Поиск

Факторы образования структуры почв
28.10.2015

Современные представления о факторах образования агрономически ценной структуры почв обязаны главным образом исследованиям советских ученых, среди которых необходимо отметить имена В.Р. Вильямса, К.К. Гедройца, А.Н. Соколовского, А.Ф. Тюлина, И.Н. Антипова-Каратаева и их последователей. В соответствии с результатами исследований, проведенных этими учеными, факторы образования агрономически ценной структуры почв подразделяются на физико-механические, физикохимические, химические и биологические.
Физико-механические факторы. В числе физико-механических факторов образования структуры почв необходимо прежде всего отметить роль давления. При разрастании корней, движении животных и насекомых, их работе по сооружению камер и нор происходит давление на почвенный мелкозем, что способствует его агрегированию. В этом же направлении действует набухание и увеличение объема почв во влажном состоянии.
Последующее высыхание почвенной массы сопровождается уменьшением объема, образованием трещин, развитием высокого (до 200 кг/см2) внутрикапиллярного давления. Попеременное набухание и сжатие почвенной массы является одним из механических факторов структурообразования. Сходно влияет замерзание почвенной воды с увеличением объема и давления, сменяющееся оттаиванием льда и уменьшением давления.
Вся система обработок почв является средством физико-механического оструктуривания почв на вегетационный период. Однако структурные агрегаты, возникающие под влиянием только физико-механических факторов, преимущественно бывают нестойкими в воде, поскольку при таком структурообразовании не происходит коренного изменения состояния почвенных коллоидов.
Физико-химические факторы. Значительно большая роль в структурообразовании принадлежит факторам физико-химическим. В природной обстановке трудно отделить физико-химические факторы структурообразования почв от физико-механических, они во многих случаях переплетаются.
Из числа физико-химических факторов в структурообразовании наибольшее значение имеют процессы коагуляции глинисто-коллоидных веществ, находящихся в почве. Коагуляция может быть обратимой и необратимой. Последняя приводит к образованию водоустойчивых агрегатов.
По данным А.Ф. Тюлина, необратимая коагуляция коллоидов в почвах вызывается двухвалентными и трехвалентными поглощенными катионами (алюминий, железо, кальций), взаимной коагуляцией положительно и отрицательно заряженных почвеных коллоидов. Так, например, коллоидные соединения алюминия и железа, с одной стороны, и коллоидные соединения кремнезема и гумуса, с другой, в результате взаимной коагуляции дают прочные коагели. Необратимая коагуляция почвенных коллоидов происходит также в процессе замерзания и размерзания, высыхания и дегидратации почвенных гидрогелей с необратимой потерей ими воды и постепенной кристаллизацией. Очевидно, хорошо известное структурообразующее влияние процессов замерзания и размерзания, попеременного увлажнения и высыхания почв обязано дегидратации и кристаллизации почвенных гелей, коллоидных пленок, облекающих первичные механические частицы почв.
Однако процессы коагуляции в почвах часто бывают обратимыми. Так, коагуляция глин и почвенных коллоидов, вызванная высокой концентрацией солей натрия и калия, ведет к образованию структурных агрегатов, но эти агрегаты неустойчивы в воде. Вследствие обратимости коагуляции в этих случаях происходит диспергирование свернутых ранее коллоидов. Если при орошении почв происходит постепенное подщелачивание среды и обменный кальций замещается обменным натрием, структурные агрегаты в почве распадаются под влиянием диспергирования коллоидного материала почв.
Физико-химические факторы структурообразования связаны с присутствием в почвах минеральных и органических коллоидов. Наибольшее значение принадлежит органическим коллоидам — гумусу. Структурность почв и водопрочность структурных отдельностей обычно тем выше, чем больше гумуса содержит почва (табл. 62). Однако, как показал А.Н. Соколовский, решающее значение имеет не общее содержание гумуса, а количество необратимо коагулированного коллоидного гумуса, названного им «пассивным». С другой стороны, Ф.Ю. Гельцер установила, что устойчивое возобновление структуры обусловлено присутствием свежего органического вещества. Е.Н. Мишустин обнаружил структурообразующую роль бактерий.

Факторы образования структуры почв

Аналогичные факты установлены американскими исследователями (табл. 63). Как в лесных почвах, так и в почвах прерий структурность лучше у целинных высокогумусных почв. Распашка ведет к резкому уменьшению гумуса и сильной дезагрегации и распылению почв.
Факторы образования структуры почв

Химические факторы. Известное структурообразующее значение принадлежит к чисто химическим факторам. Появление в процессе выветривания и почвообразования некоторых новых химических соединений, переходящих в нерастворимую форму, может вызывать образование водоустойчивой почвенной структуры. Так, накопление в почвах углекислого кальция, силикатов магния, силикатов железа — т. е. нерастворимых или малорастворимых соединений — способствует цементации первичных механических элементов, их склеиванию и образованию водоустойчивых агрегатов. Структурообразующее влияние могут оказывать такие легкорастворимые химические соединения, как гипс, сернокислый натрий, хлористый натрий и другие. Однако высокая растворимость этих соединений приводит лишь к образованию агрегатов, неустойчивых в воде («псевдоагрегатов»).
Биологические факторы. Наибольшую роль в структурообразовании почв следует отвести биологическим и биохимическим факторам. Выше было отмечено, что структурность почв и водопрочность структуры тесно связаны с накоплением в почвах гумуса и деятельностью микроорганизмов. Как показали исследования Ф.Ю. Гельцер, особенно высокий структурообразующий эффект в почвах вызывает гидролизуемая органика (гемицеллюлозы, целлюлоза, белки). Активное структурообразование обязано непрерывной жизнедеятельности почвенных бактерий и грибов, появлению и накоплению в почве продуктов их жизнедеятельности и продуктов автолиза их клеток.
В ряде интересных экспериментальных исследований Ф.Ю. Гельцер, Е.Н. Мишустину и другим удалось доказать огромную роль свежего органического вещества и микроорганизмов в образовании почвенной структуры (табл. 64).
Факторы образования структуры почв

Известно, что структура почв обладает сезонной возобновляемостью. Очевидно, ежегодное появление структурных агрегатов в почве обусловлено сезонной активизацией жизнедеятельности микроорганизмов, перерабатывающих вновь образованные остатки растений и животных в почве в деятельный гумус.
К числу биологических факторов структурообразования необходимо также отнести воздействие червей, личинок и насекомых. Поглощая минеральные и органические вещества почвы, пропуская их через желудочно-кишечный тракт, обогащая при этом почву продуктами своей жизнедеятельности, животные этой группы, как установлено Дарвином, Вольни и многими другими, способствуют структурообразованию почв.
Однако не всякая деятельность организмов ведет к структурообразованию. Полное аэробное разложение органических веществ в почве под совокупным влиянием макро- и микроорганизмов не способствует накоплению в почве гумуса и не может вызвать интенсивного образования водоустойчивых структурных агрегатов. Это явление характерно для почв полупустынь и пустынь.
Наилучшие условия для структурообразования, по В.Р. Вильямсу, создаются в результате перемежающихся процессов аэробного и анаэробного разложения органического вещества в почве. В этих случаях не происходит полной минерализации органических веществ, появляются органические коллоидные соединения, которые под действием поглощенного кальция, противоположно заряженных минеральных коллоидов, либо же под воздействием высушивания или замерзания необратимо коагулируют и способствуют структурообразованию.
Подобные условия складываются под покровом травянистой растительности в луговых, лугово-черноземных почвах и черноземах. Перегнойно-карбонатные почвы, развитые на продуктах выветривания известняков в условиях влажного климата, также отличаются прекрасной зернистой водопрочной структурой (ее образование связано с накоплением большого количества коагулированного кальцием гумуса). Красноземные почвы влажных субтропиков имеют водоустойчивую структуру, образование которой обязано не накоплению гумуса, а процессам необратимой взаимной коагуляции положительно заряженных коллоидов полуторных окислов и отрицательно заряженных коллоидных соединений кремнезема.
Малогумусные почвы пустыни (сероземы) и полупустыни (бурые и каштановые почвы), отличающиеся щелочной реакцией, неблагоприятной для необратимой коагуляции коллоидов, обладают лишь слабо выраженной структурностью.
Большая часть орошаемых территорий России расположена в области сухих степей, пустынь и полупустынь, поэтому для орошаемого земледелия приобретает особенно большое значение борьба за образование и сохранение комковато-зернистой водопрочной структуры.
Различного рода засоленные почвы, как правило, не обладают водоустойчивой агрономически ценной структурой, в связи с чем возникает задача искусственного оструктуривания и улучшения физических свойств засоленных и солонцовых почв. Кислые болотные и подзолистые почвы вследствие малой гумус но сти и отсутствия условий для необратимой коагуляции минеральных и органических коллоидов также отличаются плохой структурой.
На рис. 62 приводятся обзорные данные Н.И. Саввинова, иллюстрирующие рассмотренные положения о глубоких различиях в оструктуренности почв России. К сходным выводам позже пришел известный американский почвовед-физик Бавер. Его графики напоминают диаграмму Н. И. Саввинова (рис. 63) и отчетливо показывают существование двух оптимумов структурообразования: один у черноземновидных почв, другой у аллитных (латеритных).
Факторы образования структуры почв