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.
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.
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).
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).
- Агрономическое и мелиоративное значение структуры почв
- Физические показатели твердой фазы почвы
- Министерство Сельского хозяйства Саратовского края провело презентацию продуктов, которые производятся местными кондитерскими предприятиями
- Способы сохранения и повышения содержания гумуса в почвах
- Содержание и состав гумуса в почвах
- Роль органических веществ почвы в питании и развитии растений
- Взаимодействие органического вещества с минеральной частью почвы
- Органическое вещество почв специфической природы
- Органические вещества почв неспецифической (индивидуальной) природы
- Органическое вещество почв