Понятие о почве и плодородии, создание культурных почв. Роль почвоведения в развитии естественно - исторических наук

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

Механическая поглотительная способность. Это свойство почвы задерживать в своих порах частицы из фильтрующихся суспензий. Механическое поглощение зависит от гранулометрического состава и сложения почвы. Глинистые и суглинистые почвы поглощают даже тонкодисперсные частицы. У песчаных почв рыхлое крупнопористое сложение, поэтому они слабее поглощают взвешенные частицы.

На механическом поглощении основан прием кольматажа (заиливания) для уменьшения фильтрации воды через  дно и стенки канала. Кольматаж  применяют также для улучшения  водных и физических свойств закамненных и грубозернистых песчаных почв.

Биологическая поглотительная способность. Обусловлена избирательным поглощением растениями и микроорганизмами необходимых для их жизни элементов (азота, фосфора, калия и др.). Усваиваемые ими растворимые соединения превращаются в белковые вещества, нуклеиновые кислоты, клетчатку и другие компоненты живых тканей. Благодаря биологическому поглощению почва систематически обогащается органическим веществом, азотом и зольными элементами питания. При этом значительно уменьшается геохимический сток минеральных удобрений, внесенных в почву.

Химическая поглотительная способность. Этот вид поглотительной способности связан с образованием нерастворимых в воде соединений. При взаимодействии катионов Са²⁺, Al³⁺, Fe³⁺ и отчасти Mg²⁺ с растворимыми в воде сульфатами, карбонатами и фосфатами образуются йерастворимые соединения, выпадающие в осадок. Например, при внесении в почву фосфорного удобрения в результате взаимодействия аниона фосфорной кислоты с катионом кальция выпадает в осадок ортофосфат кальция:

2К₃РО₄ + 3Ca(NО₃)₂ = 6KNO₃ + Са₃(РО₄)₂.

Физическая поглотительная способность. В результате физической поглотительной способности молекулы концентрируются на поверхности  почвенных частиц.

Адсорбцией называют способность  почвы поглощать целые молекулы поверхностью дисперсных частиц. В  основе этого явления лежит сила молекулярного притяжения. Она обусловлена  свободной энергией молекул и  ионов, находящихся на поверхности  твердой фазы почвы. Чем сильнее  степень раздробленности частиц и чем больше их общая поверхность, тем сильнее будет адсорбционная  способность почвы.

Почвой поглощаются различные  соли из растворов и газообразные вещества. При этом некоторая часть  растворимых соединений удерживается от вымывания, а газообразные соединения, например аммиак, от улетучивания в  атмосферу.

Однако такие вещества, как нитраты и хлориды, почвой не поглощаются. Поэтому нитратные  удобрения лучше вносить незадолго  до посева сельскохозяйственных культур  или в виде подкормок. Это предотвратит загрязнение водоемов и обеспечит  более эффективное использование  удобрений.

Физико-химическая поглотительная способность (обменная адсорбция). Это  способность почвы обменивать некоторую  часть катионов диффузного слоя коллоидной мицеллы на эквивалентное количество катионов, находящихся в почвенном растворе. Известно, что минеральные соли и кислоты в почвенном растворе в определенной степени диссоциируют (распадаются) на катионы и анионы. Поскольку большая часть почвенных коллоидов имеет отрицательный заряд, то из раствора поглощаются в основном положительно заряженные ионы, то есть катионы. Обмен катионов почвенного раствора на катионы, находящиеся в твердой фазе почвы, происходит эквивалентно.

К. К. Гедройц установил, что  в почве кроме растворенных в  воде катионов присутствуют нерастворимые  катионы, находящиеся в поглощенном  состоянии. Они связаны с предколлоидной и особенно с коллоидной фракциями.

Почвенным поглощающим комплексом (ППК), по К. К. Гедройцу, называется вся  сумма органических и минеральных  коллоидов почвы вместе с поглощенными ими ионами. Из минеральных почвенных  отрицательно заряженных коллоидов  в ППК входят группа глинистых минералов (монтмориллонит, бейделлит, каолинит, галлуазит и др.), гидроксиды кремния, марганца. Гидроксиды железа и алюминия относятся к амфолитоидам: в кислой среде они заряжены положительно, а в щелочной — отрицательно.

Органические почвенные  коллоиды представлены гумусовыми веществами. Они имеют отрицательный заряд. Кроме того, в ППК входят бактериальные  клетки, а также различные комплексные  органо-минеральные соединения коллоидной природы.

ППК в различных почвах зависит от их гранулометрического  и минералогического составов, от содержания гумуса, то есть от общего содержания коллоидов.

Емкость катионного обмена (емкость поглощения по К. К. Гедройцу) — это максимальное количество обменных катионов, которое может удержать почва в обменно-поглощенном состоянии, выраженное в мг · экв/100 г почвы. Песчаные почвы имеют самую низкую емкость катионного обмена — 1...5 мг • экв/100 г почвы, супесчаные — 7...8, суглинистые — до 15...18, глинистые — 25...30 мг· экв/100 г почвы и выше.

Емкость катионного обмена в гумусовых горизонтах, как правило, выше, чем в материнской породе. Так, в верхнем горизонте чернозема она достигает 50...60 мг • экв/100 г почвы.

В состав поглощенных катионов входят катионы кальция, магния, водорода, калия, натрия, аммония, железа и алюминия. Энергия поглощения катионов зависит  от валентности. Сильнее поглощаются  двухвалентные катионы (Са²⁺, Mg²⁺), слабее — одновалентные (Na⁺, NH₄, К⁺). Ион водорода составляет исключение, его энергия поглощения во много раз превосходит энергию поглощения даже двухвалентных катионов. Поглощение катионов почвой сильно зависит от их концентрации в почвенном растворе. Катионы с большей концентрацией в растворе сильнее вытесняют из ППК другие катионы.

Качественный и количественный состав ППК в почвах разных типов  значительно различается. Так, в  черноземах ППК насыщен главным  образом Са²⁺ и Mg²⁺. Известно, что эти двухвалентные катионы вызывают коагуляцию коллоидов и способны удерживать одновременно две коллоидные частицы. А так как в черноземах содержится еще и достаточное количество гумуса, то в них формируется ценная структура.

В почвах, находящихся к  северу от черноземной зоны, кроме  кальция и магния в ППК присутствует катион водорода, который создает кислую реакцию. В южных почвах наряду с кальцием и магнием присутствует катион натрия.

Особенно много поглощенного Na⁺ в солонцах. Почвы, насыщенные натрием, во влажном состоянии набухают, а при высыхании сильно уменьшаются в объеме, в них возникают вертикальные трещины, образуя столбчатые отдельности.

В зависимости от наличия  поглощенного водорода почвы подразделяются на насыщенные и ненасыщенные основаниями. К почвам, насыщенным основаниями, относят черноземы, каштановые почвы, сероземы. В их поглощающем комплексе находятся только катионы Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺. Ненасыщенные основа

ниями почвы — это подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, болотные и другие почвы таежно-лесной и лесостепной зон. В них наряду с катионами Са²⁺ и Mg²⁺ содержатся катионы Н⁺ и А1³⁺. Степень насыщенности почв основаниями, %, вычисляют по формуле

V=S·  100/(S+H)

где S — сумма поглощенных  оснований, мг • экв/100 г почвы; Н — гидролитическая кислотность, мг · экв/100 г почвы.

Ион алюминия оказывает отрицательное  влияние на рост и развитие сельскохозяйственных растений только в условиях сильнокислой реакции. При наличии в растворе иона водорода ион алюминия становится подвижным и может появляться как в почвенном растворе, так и в ППК.

Таким образом, свойства почвы  в значительной степени зависят  от состава обменных катионов. Почвы, содержащие Са²⁺ и Mg²⁺, имеют реакцию, близкую к нейтральной, они хорошо оструктурены и обладают благоприятными физическими свойствами. Почвы, в ППК которых наряду с Са²⁺ и Mg²⁺ содержится значительное количество Na⁺, имеют щелочную реакцию, плохо оструктурены и трудно поддаются обработке.

Для почв, не насыщенных основаниями, характерны кислая реакция и слабая структура.

Степень поглощения анионов  почвой зависит от природы аниона, состава коллоидов и реакции  среды. При химическом поглощении анионы фосфорной кислоты взаимодействуют  с кальцием, алюминием и железом. Образующиеся нерастворимые фосфаты  кальция, алюминия и железа накапливаются  в почве в виде осадков. Физико-химическое поглощение анионапроисходит при взаимодействии его с диффузным слоем полуторных оксидов и потенциалопределяющим слоем отрицательно заряженных коллоидов. При этом повышается емкость обмена и усиливается поглощение катионов. В кислой среде активность полуторных оксидов повышается, поэтому усиливается поглощение аниона фосфорной кислоты.

Поглощение фосфат-иона почвами имеет отрицательное и положительное значения. С одной стороны, анион поглощенный обменным путем, со временем теряет активность к обмену, а образовавшиеся при химическом поглощении труднорастворимые осадки также малодоступны для растений. С другой стороны, фосфатный ион при всех видах поглощения извлекается из большого геологического круговорота и удерживается в почве. Для более эффективного использования фосфорных удобрений их вносят в почву в гранулированном виде, в результате чего анион фосфорной кислоты может потребляться корнями растений более длительный период. Порошковые формы фосфорных удобрений быстро переходят в недоступные для растений соединения.

№ 124 Природные условия черноземно – степной зоны. Структура почвенного покрова.

 
Климат. Зона черноземов характеризуется значительным разнообразием природных условий в связи с большой протяженностью с запада на восток и с севера на юг. Черноземные почвы распространены в лесостепных и степных зонах. Климат суббореальный умеренно теплый. При движении с запада на восток континентальность и сухость возрастают, а количество тепла и осадков снижается. В восточной части зоны наблюдается дефицит влаги. В южноевропейской части зоны почвы формируются в условиях короткой, теплой и влажной зимы, теплого лета и сухой осени. Среднегодовая температура воздуха составляет 8...10°С, января —15...—5 °С, июля 20...23 °С. Осадков выпадает 400...650 мм в год. Почвы почти не промерзают.

В Восточной Европе среднегодовая  температура воздуха 4...11°С, января —7...13°С, июля 19...21° С. Количество осадков составляет 350...600 мм в год, а в Поволжье выпадает всего 350...450 мм. Почвы промерзают до глубины 100 см и находятся в замерзшем состоянии до 4 мес.

В Западной Сибири, Северном Казахстане и Восточной Сибири черноземы  формируются в условиях резко  континентального климата. Среднегодовая  температура в основном отрицательная, особенно в Восточной Сибири (—1...—3 °С). Лето короткое с температурой самого теплого месяца до 20 °С. Зима малоснежная  или почти бесснежная с температурой самого холодного месяца от —18...—20 °С в Северном Казахстане до —21 ...—28 °С в Восточной Сибири. Осадков выпадает не более 300...350 мм в год. Почвы промерзают до глубины 3,0...3,5 м.

С запада на восток уменьшаются  количество безморозных дней (от 200 до 100...110) и сумма температур выше 10 °С (от 2300...3500 °С до 1400...2300 °С). Осадки выпадают преимущественно летом — 30...40 % в европейской части и до 50 % в азиатской, причем часто в виде ливней, в результате чего усиливается поверхностный сток. Тип водного режима в основном непромывной и периодически промывной. Коэффициент увлажнения колеблется от 0,7... 1,3 в западных и центральных европейских областях до 0,50...0,45 в Поволжье и азиатских регионах.

Рельеф и почвообразующие  породы. В восточноевропейской части России значительные площади заняты равнинами с покровными суглинками и глинами (Придунайско-Причерноморская низменность, равнины в бассейне Кубани, Окско-Донская равнина, Приднепровская низменность, равнины Южного Прикамья, наклонные предгорные равнины восточного Предкавказья). Наиболее крупные возвышенности — Донецкий кряж, Среднерусская, Волыно-Подольская, Приволжская, Ставропольская, Приазовская, Общий Сырт сильно расчленены овражно-балочной сетью. Высота низменностей около 100м, а возвышенностей — преимущественно 200..,300 м. Характерны асимметричные террасированные долины рек Днепра, Дона, Волги и их притоков, в левобережье которых распространены песчаные отложения, а также отчетливая асимметрия междуречий. В степях встречаются курганы, особенно много их в Полтавской и Харьковской областях. На плоских междуречьях наблюдаются западины, поды, лиманы, блюдца. Местами по склонам долин развит оползневый рельеф. Из микрорельефа доминируют холмики землероев (байбачины, сурчины) диаметром до 1 м и высотой до 0,5 м и более.

Растительность. Естественная растительность в лесной и степной зонах сохранилась частично лишь по балкам, речным террасам, в заповедных местах. В прошлом в лесостепи леса чередовались с луговыми степями. В европейской части России лесные участки представлены широколиственными породами, в основном дубом с липой, ясенем и кленом, в Западной и Восточной Сибири — по колкам березой с примесью осины и ивы. Луговые и разнотравные степи отличаются высокой видовой насыщенностью. Здесь преобладает разнотравно-злаковая густая растительность. Так, в европейской лесостепи развиты типчак, тонконог, ковыли (в основном волосатик), кострец, шалфей, лядвенец, колокольчики, зопник, ясменник, тимьян Маршалла и обыкновенный, клевера, желтая люцерна и др. В Восточной Сибири, например в Красноярской лесостепи, основные растения луговой степи — прострел желтеющий и ирис-узик. Из злаков доминируют типчак ложноовечий, овсец пустынный и Шелля, тимофеевка степная, мятлики (узколистный, степной, луговой), тонконог стройный, ковыль красный; из разнотравья — крестовник цельно-листный, астра альпийская, подмаренник желтый и другие лугово-степные и луговые виды.