Условий жизни растений

1. Плодородие почвы и его категории

2. Факторы и условия плодородия. Пути регулирования

3. Общие физические свойства

4. Физико-механические свойства почвы

5. Режимы почвы и пути их регулирования

Плодородие почвы и его категории.Учение о плодородии пахотных земель – это теоретическая основа научного земледелия. Плодородие формируется в результате развития почвообразовательного процесса, на который налагается процесс окультуривания.Под плодородием следует понимать способность почвы обеспечивать рост и развитие растений элементами питания, водой, воздухом. Это значить, что почва служит растениям средой обитания и факторами жизни для них. Сохранение и воспроизводство плодородия почв главная задача земледелия. Воспроизводство – это програмированное повышения плодородия. Различают простоевоспроизводство – восстановление плодородия до исходного уровня и расширенное воспроизводство – повышение плодородия по сравнению с исходным.

В почве происходит постоянные процессы превращения, что ведет к изменению отдельных ее составных частей, разложению, а наряду с тем и накопление питательных веществ. В настоящее время существует много терминов и понятий различных видов плодородия. Целесообразнее пользоваться такими категориями плодородия.

Естественное плодородие – формируется в процессе развития почв под влиянием природных факторов почвообразования. Оно может быть сравнительно высоким, или наоборот, низким.

Эффективное (искусственное) плодородие – результат совокупного влияния природных факторов и агротехнических мероприятий по его улучшению. В результате природное плодородие может увеличиваться равно, как и урожай полевых культур, сенокосов, пастбищ, садов, овощей.

В настоящее время уровень эффективного плодородия почвы позволяет в целом по республике получить урожайность зерновых на уровне 19–22 ц/га.

Относительное плодородие – плодородие по отношению к самому растению. Так, на кислых почвах нельзя надеяться на получение высоких урожаев пшеницы, в то время как биологические особенности люпина и овса позволяют разместить на подобных участках. На основе относительного плодородия составляется структура посевных площадей, и проектируются эколого-контурные севообороты.

Выделяют категорию и потенциального плодородия – суммарное плодородие почвы, определяемое как ее природными свойствами, так и в процессе улучшения.

Экономическое плодородие связано с оценкой участков почв в зависимости от их расположения, удаленности и удобства пользования.

Факторы и условия плодородия. Пути регулирования.Плодородие почвы – это обеспечение растений всеми факторами жизни. Выделяют три группы факторов плодородия: физические, биологические и химические. Условия плодородия – это совокупность почвенных свойств и режимов, действие которых влияет на продуктивность растений.

Биологические показатели. К биологическим показателям относятся органическое вещество, микрофлора почвы и фитосанитарное состояние – чистота почвы от сорняков, вредителей и болезней.

Агрохимические показатели. Это содержание и режим питательных веществ. Важным показателем плодородия является наличие в ней доступных для растений питательных веществ. Содержание их в почве служит одним из оснований для разработки системы удобрений.

В группу физическихфакторов плодородия относят гранулометрический состав почвы, строение и мощность пахотного слоя, структура почвы.

Пути регулирования. Основные пути окультуриванияагрофизических свойств почвы состоят в физико-механическом воздействии на почву. Сюда относят способы обработки почвы (отвальная, безотвальная), физико-химические методы создания агрономически ценной структуры, приемы регулирования режимов почвы.

Положительное влияние научно-обоснованной мелиорации улучшает качество почв. Балл (бонитет) торфяно-болотных почв после мелиорации возрастает с 30 до 80 баллов. На избыточно переувлажненных дерново-подзолистых почвах после мелиорации и первичного освоения бал возрастает на 20-25 баллов бонитета Обработка почвы способствует ее аэрации. С увеличением рыхлости почвы повышается ее общая пористость, а, следовательно, и воздухоемкость, улучшается при этом и водный режим. Однако чем чаще почву обрабатывают, тем больше минерализуется гумуса. На основании обширных научных исследований рекомендована разноглубинная система обработки почвы, сочетающая глубокие обработки со средними, мелкими и поверхностными..

В настоящее время уже на многих старопахотных почвах мощность пахотного слоя достигает 20–22 см, а иногда и выше. Однако окультуренность его большей частью недостаточна. Поэтому первостепенная задача состоит в том, чтобы окультурить существующий пахотный слой.

Пути регулированиябиологических показателей плодородия почвы основываются на обогащении почвы гумусом и биологическим азотом. Одним из основных источников пополнение гумуса в почве являются органические удобрения. При внесении в почву свежего органического вещества 70–80% его массы минерализуется в течение двух лет. Остальные 20–30% подвергаются гумификации. В свою очередь собственно гумус также минерализуется. Поэтому необходимо применение приемов уменьшающих минерализацию органического вещества.

Значительное место в пополнении гумуса в почве занимают послеуборочные остатки. С урожаем зерновых культур и однолетних трав отчуждается 60–65% биомассы, кукурузы и картофеля –70–73%, сена многолетних трав – 40%. Остальная часть растений остается на поле.

Особое влияние на баланс органического вещества и питательных элементов оказывает посев многолетних бобовых трав и их травосмесей обеспечивающий не только восстановление, но и увеличение гумусовых веществ. Баланс гумуса в значительной мере зависит от структуры посевных площадей. В севообороте, включающем 25% зерновых, 50% – пропашных и 25% клевера, ежегодно убыль почвенного гумуса составляет в среднем 12,8 ц/га. В зернотравяном севообороте с 40 процентным участием многолетних бобовых трав, растительные остатки культур полностью восполняют потери минирализованного гумуса.

Повышение агрохимических показателей плодородия включает в основном химические приемы воздействия на почву. Одностороннее применение минеральных удобрений не может стабилизировать гумусовый режим почвы, и только сочетание органических и минеральных удобрений обеспечивают устойчивый баланс гумуса.

Одним из источников пополнения органического вещества является солома. Её можно непосредственно запахивать в почву. Для повышения коэффициента гумификации при запахивании на удобрение необходимо дополнительно вносить в почву 8–12 кг минерального азота в расчете на каждую тонну соломы.

Агрохимические показатели можно улучшить сидерацией. Влияние их на плодородие почвы определяется не только количеством (массой), но и химическим составом. На зеленое удобрение используют бобовые культуры (люпин, горох, сераделлу, донники) и крестоцветные (рапс яровой и озимый, горчицу, редьку масличную). Их высевают как основные культуры, так и в качестве промежуточных. Самостоятельные посевы люпина весьма эффективны на легких почвах. Под влиянием запаханной массы в пахотном слое улучшаются показатели азота и гумуса, увеличивается поглотительная способность и связность. Промежуточные бобовые сидераты за счет накопленного биологического азота обеспечивают прибавку урожая первой культуры в среднем: картофеля – 60–90 ц/га, силосных – 50–150, зерна гречихи – 5–8, ячменя, овса, озимой ржи – 6–10ц/га. (К.И. Довбан, 1987). Установлено также и высокое последействие сидератов на вторую культуру.

Известкование почвы способствует накоплению в ней азота и гумуса, улучшает условия развития клубеньковых бактерий бобовых трав, улучшает структурные показатели почвы.

Заслуживает внимания при окультуривании связных минеральных земель послойная (разноглубинная, поочередная) обработка почвы (разработана в БелНИИМиЛ, а.с. СССР № 967313) которая предусматривает использование субстрата растительных остатков с применением системы разноглубинной обработки. В итоге создается однородный по плодородию пахотный слой мощностью 25–35 см, с биомелиоративной прослойкой между ним и нижележащим слоем. Прослойка регулирует влажность, а также создает условия для увеличения запасов элементов плодородия почвы

Окультуривание почвы. При сельскохозяйственном использовании почв происходит изменение их природных процессов почвообразования и свойств почвы. Этот процесс изменения природных свойств почвы благоприятную сторону называется процессом окультуривания.

Окультуривание – это комплекс мероприятий по регулированию почвенных процессов путем направленного производственного воздействия, включая коренную переделку структуры почвы и расширенное воспроизводство почвенного плодородия. Под окультуренностью почвы понимается совокупность таких изменений ее свойств, которые обеспечивают максимальный урожай. В зависимости от интенсивности культурного почвообразовательного процесса почвы подразделяет на слабо-, средне-, и хорошо окультуренные. По диагностическим показателям степени окультуренности дерново-подзолистые почвы считаются почвы освоенными при наличии 1,5–2,5% гумуса, рН до 5, с емкостью поглощения до 60%; окультуренными – 2,5 – 3,5% гумуса, рН до 5,5 с емкостью поглощения до 80%; сильноокультуренными – 3,0–3,5% гумуса, рН до 6,5 с емкостью поглощения более 80%.

Т а б л и ц а 2.1. Оптимальные показатели окультуренности связных

Минеральных почв

Эти показатели имеют динамичный характер, что связано с погодными условиями, степенью увлажнения и почвенным покровом, способом использования земли.

Мощность пахотного слоя. Основная задача при создании глубокого однородного пахотного слоя это улучшение его физических свойств и повышение эффективного плодородия почвы.

Исследования научных учреждений и опыт хозяйств по созданию и окультуриванию минеральных почв различного гранулометрического состава подтверждают, что чем глубже пахотный слой, тем выше и устойчивее урожаи. Пахотный слой в 30–40 см может поглотить и удерживать без переувлажнения 30–50% талых вод и полностью ливневые осадки – 50–60 мм. С увеличением мощности пахотного слоя только на один сантиметр масса возрастает на 120–130 т/га с увеличением органического вещества до трех тонн. При глубокой обработке быстрее и больше проникает влаги в нижележащие слои, повышается температура взрыхленного слоя, лучше происходит газообмен. На тяжелых дерново-подзолистых глееватых почвах при глубокой обработке оптимальное содержание воздуха в весенний период устанавливалось на 20–22 дня раньше, по отношению к обычной вспашке, что особенно важно для озимых культур. Рыхление подпахотного слоя способствует большему выделению углекислого газа. С увеличением мощности пахотного слоя на один сантиметр объем общей пористости увеличивается на 50–55 м³/га.

Мощный окультуренный пахотный слой имеет большое гидромелиоративное значение. С повышением коэффициента фильтрации и влагоемкости почвы сокращается объём стока и тем самым повысить действие осушительных систем и уменьшить вынос питательных веществ. Увеличение мощности пахотного слоя с 15–20 до 25–30 см коэффициент фильтрации на суглинистых почвах повышается с 1,0–1,5 до 2,0–3,0, глинистых – от 0,5 до 2–3 метра в сутки. В мощном пахотном слое создаются и более благоприятные условия для развития микроорганизмов и корневой системы полевых культур. Семена сорняков заделанных на большую глубину медленно прорастают, а значительная часть их погибает. При глубокой подрезке корней сорных растений они быстрее отмирают. Глубокая заделка пожнивных остатков при хорошем оборачивании пласта исключается возможность появления вредителей и болезней на последующей культуре.

Растения по-разному реагируют на глубину пахотного слоя и глубину основной обработки. Хорошо отзываются на глубокую основную обработку почвы свекла, кукуруза, картофель, люцерна и клевер, вика, кормовые бобы, овощные культуры. Озимые зерновые, горох, ячмень, овес, гречиха культуры, средне отзывающие на глубокую обработку. К слабо отзывающимся или совсем не реагирующие не глубокую обработку относятся лен, яровая пшеница, люпин.

В связи с особым значением глубокого окультуривания пахотного слоя разработаны приемы углубления и окультуривания пахотного слоя. Мелиоративной вспашкой с интенсивным окультуриванием подзолистых почв можно создать однородный пахотный слой с глубиной около 30см. вместе с этим этот прием и особенно плантажная вспашка требует много времени и затрат. Поднятый на дневную поверхность иллювиальный горизонт водопрочен только во влажном состоянии. После многократного подсыхания и увлажнения осадками его структура разрушается, образуется бесструктурная заплывающая глина и при высыхании покрывается коркой, ухудшающей режимы почвы.

Применение двух- или трехярусной вспашки, как приема коренной переделки профиля, невозможно создать однородный по плодородию пахотный слой. В связи с большими затратами ярусной вспашки вряд ли этот прием может быть применен в широких масштабах.

Углубление пахотного горизонта путем постепенного припахивания нижнего слоя к пахотному заметно проявляется на фоне внесения достаточно высоких доз удобрений и извести. Лучше углублять пахотный слой во время зяблевой вспашки под культуры отзывчивые на углубление. Припаханную оподзоленную часть горизонта к пахотному следует перемешивать весной, перепашкой до 16 см с внесением органики.

Улучшение почвенного профиля мелкозалежных торфяников проводят с помощью нормативной вспашки совмещенной с образованием под вспаханным горизонтом взрыхленных полос. Это обеспечивает разуплотнение подплужной подошвы, водоудерживающей прослойки и создает временные щели и кротовины.

Технология создания мощного однородного по плодородию пахотного слоя тяжелых почв состоит из системы проведения послойной вспашки с ликвидацией подзолистого горизонта. Она предусматривает использование растительных остатков, которые служат биомелиоративной прослойкой по регулированию водного режима, с применением мелиоративной и обычной вспашки, рыхления, дискования, выравнивания поверхности.

Каждый из вышеописанных приемов имеет как положительные, так и отрицательные стороны. При проектировании систем приема по созданию мощного пахотного слоя всецело зависит от типа почвы.

Общие физические свойства почвы.Плотность твердой фазы почвы (удельная масса) – отношение массы ее твердой фазы к массе воды в том же объеме при +4⁰С. Величина постоянная. Значение ее изменяется в зависимости от величины гумуса и состава минеральной части почвы. Для дерново-подзолистых почв республики этот показатель колеблется от 2,40 до 2,65 г/см³ для торфяно-болотных – от 0,5 до 1,4 г/см³.

Плотностьпочвы (объемная масса) – масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении, выражают в г/см³. Плотность влияет на режимы почвы и является величиной переменной, как в процессе окультуривания почвы, так и за сезонный период. После рыхления плотность почвы снижается, затем под влиянием осадков, своего веса она увеличивается и достигает равновесной плотности. Наилучшие условия для культур по плотности складываются тогда, когда значение оптимальной и равновесной плотности совпадают.

Повышенная плотность отрицательно влияет на водный режим, газообмен и биологическую активность почвы. От излишней плотности снижается полевая всхожесть семян, уменьшается глубина проникновение корней и их форма. Рост корневой системы при плотности почвы 1,4–1,55 г/см³ затруднен, более 1,60 г/см³ невозможен. Неблагоприятно и очень рыхлое сложение.

Пахотный слой считается рыхлым при плотности – 1,15, плотным – 1,15–1,35 и очень плотным – выше 1,35 г/см³. Полевые культуры по разному относятся к уплотнению почвы. Картофель, кормовые корнеплоды, сахарная и столовая свекла хорошо растут и дают высокие урожаи только на рыхлых почвах. Отношение многолетних трав к плотности почвы зависит от возраста растений. Молодые растения бобовых и злаковых трав, особенно клевера красного, очень плохо переносят уплотнение верхнего слоя почвы. На второй и последующий годы жизни они могут произрастать и на сравнительно уплотненной почве. На рост растений влияет и плотность подпахотного горизонта

Оптимальные значения объемной массы на легкосуглинистых почвах для культур севооборота составляет для ячменя 1,15–1,25, для озимой ржи 1,20–1,30, овса 1,15–1,25, кормовых бобов 1,02–1,30, картофеля 1,00–1,20, кукурузы 1,10–1,40 г/см ³.

Пористость (скважность) почвы. Промежутки между почвенными комочками, из которых состоит твердая фаза почвы, называются порами. Общий объем пор в процентах по отношению ко всему объему почвы называется пористостью или скважностью почвы. Различают некапиллярную и капиллярную пористость. Засчет некапиллярных пор происходит водопроницаемость и воздухообмен. Капиллярные поры определяют запас доступной для растений влаги. Если некапилярная пористость меньше 50%, то резко уменьшается воздухообмен, если она выше 65% снижается водоудерживающая способность почвы.

Соотношение объемов занимавших твердой фазой почвы и различными видами пор называется строением пахотного слоя почвы. Оптимальное соотношение объема твердой фазы почвы и общей скважности для почв тяжелого гранулометрического состава 40–35 и 60–65%, а легкого по объему твердой фазы почвы 50–55% и 45–50% общей скважности.

Строение почвы регулируют улучшением структуры и обработкой почвы. Приемы обработки повышают общую пористость, увеличивая объем некапилярных пор, что улучшает водно-воздушный режим почвы. Однако чрезмерная рыхлость почвы ведет к потере влаги, быстрой минерализации органического вещества. Возникает трудность заделки мелкосемянных культур, требующих неглубокой заделки семян – это лен, клевер, овощные, просо, многолетние травы, поэтому почву уплотняю катками.

Структура почвы.Основным фактором, определяющим сложение почв среднего и тяжелого гранулометрического состава и его устойчивость во времени, является механически прочная и водопрочная структура.

Способность почвы распадаться на агрегаты называется структурностью. Совокупность агрегатов различной величины, формы и качественного состава называется почвенной структурой. В зависимости от диаметра частиц различают глыбистую структуру – комки более 10 мм, макроструктура – от 0,25 до 10 мм, микроструктура – мене 0,25 мм. Наиболее встречаемые формы агрегатов – это зернистая, комковатая, глыбистая, пылеватая структура. В агрономическом отношении для пахотных земель наиболее ценной считается зернистая и комковатая с диаметром агрегатов от 0,25 до 10 мм.

Структурные почвы имеют развитые капиллярные поры, которые впитывают влагу, а промежутки между ними заполнены воздухом. Это усиливает развитие корней растений, работу микроорганизмов по разложению органических веществ до азотного и зольного питания. Структурные почвы не заплывают, имеют слабый поверхностный сток, не требуют больших усилий по обработке. Испарение из структурной почвы происходит медленно из-за широких промежутков между комочками, а отсюда и запас воды.

В бесструктурную почву влага впитывается медленно, а значительная её часть теряется вследствие поверхностного стока. Поверхность бесструктурной почвы при увлажнении заплывает, а при подсыхании уплотняется, образуя корку, газообмен между почвой и атмосферным воздухом нарушается.

Агрономически ценная структура характеризуется такими показателями как размер частиц, водопрочностью и позорностью агрегатов.

Водопрочность структуры называется ее способность противостоять размывающему действию воды. Почвы с высокой водопрочностью структуры длительное время сохраняют благоприятное сложение, достигнутое первое же обработкой. Опыты показали, что пахотный слой имеет устойчивое сложение, если содержит не менее 40–45% водопрочных агрегатов более 0,25 мм. При меньшем содержании водопрочных агрегатов почва быстро уплотняется под влиянием осадков. Структурная почва имеет рыхлое сложение, меньшую плотность и большую пористость, более 45%, размер агрегатов составляет 0,25–10 мм, внутри комков преобладают капиллярные промежутки, а между комками – крупные некапилярные. Даже при обильном увлажнении в структурной почве в порах между агрегатами сохраняется воздух, корни растений и аэробные микроорганизмы не ощущают его недостатка.

Структура почвы разрушается главным образом под влиянием механических, физико-химическим и биологических факторов. Механическое разрушение структуры происходит в самых верхних слоях, вызывается оно преимущественно почвообрабатывающими машинами; физико-химическое разрушения могут быть вызваны одновалентными катионами, попадающими в почву с осадками, удобрениями; биологические причины разрушения структуры связаны с микробиологическими процессами, при которых происходит разложение гумуса в агрегатах и их разрушениях.

Для создания агрономически ценной структуры и поддержания ее в водопрочном состоянии используют различные агротехнические приемы – посев много летних трав, внесение органических удобрений и известкование, осушение переувлажненных почв, способы обработки почв.

Возделываемые культуры также оказывают определенное влияние на структуру почвы, так на третьем году монокультуры ячменя коэффициент структурности пахотного слоя был равен 1,57, тимофеевки – 1,54 и кормовой свеклы 1,10. Чем выше общая масса корней в единицы объема, тем сильнее она влияет на расчленение слитной почвы на макроструктурные отдельности, действия которых можно сравнить с функцией клиньев. Так на почву многолетние травы существенно влияют только при урожае сена 40–50ц/га и выше, поскольку масса оставляемых корней пропорционально (или равна) массе надземной части. На характер накопления корневой массы большое влияние оказывает глубина заделки удобрений и способы обработки почвы. Гумусовые вещества, особенно свежеобразованные, обладая склеивающей способностью, оказывают большое влияние на образование агрономически ценной связной водопрочной и пористой структуры почвы.

Физико-механические свойства почвы.Пластичность – способность почвы под действием внешних сил сохранять форму. Проявляется при сильном увлажнении особенно на глинистых почвах.

Связность – способность почвы противостоять направленным на нее силам. Невысокую связность имеют песчаные и структурные почвы. Гумус в тяжелых суглинистых и глинистых почвах уменьшает их связность, в легких песчаных – несколько увеличивает.

Набухание – увеличение объема почвы при увлажнении, а усадка – сокращение объема почвы при высыхании. Песчаные почвы не набухают, глинистые и суглинистые в значительной степени. При изменении этих объемов поверхность почвы трескается, теряется влага, возможен разрыв корневой системы растений.

Спелость. Состояние почвы пригодной для обработки, т. е. когда связность мала и почва не прилипает к орудиям, хорошо крошится.

Твердость – это сопротивление почвы проникновению в нее на определенную глубину твердого тела. Высокая твердость признак плохих физико-химических и агрофизических свойств.

Удельное сопротивление – это усилие потраченное на подрезание пласта, оборот и трение о рабочую поверхность орудия, кг/см². По величине удельного сопротивления почвы делят:

– легкие с удельным сопротивлением 0,2–0,35 кг/см² это песчаные, супесчаные и некоторые торфяные;

– суглинистые с удельным сопротивлением 0,35–0,55 кг/см²;

– тяжелые почвы (глинистые) имеют удельное сопротивление 0,55–0,80 кг/см².

Т а б л и ц а 2.2. Влияние механического состава почвы на удельное сопротивление