пределу пластичности. Увеличение степени насыщенности почв кальцием снижает липкость, натрием – резко увеличивает. Наименьшей липкостью обладают песчаные почвы, наибольшей – глинистые. Высокогумусированные почвы даже при высоком увлажнении (30…40 %) не проявляют липкости. По липкости почвы подразделяются на предельно вязкие (более 15 г/см²), сильновязкие (5…15 г/см²), средние по вязкости (2…5 г/см²), слабовязкие (менее 2 г/см²). Состояние влажности, при котором почва утрачивает липкость, отвечает физической спелости почв.

Способность к набуханию и усадке различных почв изменяются пропорционально содержанию глинистых и особенно коллоидных частиц, минералов монтмориллонитовой группы, органических коллоидов, и сильно возрастет с повышением содержания обменного натрия. Сильное набухание при высокой влажности вызывает разрушение почвенной структуры. Усадка при высыхании приводит к трещиноватости почв, разрыву корней растений, усилению физического испарения.

Важнейшие технологические показатели затрат на обработку почвы обусловлены ее связностью и твердостью. Наибольшей связностью характеризуются сухие глинистые бесструктурные почвы с небольшим содержанием гумуса и большой долей натрия в ППК, наименьшей – песчаные.

Удельное сопротивление почв в зависимости от гранулометрического состава, физико-химических свойств, влажности, плотности и структурного состояния изменяется в пределах 0,2…1,2 кг/см² (таблица 2.34.) Наименьшим удельным сопротивлением характеризуются почвы легкого гранулометрического состава, наибольшим – тяжелосуглинистые и глинистые почвы, особенно солонцы, содержащие более 20 % обменного натрия от емкости поглощения. Максимальное удельное сопротивление обработке наблюдается при влажности, близкой к влажности устойчивого завядания, минимальное – при влажности почвы, соответствующей физической спелости. Удельное сопротивление почв под пропашными культурами значительно меньше, чем под зерновыми и многолетними травами, на целинных и залежных почвах оно выше на 45…50 %, чем на старопахотных.

Физическая спелость почв – состояние готовности почвы к обработке, обусловленное такой влажностью, когда почва обладает минимальным удельным сопротивлением и хорошо крошится, не распыляясь при этом.

Твердость почвы (или сопротивление пенетрации)– сопротивление почвы внедрению в нее зонда цилиндрической или конусообразной формы небольшого диаметра (атм, кПа или другие единицы давления). Она определяется специальными приборами (твердомерами), которые измеряют силу проникновения в почву штампа известной формы, как правило цилиндрической или конусовидной. Измеряя силу и зная величину площади проникновения штампа, рассчитывают твердость, или сопротивление пенетрации в единицах давления. С помощью сопротивления пенетрации оценивают степень переуплотнения почвы (табл. 2.35)