Как изменяется структура почвы при ее обработке

Обновлено: 05.10.2024

От плодородия почвы зависят густота растительности и богатство урожая. На скудном почвенном покрове растения замедляются в росте, деформируются и вянут. Существует несколько способов, как улучшить почву на участке.

Состав почвы

Структура почвы — показатель ее плодородия. Структурированная земля не заболачивается, пропускает воздух и минеральные вещества. Ее легко возделывать. Из такой почвы растения получают необходимые микроэлементы, влияющие на их рост и развитие.

В состав почвы включаются:

Высадка растений — один из способов, как улучшить почву

Определяемся с составом почвы

Прежде чем начинать улучшать структуру почвы, необходимо определиться с ее типом. Землю подразделяют на три вида - легкую, среднюю и тяжелую.

Песчаные и супесчаные - это первый вид, суглинистые - средний, а глинистые - это тяжелые виды почвы. Определить какой тип можно довольно просто. Для этого надо взять немного земли в руки, добавить воды и попытаться сформировать из этого состава шар. Если не выходит - у вас песчаная почва. Если же шар удался, но сделать "колбаску" не получилось, то у вас супесчаная почва. Вышла "колбаска", но нельзя свернуть ее в колечко - у вас легкосуглинистый состав. А если колечко удалось сделать, но оно легко ломается, то среднесуглинистый. Колечко начинается трескаться - это тяжелый суглинок, а вот если форму можно сделать любую, то это глина.

Для улучшения почвы смешивают механические составы земли: в глинистую почву подмешивают песок, в суглинок — перегной, в песчаную — глину. Пропорции соблюдают 2 : 1.

Еще один способ определить состав почвы - посмотреть на растения, которые растут на этой почве. Подробно про это написано в статье Растения-индикаторы.

Почему структура почвы ухудшается

Многие удивляются тому, что в лесу и на лугах никто не удобряет почву, не поливает, а растения растут лучше, чем при постоянном уходе в огороде. Как же так? Все дело в том, что почва и ее состав - это 80% успеха при выращивании растений. А природа устроила все таким образом, что почва всегда плодородна. Давайте разберемся почему это так происходит, и почему человек является главной причиной ухудшения состава почвы.

Пористость

Основная характеристика почвы — пористость. Она нормализует водный и воздушный баланс. Оптимальный показатель пористости — 50 % от объема почвы. Снижение показателя указывает на недостаточность влаги и воздуха в земляном покрове, что сказывается на росте растений.

Если мы еще раз обратимся к природе, то заметим, что в лесу или на лугах при отсутствии полива растения прекрасно растут и дают урожай. Дело в том, что при хорошей пористости почвы, в ней осуществляется "автополив" - в порах за счет перепада дневной и ночной температуры образуется конденсат, который прекрасно справляется с функцией полива.

Почему почва теряет пористость и становится плотной, как камень? Все дело в том, что мы перекапываем почву. Да-да! Кажется, что если чаще перекапывать почву, она станет только мягче, а на самом деле все выходит наоборот. Дело в том, что в земле, как и везде на нашей планете, живут микроорганизмы. Их задача - создавать ту самую пористость земли. Эти микроорганизмы перерабатывают органические остатки в земле - листья, ветки, остатки корней и так далее. Когда эта органика исчезает, на ее месте остается пустое пространство, таким образом получаются поры.

Эти бактерии могут быть аэробными, то есть они дышат кислородом и живут в верхних слоях почвы, а также анаэробными - это те, которым кислород противопоказан, и они живут в глубине. При перекопке мы переворачиваем слои почвы, и анаэробные бактерии оказываются на поверхности, а аэробные - в глубине, так они и гибнут. А мы вместо хорошей почвы получаем то что получаем.

Какой же выход? Если земля абсолютно целинная, то перекопать ее, конечно, в первый раз необходимо. Если же земля уже давно в работе, то необходимо переходить на рыхление с восстановлением микробиотического баланса в почве. Это помогут сделать ЭМ-препараты.

ЭМ технологии придут на помощь истощенной земле

Наличие гумуса в почве

Гумус - это плодородная часть почвы, которая и дает весь состав полезных элементов для растений. В природе земля пополняется гумусом за счет перегнивания опавшей листвы и природной переработки органики микроорганизмами и дождевыми червяками. Вот еще одни помощники садовода-огородника. Если в почке нет дождевых червяков, считай, что это бедная почва. Все дело в том, что червяки пропускают через себя почву, перерабатывая ее в гумус, а ходы, которые они оставляют в земле создают необходимую пористость. Про то, каким образом увеличить у себя на участке поголовье этих помощников читайте в нашей статье про дождевых червяков здесь.

Для улучшения структуры почвы необходимо использовать еще вот такие агротехнические методы :

- Посев сидератов. Горчица, рапс, сурепица — естественные удобрения, которые выращивают на участке для восстановления структуры почвы, обогащения ее микроэлементами. Сидераты быстро набирают зеленую массу, которую срезают и заделывают в землю или оставляют на поверхности в виде органического удобрения. Корни растений меняют структуру почвы, увеличивая водный и воздушный обмен. Некоторые виды сидератов, например, горчица, обогащают почву фосфором и гликозидами. (Гликозиды – это такие вещества, которые не дают сорнякам развиваться). А содержащиеся в сидератах эфирные масла не дают развиваться вредным микроорганизмам, являются профилактикой корневой гнили, парши. (Про горчицу как сидерат подробно здесь).
- - Внесение органических удобрений. Конский навоз, куриный помет, коровья мочевина обогащают землю, повышая плодородие. Вносят удобрения ранней весной или поздней осенью. Органика смешивается с почвенной структурой до появления всходов. (Про то, как вносить навоз читайте здесь). Если же у вас проблемы с навозом, не беда! Есть абсолютно прекрасные заменители навоза, которые вы сможете легко найти и использовать. Это и ботва, и остатки травы, и даже одуванчики, не говоря уже про обычный компост. (Про них подробно здесь).
  - - Мульчирование. Покрытие поверхности почвы свежескошенной травой, рубленым сеном, опавшими листьями, опилками или соломой улучшает структуру земли. Перегнивая, мульча обогащает почвенный покров микроэлементами, которые необходимы для гармоничного развития культур. В природе опавшая осенью листва к весне исчезает - при помощи невидимых помощников она превращается в гумус. (Про правила мульчирования читайте здесь).
    Мульчирование - это хорошее подспорье для улучшения почвы
    
    Улучшает структуру почвы высадка растений. На глинистую землю сажают влаголюбивые культуры: вишню, малину, свеклу, розы. Песчаные почвы - необходимо посадить сливы, морковь, картофель, подсолнухи. На известковых почвах произрастают топинамбур, астры, ежевика, огурцы. Кислую почву любят петрушка, щавель, фиалка.
    
    Гармоничное развитие растений на участке зависит от состояния почвенного покрова. Существует несколько способов, как улучшить почву. Необходимо выбрать тот, который подходит для конкретного участка земли.
    
    Не забывайте, что на состав почвы и гармоничное развитие растение влияет еще и кислотность почвы. Кислые почвы редко подходят для садоводства, потому что большая часть овощей и фруктов предпочитает щелочной или нейтральный состав. Есть ограниченное количество растений, например, вересковые (голубика, азалия, гортензия, рододендрон), которые предпочитают кислую почву. Про это читайте в нашей статье про известкование почвы.
    
    Орудия обработки воздействуют на почву чисто механически и поэтому изменяют преимущественно ее физические свойства: плотность; размеры и форму почвенных агрегатов; общий объем, размеры и соотношение различных пустот, пор и капилляров; размеры органических остатков; взаиморасположение и степень соприкосновения почвенных фаз и их компонентов.
    
    Специфическое воздействие оказывает обработка на живую фазу почвы. Живые организмы при физическом воздействии на них часто погибают. При изменении сложения обрабатываемого слоя и перемещении в его пределах живых организмов значительно изменяются условия их существования, которые также могут привести к их гибели. Для некоторых групп организмов условия жизни улучшаются, это культурные растения, некоторые группы микроорганизмов, отдельные представители мезо - и макрофауны.
    
    Значительное воздействие оказывает обработка на газовую фазу почвы. В результате рыхления, крошения, оборачивания усиливается доступ атмосферного воздуха в почву, особенно в глубокие слои, что может существенно изменять состав почвенного воздуха и окислительно-восстановительные условия. Обработка оказывает влияние на распределение и состав воздуха не только в различных слоях почвы, но и на поверхности и внутри почвенных агрегатов, изменяя их размеры, плотность и форму.
    
    Очень незначительное влияние при однократном воздействии оказывает обработка на гранулометрический и химический состав почв, на содержание и состав органического вещества, разрушая частицы (реже вызывая их соединение), но при многократном физическом воздействии на некоторые почвы такое влияние может быть существенным.
    
    При механическом воздействии на почву, особенно при ее перемешивании и оборачивании, существенно изменяется морфологическое строение почвы. Крошение и перемешивание, проводимые интенсивно (например, при фрезеровании) или многократно повторенные, приводят к гомогенизации почвенного материала, к созданию морфологически однородной почвенной массы.
    
    Во многих случаях обработка приводит к дифференциации почвы по морфологическим признакам, чаще по плотности почвы. Например, при прикатывании верхний слой становится более плотным, при рыхлении — менее плотным. При обработке междурядий, при обработке почвы чизельными плугами, почвоуглубителями, глубокорыхлителями и т. п. почва становится неоднородной по этому показателю в горизонтальном направлении.
    
    Вспашка часто приводит к морфологической неоднородности почвы прежде однородного пахотного горизонта. Например, припахивание подзолистого или иллювиального горизонта на подзолистых почвах, карбонатного на каштановых почвах приводит к ярко выраженной неоднородности по цвету, которая отражает неоднородность почвы по свойствам, определяющим условия жизни растений. Запахивание органических удобрений, остатков растений, химических мелиорантов также приводит к морфологически выраженной неоднородности пахотного горизонта. Особенно большой пестротой отличается пахотный горизонт осваиваемых почв, если при вспашке перемешиваются разнокачественные почвенные слои и горизонты, например при освоении подзолистых почв пахотный горизонт может состоять из черных пятен оторфованной подстилки, белесых — подзолистого горизонта, серых — гумусового, красновато-бурых — иллювиального или переходного горизонтов.
    
    Изменение состояния почв в результате обработки существенно сказывается на режимах и процессах в обрабатываемом слое и в меньшей степени на остальной почвенной массе. Это приводит к изменению свойств почвы и ее плодородия. Обычно обработка в наибольшей степени изменяет водно-воздушный режим почв, причем такое действие может быть как положительным, так и отрицательным, несмотря на то что в задачи обработки входит изменение этого режима только в благоприятную сторону. Но, как известно, задачи обработки часто вступают в противоречие друг с другом, поэтому неблагоприятные последствия обработки необходимо компенсировать другими агроприемами.
    
    Влияние обработки на свойства почвы часто происходит через почвенную биоту. На обрабатываемых почвах активность микроорганизмов, как правило, в несколько раз выше, чем на аналогичных целинных почвах, соответственно здесь выше скорость трансформации веществ и их биологического круговорота. На обрабатываемых почвах малый биологический круговорот уже трудно назвать кругооборотом, так как много веществ, особенно органических, из него исключается. Если не компенсировать эти потери с учетом своеобразия процессов в обрабатываемых почвах, происходит падение их плодородия.
    
    Наиболее показателен в этом отношении пример с использованием черноземов в сельскохозяйственном производстве. При интенсивной распашке их на протяжении текущего столетия потери гумуса в этих почвах составили в зависимости от природных условий и применяемой системы хозяйствования от 20 до 50% и более. Интенсивная обработка и снижение содержания гумуса привели к снижению степени агрегированности почвы, уменьшению содержания наиболее ценной водопрочной зернистой фракции почвенной структуры. Такие изменения сопровождаются увеличением плотности почвы, ухудшением ее водопроницаемости и водоемкости, что заставляет интенсифицировать ее обработку, и, таким образом, образуется порочный замкнутый круг.
    
    Процессы деградации почв, вызванные их распашкой, сходные с теми, что идут на черноземах, имеют место и на других почвах и не только в нашей стране. В почве прерий Северной Америки потери гумуса аналогичны его потерям на черноземах.
    
    Второй мощный фактор деградации почв, вызванный их распашкой — эрозия почв. Водная эрозия и дефляция в той или иной степени затрагивают практически все почвы. Проявление этих процессов в своих крайних выражениях приводит к катастрофическим для почвы последствиям — она может целиком потерять свой плодородный гумусированный слой. Для предотвращения эрозии почв в районах ее интенсивного проявления приходится затрачивать много средств и усилий.
    
    Изменения водно-воздушного и других режимов почв в результате обработки могут вызвать положительные изменения свойств почвы и повышение ее плодородия. Почвы, которые испытывают избыточное увлажнение, часто положительно реагируют на усиление их аэрированности. В. В. Докучаев еще в 1899 г. писал, что подзолистые почвы, безусловно, требуют для сельскохозяйственной культуры усиленного проветривания, что до сих пор не всегда учитывается при разработке систем обработки почв. И. Б. Макаровым (1981) было показано, что дифференциация пахотного горизонта дерново-подзолистых почв, которая приводит к ухудшению с глубиной свойств этого слоя, происходит постоянно и прерывается только механической обработкой почвы. Если почву оставить без обработки длительное время (десятки лет), то дифференциация в конечном счете приведет к приобретению бывшим пахотным горизонтом строения и свойств, сходных с таковыми в аналогичных целинных почвах. Нижняя часть этого слоя приобретает свойства подзолистого горизонта, большую роль в таких изменениях играет элювиально-глеевый процесс. При углублении пахотного горизонта путем глубокого рыхления почвы плугом Мальцева существенно сокращаются периоды переувлажнения нижней части пахотного горизонта, в нем изменяются окислительно-восстановительные условия, что значительно снижает интенсивность элювиально-глеевого процесса. В результате углубления пахотного горизонта увеличивается содержание гумуса, улучшается его качественный состав, уменьшается кислотность, повышается плодородие почвы.
    
    При избыточном увлажнении и создании восстановительных условий в любых почвах затрудняется трансформация органических остатков, в образующемся гумусовом веществе преобладают агрономически наименее ценные фракции, интенсивно идут процессы денитрификации, образуются токсичные для растений соединения. Усиление аэрации почвы с помощью ее обработки позволяет уменьшить или полностью остановить развитие этих отрицательных явлений.
    
    Рациональная обработка почвы может нейтрализовать отрицательные эффекты применения других агроприемов. В других случаях, наоборот, некоторые агроприемы могут компенсировать неблагоприятные последствия обработки. Часто максимальный положительный эффект можно получить, только сочетая определенные агроприемы с наиболее рациональной в данном случае обработкой почвы.
    
    На каштановых почвах сочетание полива и оптимальной обработки приводит к увеличению содержания гумуса, улучшению агрегатного состава почв; в данном случае устанавливаются более благоприятные условия для образования гумусового вещества, что исследователи связывают преимущественно с изменением гидротермического режима почвы. С другой стороны, есть наблюдения, которые констатируют ухудшение свойств каштановых почв при поливе. Причины этого явления могут заключаться в следующем:
    
    А) орошение не сопровождалось соответствующим изменением агротехники, б) недостаточно было изменить только систему обработки, чтобы воздействовать на почвенные процессы в положительную сторону, в) сам режим орошения мог быть далек от оптимального.
    
    Возделывание пропашных культур, сопровождающееся интенсивной обработкой почв и их повышенной аэрируемостью, приводит к потере гумуса в почвах разного типа. Однако в сочетании с повышенными дозами вносимого навоза более интенсивная обработка на дерново-подзолистых почвах способствует более быстрому накоплению гумуса.
    
    На засоленных почвах и солонцах поддержание пахотного горизонта в рыхлом состоянии и глубокое рыхление этих почв способствуют вымыванию солей из пахотного горизонта в более глубокие слои почвы как при орошении, так и при естественном увлажнении.
    
    По данным В. В. Медведева (1982), агрегирующая способность механических элементов длительно распахиваемого чернозема велика, следовательно, потенциальная способность этой почвы к образованию микро - и макроструктуры сохраняется на достаточно высоком уровне. Минимализация обработки имеет большое значение как средство уменьшения отрицательного влияния длительной распашки на агрофизические свойства черноземов. Сочетание рациональной обработки почвы с внесением органических удобрений и другими агромероприятиями способствует восстановлению плодородия черноземов, что часто можно наблюдать на сортоучастках.
    
    Отсюда видно, что влияние обработки на свойства почвы может быть самым различным в зависимости от ее интенсивности, почвенно-климатических условий, режимов увлажнения, возделываемой растительности, количества и качества удобрений. Однако в связи с ограниченностью имеющихся в настоящее время сведений о влиянии обработки на свойства почвы давать какие-либо прогнозы об этом влиянии в каждом конкретном случае затруднительно или даже невозможно. Необходимо расширять исследования в этом направлении и на их основе разрабатывать теорию обработки почвы, которая сейчас находится в неудовлетворительном состоянии.
    
    Система наблюдений должна включать многие показатели физического, химического и биологического состояния почв. Если возможности наблюдателей ограничены, то необходимо прежде всего оценивать наиболее важные для исследуемых почв показатели, существенно влияющие на их плодородие. Например, на почвах засоленных или имеющих опасность засоления необходимо прежде всего следить за солевым режимом, на кислых почвах — за кислотностью и содержанием гумуса, на черноземах и луговых почвах, на орошаемых землях — за их структурным состоянием и т. д. При проведении широких исследований необходимо обязательно наблюдать за гумусным состоянием почв, так как, во-первых, оно является одним из основных факторов, определяющих плодородие почв, во-вторых, многие показатели гумусного состояния сравнительно быстро изменяются при изменении условий почвообразования и являются хорошими индикаторами этих изменений.
    
    Физико-механические свойства почвы — один из важнейших факторов, определяющих качество ее обработки и условия роста и развития культурных растений, уровень их урожайности. Наибольшее значение при этом имеют структура, плотность, твердость и липкость почвы. Эти свойства в сочетании с влажностью определяют готовность почвы к обработке, ее качество и условия жизни растений.
    
    Агрономически ценная комковато-зернистая структура, придавая почве рыхлое сложение, облегчает прорастание и распространение корней растений, а также уменьшает энергетические затраты на механическую обработку почвы. Бесструктурные почвы по сравнению со структурными, обладая большей связностью, оказывают и более сильное удельное сопротивление при обработке.
    
    Плотность и структурность пахотного слоя в значительной степени зависят от гранулометрического состава почвы и ее генезиса. В процессе механической обработки почвы эти характеристики изменяются. Их трансформация направлена на оптимизацию условий аэрации корнеобитаемого слоя почвы.
    
    Наиболее благоприятные условия воздухообмена для роста и развития сельскохозяйственных культур, возделываемых на подзолистых почвах, достигаются при механической обработке почвы, когда общая пористость составляет 45—55 %, некапиллярная 20—25, а капиллярная 25—30 % объема почвы. Оптимизация воздухообмена в корнеобитаемом слое черноземов предполагает повышение общей пористости до 60—65 %, а пористости аэрации до 25 %.
    
    Понижение значений пористости аэрации до 12—15 % объема почвы приводит к снижению урожайности возделываемых культур.
    
    Стабилизация оптимальных значений воздухообмена обрабатываемого слоя почвы во многом определяется структурностью почвы и и водоустойчивостью ее агрегатов.
    
    Оптимальное содержание водопрочных агрегатов (0,25—10 мм) для оподзоленных почв составляет 30—45 %, черноземов 45—60 %. При этом в пахотном слое доля агрегатов диаметром 0,25—30 мм должна достигать 80 %, а глыбистость поверхностного слоя не превышать 20 %. Данный качественный состав почвенных агрегатов позволяет пахотному горизонту длительное время поддерживать задаваемые параметры.
    
    Утрата обрабатываемой почвой агрономически ценной структуры способствует ухудшению ее водно-воздушных свойств.
    
    Пересыхание верхнего слоя приводит к повышению твердости почвы, которая оказывает значительное влияние на обработку почвы, рост корневой системы растений. Достижение критических значений твердости (при уплотнении почвы тяжелой сельскохозяйственной техникой) — 10 кг/см 2 обусловливает приостановку роста корневой системы растений. Это особенно важно для формирования корнеплодов у сахарной свеклы, моркови, клубней у картофеля.
    
    Повышение влажности почвы до определенного предела, когда сила сцепления между частицами почвы становится меньше, чем между почвой и рабочей поверхностью орудия, приводит к появлению липкости почвы. При этом происходит пластичное деформирование почвы. Это приводит к нарушению пористости, замазыванию, образованию корки, глыб и плужной подошвы. Состояние почвы при этом практически необратимо, т.е. не может быть устранено или изменено в короткий срок агротехническими приемами.
    
    Проблема улучшения физико-механических свойств почвы — одна из главных в земледелии, так как от этого зависят увеличение урожайности сельскохозяйственных культур и повышение производства продукции растениеводства.
    
    Множество приемов регулирования физико-механических свойств и восстановления почвенной структуры можно объединить в три большие группы: механические, химические, биологические.
    
    Приемы первой группы включают интенсивную механическую обработку почвы, почвоуглубление, щелевание и т.д. Эти приемы позволяют существенно улучшить физико-механические свойства почвы. Однако действие их кратковременное, и поэтому для достижения продолжительного эффекта необходимо систематическое многократное применение их. Следует отметить, что систематические интенсивные механические обработки способствуют увеличению доли микроструктуры (илистых фракций) в структуре почвы и снижают водопрочность. Следовательно, механические приемы регулирования физико-механических свойств, улучшая почвенные условия роста и развития растений в момент их применения, обусловливают значительное ухудшение их в перспективе.
    
    Приемы второй группы — химические, включают использование для улучшения структуры и физико-механических свойств почвы различных химических веществ, называемых структуроулучшателями. Применение их повышает коэффициент структурности почв. Использование этих веществ перспективно, но ограничено экономической целесообразностью. К приемам этой группы можно отнести известкование кислых почв и гипсование солонцов. В результате известкования почва становится структурной, увеличивается ее водопроницаемость и уменьшается плотность. Извест-106 кованные почвы имеют более благоприятные физико-механические свойства.
    
    Гипсованием устраняют щелочную реакцию солонцовых почв, улучшают их физические свойства и структурное состояние. Твердость и сопротивление при обработке, липкость и другие физико-механические свойства в результате замещения поглощенного натрия кальцием становятся более благоприятными в агрономическом отношении. Однако применением известкования и гипсования нельзя полностью решить проблему улучшения физико-механических свойств и структуры почвы, так как решение ее выходит далеко за пределы кислых и щелочных почв.
    
    Приемы третьей группы — биологические, они направлены на
    повышение содержания органического вещества (гумуса) в поч
    ве. Эти приемы универсальны и долговечны. С увеличением со
    держания гумуса в почве улучшаются не только ее физико-ме
    ханические и химические свойства, но и все почвенные режимы: пищевой, водный, воздушный. Результаты наших исследований свидетельствуют о том, что с повышением содержания гумуса в почве уменьшается ее плотность и повышается устойчивость к различным деформациям. При содержании гумуса в почве 3,7 % и более равновесная плотность почвы устанавливается на оптимальной для культурных растений величине. Такие почвы даже после принудительного уплотнения способны под действием естественных факторов (увлажнение, замораживание, высушивание) к разуплотнению и не требуют рыхления с целью регулирования физических свойств. Почвы с содержанием гумуса менее 3,7 % после принудительного уплотнения не восстанавливают исходной плотности. На таких почвах необходима механическая обработка как средство регулирования физико-механических свойств.
    
    К биологическим приемам регулирования физико-механических свойств почвы относят: совершенствование севооборотов, включающее увеличение доли многолетних трав в структуре посевных площадей; применение сидеральных культур; увеличение объема вносимых органических удобрений; оптимизацию обработки почвы, направленную на уменьшение интенсивности и глубины рыхлений с целью снижения темпов минерализации органического вещества почвы и распыления структуры.
    
    Контрольные вопросы и задания
    
    1. Перечислите физико-механические свойства почвы. 2. Дайте характеристику агрономическиценной структуры. 3. Что такое спелость почвы? 4. Как образуется плужная подошва? Каковы ее вред и пути преодоления? 5. Назовите приемы регулирования физико-механических свойств почвы.
    
    Почва является полидисперсным и пористым телом. Ее твердая часть состоит из частиц различного размера — механических элементов. Они могут находиться в раздельно-частичном (бесструктурном) состоянии или в виде структурных отдельностей (агрегатов).
    
    При любом уплотнении механических элементов и агрегатов между ними всегда имеются поры. С наличием пор и их размером тесно связаны проникновение корней, воды и воздуха, воздухообмен, запас, расход и передвижение влаги, нагревание и охлаждение почвы, интенсивность и направленность микробиологических процессов, т. е. важнейшие показатели плодородия почвы — ее способности обеспечивать растения водой, воздухом, элементами питания и в определенной степени теплом.
    
    Особенности почвы как полидисперсного и пористого тела определяют ее специфические физические свойства. К ним относят структуру, общие физические, физико-механические, водные, воздушные, тепловые свойства почвы. В настоящей главе рассматриваются структура, общие физические и физико-механические свойства.
    
    Физические свойства почвы — важный, а иногда решающий фактор формирования урожая сельскохозяйственных культур и эффективности различных приемов их возделывания.
    
    Агрономическая характеристика структуры
    
    Физические свойства почвы и их влияние на плодородие в большой степени зависят от ее агрегатного состояния. В главе 4 рассмотрена структура почвы как ее морфологический признак.
    
    При изучении физических свойств необходимо знать характеристику структуры с точки зрения агрономии. Агрономически ценной структурой является комковатая и зернистая структура верхних горизонтов почвы размером от 0,25 до 10 мм, обладающая водопрочностью и связностью.
    
    Благоприятное влияние на агрономические свойства почв оказывает и микроструктура при условии ее пористости и водопрочности. Наилучшими являются микроагрегаты размером 0,25-0,05 и 0,05-0,01 мм. Более мелкие забивают поры, ухудшают пористость, воздухо- и водопроницаемость.
    
    Водопрочность – способность агрегатов противостоять разрушающему действию воды. Связность — устойчивость агрегатов к механическому воздействию. Структурной считается почва, содержащая более 55 % водопрочных агрегатов (табл. 32). Важно, чтобы структурные отдельности пахотных горизонтов не разрушались при увлажнении почвы и при механическом воздействии сельскохозяйственных машин и орудий.
    
    32. Шкала оценки структурного состояния почвы (по Долгову и Бахтину, 1966)
    
    Содержание агрегатов 0,25-10 мм, % к веществу
    
    Для бесструктурных почв характерен антагонизм между водой и воздухом. Кроме того, при высыхании бесструктурных почв, особенно тяжелых, они приобретают глыбистое монолитное сложение. Таким почвам значительно труднее придать благоприятное строение пахотного слоя при обработках.
    
    Образование агрономически ценной структуры протекает под воздействием физико-механических, физико-химических, химических и биологических факторов. Физико-механические (и физические) факторы обусловливают крошение почвенной массы главным образом под влиянием изменяющегося давления или механического воздействия.
    
    К ним относятся:
    - Уплотняющее и рыхлящее действие корней
    - Роющих и копающих животных
    - Попеременное высушивание и увлажнение
    - Замерзание и оттаивание почвы
    - Воздействие почвообрабатывающих орудий
    К физико-химическим и химическим факторам относятся коагуляция почвенных коллоидов и цементирующее воздействие ряда почвенных соединений. Клеящими и цементирующими веществами могут служить гумус, глинистое вещество, гидроксиды железа и алюминия, карбонат кальция. Одни минеральные соединения без гумусовых веществ не образуют водопрочных агрегатов.
    
    Основная роль в образовании агрономически ценной структуры принадлежит биологическим факторам — растительности и почвенным организмам. Помимо механического уплотняюще-рыхлящего воздействия корней растительность является главным источником образования гумуса, а гуматы кальция выступают как важнейшие клеецементирующие вещества при возникновении высокопрочных агрегатов. При высоком содержании гуматов натрия образуются неводопрочные очень плотные агрегаты.
    
    Наиболее сильное оструктуривающее воздействие на почву оказывает многолетняя травянистая растительность. Важную положительную роль играют почвенные насекомые и животные, особенно черви.
    
    Утрата и восстановление структуры
    
    Структура почвы динамична. Она разрушается под воздействием механической обработки, передвижения машин и орудий, людей, животных, под ударами дождевых капель. Важнейшие пути уменьшения механического разрушения структуры — обработка почвы в состоянии ее физической спелости, а также минимализация обработок.
    
    Утрата агрегатами водопрочности может быть связана с физико-химическими явлениями — заменой обменных ионов кальция и магния на ион натрия. В этом случае при увлажнении происходит пептизация клеящих гумусовых веществ и, как следствие, разрушение агрегатов. Поэтому приемы химической мелиорации (известкование, гипсование и др.), обогащая почву обменным кальцием, способствуют улучшению структуры.
    
    Биологические причины разрушения структуры связаны с процессами минерализации гумуса.
    
    Восстановление и сохранение структуры почв — важное условие их рационального земледельческого использования, поддержания и повышения плодородия.
    
    Его осуществляют агротехническими приемами:
    - Посев многолетних трав,
    - Обработка почвы в спелом состоянии,
    - Минимализация обработок,
    - Известкование кислых почв,
    - Гипсование солонцов и солонцеватых почв,
    - Внесение органических и минеральных удобрений.
    Водопрочная структура восстанавливается под воздействием как многолетних трав, так и однолетних сельскохозяйственных растений. Однако оструктуривающее воздействие многолетних трав выше.
    
    Они развивают более мощную корневую систему, более длительное время воздействуют на почву, оставляют в почве больше органического вещества (корней и послеукосной надземной массы), благоприятного по составу для деятельности микроорганизмов, образования гумуса.
    
    Из однолетних культур пшеница, подсолнечник, кукуруза образуют мощные корневые системы и оказывают наибольшее положительное воздействие на структурообразование. Лен, картофель, капуста, имеющие слаборазвитые корневые системы, обычно оказывают незначительное оструктуривающее действие на почву.
    
    Большое значение в оструктуривании почв имеет систематическое применение органических удобрений — навоза, торфокомпостов, сидератов. Они являются источником образования гумуса, значительно стимулируют деятельность червей и других представителей почвенной биоты, положительно влияющей на структурообразование.
    
    Улучшение структурного состояния почв возможно также с помощью искусственных структурообразователей, преимущественно различных органических веществ, в частности полимеров и сополимеров, состоящих из производных акриловой, метакриловой и малеиновой кислот.
    
    Общие и физические свойства
    
    К общим физическим свойствам почвы относятся плотность твердой фазы, плотность сложения и пористость.
    
    Плотность твердой фазы
    
    Плотность твердой фазы почвы — отношение массы ее твердой фазы к массе воды при 4°С в том же объеме. Выражается она в г/см 3 . Ее величина определяется соотношением в почве компонентов органической и минеральной частей.
    
    Для органических веществ (опад растений, торф, гумус) плотность твердой фазы колеблется от 0,2-0,5 до 1,0-1,4 г/см 3 , а для минеральных соединений — от 2,1-2,5 до 4,0-5,18 г/см 3 . Минеральные горизонты большинства почв имеют плотность твердой фазы от 2,4 до 2,65 г/см 3 , а торфяные горизонты — от 0,2-0,3 до 1,8 г/см 3 .
    
    Плотность сложения почвы
    
    Плотность (или плотность сложения) почвы — масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Выражается она в г/см 3 . Плотность почвы зависит от минералогического и гранулометрического составов, структуры и содержания органического вещества.
    
    Она может существенно изменяться при обработках, под уплотняющим воздействием передвигающихся машин и орудий. Наиболее рыхлой почва бывает сразу после обработки, затем постепенно уплотняется, и через некоторое время ее плотность приходит в состояние равновесия, т. е. мало изменяется (до следующей обработки).
    
    Верхние горизонты почвенного профиля, содержащие больше органического вещества, лучше оструктуренные, подвергающиеся рыхлению, имеют более низкую плотность, которая вниз по профилю возрастает. Плотность почвы сильно влияет на поглощение влаги и ее передвижение в профиле, газообмен, развитие корней, интенсивность микробиологических процессов, условия существования почвенных насекомых и животных.
    
    Оптимальная плотность корнеобитаемого слоя для большинства культурных растений 1,0-1,2 г/см 3 .
    
    Плотность суглинистых и глинистых почв, г/см 3
    
    Липкость
    
    Способность влажной почвы прилипать к другим телам. Это свойство проявляется в определенных пределах влажности, когда сцепление между почвенными частицами меньше, чем между ними и соприкасающимися предметами. Она определяется силой, требующейся для отрыва металлической пластинки от почвы, и выражается в г/см 2 .
    
    По липкости почвы подразделяют (по Н. А. Качинскому): на предельно вязкие (>15 г/см 2 ), сильновязкие (5—15), средневязкие (2—5) и слабовязкие ( 2 ).Липкость оказывает отрицательное влияние на условия обработки, если состояние влажности и повышенная пластичность почвы вызывают ее прилипание к рабочим частям сельскохозяйственных машин. При этом увеличивается тяговое сопротивление и ухудшается качество обработки почвы
    
    Липкость зависит от гранулометрического, минералогического и химического составов почвы, ее структурности и состава обменных катионов. Наибольшей липкостью обладают тяжелые бесструктурные и слабоострук-туренные почвы; насыщенность ППК ионом кальция снижает липкость, а внедрение в ППК иона натрия увеличивает ее.
    
    Набухание
    
    Увеличение объема почвы при увлажнении. Выражается в объемных процентах от исходного объема почвы. Это свойство связано со способностью коллоидов почвы сорбировать воду и образовывать гидратные оболочки вокруг минеральных и органических частиц.
    
    Набухание наиболее выражено у глинистых минералов с расширяющейся решеткой, что обусловливает не только поверхностную сорбцию воды, но и проникновение ее в межпакетные промежутки минералов.
    
    При этом объем таких коллоидов может увеличиваться в 2 раза. Повышению набухаемости способствует внедрение иона натрия в ППК. Набухание — отрицательное свойство; его проявление может сопровождаться выпиранием почвенной массы, разрушением структурных отдельностей.
    
    Усадка
    
    Сокращение объема почвы при высыхании. Это явление обратно набуханию и зависит от тех же факторов. Чем выше набухание почвы, тем сильнее ее усадка. Выражается она в процентах от объема исходной почвы. Усадка может вызывать разрыв корней, приводит к образованию трещин, что способствует непроизводительной потере влаги за счет испарения.
    
    Связность
    
    Способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить почвенные частицы. Выражают ее в кг/см 2 . Связность обусловлена силами сцепления между частицами почвы, зависит от гранулометрического, минералогического и химического составов, влажности, а также оструктуренности почвы и факторов, ее обусловливающих (гумусированности, состава обменных катионов и др.).
    
    Наибольшей связностью обладают глинистые почвы и почвы, содержащие большое количество обменного натрия. Оструктуренные почвы характеризуются меньшей связностью. Невысокую связность имеют песчаные почвы. Минимальная связность наблюдается при влажности, близкой к влажности завядания.
    
    Физическая спелость
    
    Состояние почвы, при котором она хорошо крошится на комки, не прилипая к орудиям обработки. Она определяется влажностью почвы и зависит от тех же факторов, что связность и липкость. Для среднесуглинистых почв физическая спелость наступает при следующей их абсолютной влажности (в%): дерново-подзолистые — 12-21, серые лесные—15—23, черноземы — 15—24, каштановые — 13—25, каштановые солонцеватые — 13—20.
    
    С утяжелением гранулометрического состава интервал физической спелости почв во времени и по показателям влажности становится уже. Помимо физической спелости выделяют биологическую спелость, которая характеризуется таким температурным состоянием почвы, при котором активно развиваются биологические процессы (деятельность почвенной биоты, прорастание семян и др.). Для большинства почв она близка к 10 °С.
    
    Твердость
    
    Свойство почвы в естественном залегании сопротивляться сжатию и расклиниванию. Выражается она в кг/см 2 . Измеряется при помощи твердомеров. Ее показатели колеблются от 5 до 60 кг/см 2 и выше. Высокая твердость почвы — показатель плохих ее агрофизических качеств.
    
    Твердость зависит от влажности, гранулометрического состава, оструктуренности, состава поглощенных катионов, содержания гумуса. С понижением влажности почвы твердость возрастает. Почвы хорошо гумусированные и структурные имеют меньшие показатели твердости, чем малогумусные и бесструктурные.
    
    Насыщение ППК кальцием снижает твердость, а внедрение натрия в ППК значительно повышает ее. Так, у черноземов твердость в 10—15 раз ниже, чем у солонцов. Высокая твердость увеличивает тяговое сопротивление при обработке, снижает всхожесть семян, затрудняет проникновение корней растений.
    
    Удельное сопротивление
    
    Усилие, затраченное на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. Измеряют сопротивление почвы в килограмме, приходящемся на 1 см 2 поперечного сечения пласта, поднимаемого плугом.
    
    В зависимости от гранулометрического состава, физико-химических свойств, влажности, характера угодья удельное сопротивление почвы может изменяться от 0,2 до 1,2 кг/см 2 .
    
    От удельного сопротивления почвы зависят затраты на ее обработку; с этой величиной связана норма выработки машинно-тракторного парка, расход топливно-смазочных материалов.
    
    Приемы регулирования общих физических и физико-механических свойств почв
    
    Для регулирования физических и физико-механических свойств почв в соответствии с требованиями растений и выбора наиболее эффективной технологии их возделывания агроному необходимо дать оценку параметрам этих свойств, а также оценить роль отдельных факторов в их формировании.
    
    Поскольку гранулометрический и минералогический составы трудно поддаются изменениям при земледельческом использовании почв, следует учитывать главным образом их значение при выборе приемов регулирования физических и физико-механических свойств почв:
    1. Выбор оптимальных сроков обработки почв разного гранулометрического состава в зависимости от их влажности.
    2. Применение рыхления подпахотного слоя на тяжелых почвах.
    3. Дифференцированное осуществление прямых приемов их изменения (внесение органических удобрений, культура сидератов, регулирование состава обменных катионов и др.).
    Сильное отрицательное влияние на физические и физико-механические свойства почвы оказывает тяжелая техника. Уплотняющее воздействие на почву может проявляться до глубины 50-80 см, а наиболее резко оно сказывается на плотности и порозности пахотного слоя.
    
    По подсчетам разных авторов, при возделывании зерновых культур уплотняющему воздействию подвергается от 30 до 80 % площади поля, при этом значительная часть двукратному и более.
    
    В результате уплотняющего воздействия техники снижается порозность, особенно некапиллярная, ухудшаются условия для проникновения корней, уменьшаются водообеспеченность растений и аэрация, содержание нитратов в почвенном растворе.
    
    Следствием такого ухудшения физических свойств является значительное снижение урожая. Даже при однократном проходе техники урожай зерновых на следах прохода колес машин уменьшается до 50—60 %. Особенно сильно ухудшаются физические свойства на тяжелых слабооструктуренных почвах с повышенной влажностью (почвы таежно-лесной зоны, орошаемые земли).
    
    Ослабления вредного уплотняющего воздействия тяжелой техники на почву достигают:
    - Применением современных технологий возделывания культур, сокращающих количество проходов агрегатов по полю.
    - Строгим соблюдением оптимальных сроков проведения полевых работ с учетом состояния влажности почвы, ее физических и физико-механических свойств, осуществлением мероприятий по их улучшению.
    - Использованием активных приемов по борьбе с уплотнением (глубокое рыхление).
    Важное значение также имеют применение существующих и разработка новых машин и агрегатов с минимальным уплотняющим воздействием на почву (широкозахватные и комбинированные агрегаты с многоцелевыми рабочими органами, машины и агрегаты на гусеницах и шинах низкого давления и др.).
    
    Читайте также: