Страница 9 из 26
По специфическим свойствам и химическому составу выделяют следующие основные почвенные горизонты:
♦ перегнойно-аккумулятивный горизонт – самый верхний, темноокрашенный, богатый гумусом, содержащий основную массу корней растений, почвенных животных и микроорганизмов;
♦ горизонт вымывания (элювиальный) – в нем накапливаются, аккумулируются и преобразуются вещества, поступающие из верхнего горизонта;
♦ иллювиальный горизонт, в пределах которого поступающие из верхних горизонтов органические кислоты вступают в химические реакции с минералами;
♦ материнская порода (почвообразующий горизонт) – материал ее постепенно преобразуется в почву.
Горизонты почв, отличающиеся по свойствам, формируют вертикальный почвенный профиль.
Мощность почвы характеризует степень близости подстилающей материнской породы – подпочвы, влияющей на распространение корней.
Почва относится к основным биологическим экологическим факторам существования и формирования биосферы – эдафическим, которые характеризуются и определяются ее механическим и химическим составом, рыхлостью, структурой, водопроницаемостью, влажностью, аэрируемостью.
Состав почвы. Почва состоит из трех фаз: твердой, жидкой, газообразной.
Твердая фаза занимает около 50 % объема почвы. Остальную часть занимают поры, заполненные водой или воздухом. Твердую фазу почвы формируют частицы различных размеров: от обломков пород, достигающих десятков сантиметров, до коллоидных частиц в сотые доли микрона. Благодаря малым размерам коллоиды почвы имеют огромную суммарную поверхность (6000 м2 в 1 см3 почвы). Этим свойством объясняется высокая адсорбционная способность коллоидов – способность удерживать подвижные соединения химических элементов.
Важнейшей частью почвы является гумус, состоящий из гуминовых кислот, фульвокислот и гуминов. Наличием гумуса определяются структура и водоудерживающая способность почвы, ее кислотность, питательная ценность. Деление почв на подзолистые, сероземы, черноземы основано прежде всего на содержании гумуса, которое в различных почвах колеблется от 1 % (подзолы и сероземы), 7–8 % (обыкновенные черноземы) и до 12 % (тучные черноземы).
По гранулометрическому составу в зависимости от соотношения крупных и мелких частиц почвы делят на четыре группы:
♦ песчаные (маловлагоемкие, хорошо влагопроницаемые, но бедные гумусом);
♦ супесчаные (бесструктурные, бедные гумусом, хорошо водо- и воздухопроницаемые);
♦ суглинистые (наиболее благоприятные по своим свойствам для земледелия, со средней влагоемкостью и водопроницаемостью, хорошо обеспечены гумусом);
♦ глинистые (с высокой влагоемкостью и большим содержанием элементов питания, самые мелкодисперсные).
По степени пористости различают почвы тонкодисперсные (диаметр пор < 1 мм), пористые (1–3 мм), губчатые (3–5 мм), ноздреватые (5–10 мм), ячеистые (> 10 мм) и трубчатые (поры образуют каналы).
Твердая фаза почвы содержит основные запасы питательных элементов. Она состоит из минеральной (90–99 % массы) и органической (1–10 % массы) частей. Минеральная часть почвы на 90 % состоит из четырех элементов – кислорода, кремния, водорода, алюминия. Такие химические элементы, как углерод, водород, кислород, фосфор, сера, содержатся в минеральной и органической частях почвы.
Органические вещества твердой части почвы подразделяются на негумифицированные и гумифицированные вещества.
Негумифицированные (подвижные) органические вещества – это отмершие остатки растений и микроорганизмов, которые легко разлагаются в почве. Содержащиеся в них элементы питания переходят в доступную для растений минеральную форму. Органические вещества минерализуются не полностью. Одновременно в почве идет синтез новых сложных органических соединений, которые служат источником для образования гумусовых, или перегнойных, веществ.
Гумифицированные (перегнойные) органические вещества – это высокомолекулярные азотсодержащие соединения. Они составляют основную часть (90 %) органического вещества почвы. На полях под зерновыми культурами за вегетационный период разлагается 0,7–0,8 т/га гумуса, а под пропашными культурами – 1–1,2 т/га гумуса с образованием доступных для растений минерального азота (N), фосфора (Р), серы (S).
Влажность и аэрация. Почвенная вода подразделяется на гравитационную, гигроскопическую и капиллярную.
Гравитационная вода – подвижная вода, является основной разновидностью свободной воды, которая заполняет широкие промежутки между частицами почвы и просачивается вниз сквозь почву под действием силы тяжести, пока не достигнет грунтовых вод. Растения легко усваивают гравитационную воду, когда она находится в зоне корневой системы. С этой точки зрения для растений весьма важен полив почвы, смачивание ее водой.
Гигроскопическая вода – вода, удерживаемая в почве вокруг отдельных коллоидных частиц в виде тонкой прочной связанной пленки. Она адсорбируется за счет водородных связей на поверхности глины и кварца или на катионах, связанных с глинистыми минералами и гумусом. Гигроскопическая вода высвобождается только при температуре 105–110 °С и физиологически практически недоступна растениям. Количество гигроскопической воды зависит от содержания в почве коллоидных частиц. В глинистых почвах ее содержится около 15 % массы почвы, в песчаных – около 5 %. Она образует так называемый мертвый запас воды в почве.
Капиллярная вода – вода, удерживаемая вокруг почвенных частиц силами поверхностного натяжения. Образуется при накоплении слоев гигроскопической воды вокруг почвенных частиц. Сначала заполняются узкие поры между этими частицами, а затем происходит распространение ее во все более широкие поры. Гигроскопическая вода постепенно переходит в капиллярную. Капиллярная вода может подниматься по узким порам и канальцам от уровня грунтовых вод благодаря высокому поверхностному натяжению воды. Растения легко поглощают капиллярную воду, играющую наибольшую роль в регулярном снабжении их водой. Капиллярная вода в отличие от гигроскопической легко испаряется. Тонкоструктурные почвы (например, глины) удерживают больше капиллярной воды, чем грубоструктурные, такие как пески.
Свойство почвы вызывать капиллярный подъем влаги называется ее водоподъемной способностью.
В капиллярной воде хорошо растворяются органические и минеральные соединения. Испарение капиллярной воды имеет большое значение при образовании засоленных почв.
Помимо перечисленных форм воды в почве содержится парообразная влага, которая занимает все свободные от воды поры.
Почвенная вода находится в постоянном движении: нисходящий ток гравитационной воды в сухие периоды сменяется восходящим током капиллярной воды. Обеспеченность почв водой зависит от температуры, рельефа местности, физико-химических свойств почвы, растительного покрова, перемещения воздуха и других факторов. Вода передвигается в почве к поверхности корней и поступает затем через растение в атмосферу в направлении градиента водного потенциала.
Такие абиотические экологические факторы, как низкая температура почвы, недостаток кислорода в почвенной воде и почвенном воздухе, повышенная кислотность почвы, высокая концентрация растворенных в почвенной воде минеральных солей, затрудняют усвоение доступной почвенной воды для растений. Растения сухих почв обычно имеют более мощную и разветвленную корневую систему, чем влажных почв. Количество физиологически доступной воды влияет на рост, размножение, габитус, продуктивность, биомассу растений.
Почвенный раствор, или жидкая часть почвы, – это наиболее подвижная, изменчивая и активная часть почвы, из которой растения поглощают питательные вещества в форме ионов. В почвенном растворе содержатся минеральные и органические вещества, совершаются важные биохимические процессы. В почве присутствуют анионы (НСО3–, NO3–, PO43 –, Cl–, SO42 – и др.), катионы (К+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4+, Zn2+ и др.), соли железа, алюминия и других элементов, а также водорастворимые органические вещества.