Изменения свойств почвы

Изменение свойств почв при осушении

Осушение и интенсивное сельскохозяйственное использование осушенных торфяных почв при сохранении их в первозданном виде – задачи, практически неосуществимые (Бурлей В.Р., Вознок С.Т.). К экологическим последствиям осушения почв относят следующие: интенсивную минерализацию органической части в почвах легкого гранулометрического состава, их подкисление, вынос дренажных элементов с грунтовыми водами. В органогенных почвах – это обезвоживание органического вещества, его гидрофобизация, минерализация торфа при образовании значительных количеств NO₃, NH₄. При уменьшении степени гидроморфизма происходит переход Fe 2+ в Fe 3+ , Mn 2+ в Мп 4+ . С одной стороны, это приводит к уменьшению их токсического влияния на растения, однако, в нейтральных почвах – к дефициту железа и марганца для растений.

При минерализации торфяных почв происходит ежегодное уменьшение мощности торфяного слоя от 1 до 12 см (в среднем 2-3 см). Ежегодные потери органического вещества при этом составляют 6-7 т/га с пашни и 36 т/га с лугов и пастбищ (Владыченский А.С.). После мелиорации болот испарение с них сокращается примерно на 15%, при одновременном увеличении годового (на 40%), особенно меженного (в 2,5 раза) стока с мелиорированных речных водосборов.

Однако для разных почв и в зависимости от степени и длительности осушения изменения свойств почв отличаются. Так, в результате длительного осушения (20 лет) перегнойно-торфяной железистой почвы зольность пахотного слоя возросла до 26%, плотность почвы увеличилась до 0,4 г/см 3 , плотность твердой фазы – до 1,86 г/см 3 , пористость уменьшилась до 80%, полевая влагоёмкость – до 73-65%. Водопроницаемость изменялась по профилю от 7,7 . 10 -8 до 1,2 . 10 -5 м/сек (Винокурова В.М.).

Осушение и глубокое рыхление глеевых и глееватых дерново-подзолистых почв на лессовидном суглинке вызывало уменьшение на 0,2-0,4 г/см 3 объемной массы, увеличение на 10-15% общей порозности, снижение на 4-6 кг/см 2 твердости, возрастание на порядок коэффициента фильтрации (Гельцер В.Ю.). По данным автора, это привело к сокращению численности и зоомассы мезофауны. В частности, численности люмбридид на 30-50%, численности насекомых в 1,5 раза, численности дождевых червей в 7-11 раз. В то же время наблюдалось заселение иллювиальных горизонтов почв простейшими (жгутиконосцами, инфузориями), усиление общей микробиологической активности. Изменение свойств почв при осушении зависит от длительности осушения.

Водно-физические свойства торфяно-болотных почв в зависимости от

длительности осушения (Гетов Л.В.)

Показатель : Неосушенное : Длительность осушения, годы

степень разложения, % 25 и менее 30-35 35-40 40-50

зольность, % 4,1-7,1 8,2-9,3 9,5-10,2 10,4-12,0

удельная масса, г/см 3 1,48-1,54 1,55-1,57 1,57-1,58 0,20-0,26

объемная масса, г/см 3 0,09-0,13 0,15-0,17 0,18-0,21 1,59-1,61

n . 10 -4 см/сек 1,27-7,43 3,82-21,3 6,07-36,6 70,3-166,0

Как изменяется структура почвы

Ответ

Благодаря сезонным метеорологическим изменениям, колебаниям влажности и интенсивности микробиологической деятельности почв структурное состояние значительно меняется по сезонам. Обработка почв и в особенности их полив также способствуют непрерывным сезонным и общим, изменениям структурного состояния почв.

Насыщение почвы влагой в зимнее время, воздействие угольной кислоты и периодически углекислого аммония способствуют распаду структурных агрегатов и ухудшению физического состояния почвы. В сухое время года, наоборот, происходит оструктуривание почв в связи с дегидратацией и коагуляцией коллоидов.

Многолетнее сельскохозяйственное использование культур без применения правильных севооборотов и травосеяния ведет к уменьшению содержания гумуса в почвах и к постепенной утрате структурности и распылению. Распыляющее влияние оказывают тяжелые сельскохозяйственные орудия, культиваторы, бороны. Наконец, химические удобрения, содержащие натрий, калий, аммоний, подщелачивая почву, способствуют пептизации коллоидов и ухудшению структурного состояния почвы.

Естественные запасы гумуса в почвах под влиянием орошения уменьшаются вследствие усиления минерализующей деятельности микроорганизмов. Ф.Ю. Гельцер и др. установлено, что длительное орошение сероземов Средней Азии может привести к потере до 0,2—0,4% органического углерода почвы. В пересчете на пахотный слой это составит 5— 10 т/га углерода, или 9—18 т/га органического вещества. Естественно, что при этом происходит значительное обесструктуривание почвы.

Залежные сероземные почвы содержат до 90% агрегатов с диаметром 0,1—2 мм, в то время как находящиеся в длительной культуре сероземные почвы (старопашки) содержат лишь 14—21% агрегатов этого диаметра.

В старопахотных сероземах преобладают агрономически малоценные частицы диаметром меньше 0,1 мм (79—85%, табл. 65).

Изменения свойств почвы

В пределах одной катены почвенный покров представляет собой «непрерывно протяженное тело природы» (Рожанец, 1939). Если дно водоемов включить в почвенный покров как субаквальные почвы (Полынов, 1956; Зонн, 1964), то почвенный покров материка можно также принять за непрерывно протяженное тело, или континуум (Knox, 1965).

Но непрерывность почвенного покрова сочетается с наличием четко отличающихся друг от друга типов почв, их подтипов, родов, видов. Таким образом, непрерывность сочетается с дискретностью независимо от того, резкий или постепенный переход наблюдается между двумя граничащими объемами почв. Оценка изменчивости определяется масштабом исследования, однако объективность выделения различных видов почв не вызывает сомнения. Две основные причины определяют изменчивость почв: смена условий почвообразования (варьирование воздействия факторов почвообразования) и возраст почвы.

Как отмечали еще К. Д. Глинка (1931), А. А. Роде (1937), Б. Б. Полынов (1956), развитие любой почвы начинается с разрушения обломков породы и составляющих их первичных минералов и трансформации их во вторичные. Вторичные минералы, образовавшиеся в материнской породе в период ее диагенеза, также изменяются при почвообразовании. В зависимости от характера горной породы при прочих равных условиях процесс выветривания минералов будет идти с разной скоростью. Сочетание процессов разрушения первичных и вторичных минералов, синтеза вторичных, выщелачивания и выноса продуктов разрушения и синтеза, гумусонакопления приводит к определенным сочетаниям элементарных почвенных процессов. Сочетание же элементарных процессов приводит к формированию определенных типов почв.

Такая общность процессов формирования почв приводит к тому, что в разных климатических зонах с разной вероятностью можно ожидать образование одинаковых (или близких) по свойствам и признакам почв (в случае сочетания одних и тех же элементарных процессов).

Экологические условия могут способствовать как образованию близких по свойствам почв в разных зонах, так и резко отличающихся в одной зоне.

Кроме того, для почвы, как естественного тела, характерна некоторая предельность свойств. Например, содержание гумуса (именно гумуса, специфического почвенного образования, а не торфа, подстилки или им подобных горизонтов) в почвах может колебаться в пределах от 0 до 20—30%.

На предельность развития свойств почв указывал В. В. Докучаев: «. само собой разумеется, что такое накопление цеолитной части (равно как увеличение гумуса и мощности) должно иметь известный предел, обусловливаемый, главным образом, количеством силикатов в материнской породе и выносом цеолитной части из горизонтов А и В». Аналогичное наблюдение приводит Грим (1958). По нашим данным содержание ила в дерново-подзолистых суглинистых почвах широколиственно-еловых лесов на покровных суглинках снижается в горизонте А₂ до 4,6%, но не ниже. То есть содержание ила 4% — это нижний предел его содержания в данных почвах. Верхний предел в содержании для этих же почв около 88%. С нашими данными согласуются данные Холстенера-Иоргенсена (Holstener- Jorgensen, 1965) по механическому составу подзолистых почв наморенной глине (Дания) и данные Г. С. Липкиной (1969) па валовому составу аналогичных почв.

Наблюдается предельность в емкости поглощения почв, содержании в поглощающем комплексе тех или иных катионов и т. д. Таким образом, в сходных по индексу сухости зонах можно встретить почвы с близкими свойствами. Или, другими словами, почвенный покров каждой зоны, провинции, района обладает характерным набором изменчивости, что позволяет выделить несколько типов почв в пределах одной зоны.

Возраст данной территории также обусловливает изменчивость почвенного покрова. Различия в увлажнении, в скорости выветривания минералов могут привести к формированию в пределах одного геоморфологического элемента разных по относительному возрасту стадий почв.

Особенно сильное влияние на пестроту почвенного покрова оказывает эволюция поверхности — циклы эрозии почвы.

Если принять эрозионные циклы Дэвиса как схему развития поверхности, то на стадии «юности» рельефа отмечается наибольшая пестрота почвенного покрова. Затем на стадии поздней «юности»—ранней «зрелости» наступает период наименьшей пестроты почвенного покрова. На стадии зрелости, когда образуются хорошо дренированные участки, а часто овраги, склоны и т. п., снова наступит период резкого увеличения пестроты. Но по мере «старения» рельефа, сглаживания его форм, снова пестрота почвенного покрова уменьшается.

С. С. Неуструев предлагает следующую схему классификаций почвенной неоднородности, связанной с эволюцией почвенного покрова: первичные комбинации почв (с включением интразональных) и типичные комбинации (зональные, климатогенные) — эродированные комплексы.

Другими словами, поскольку почва неразрывно связана с каким-нибудь элементом рельефа, ее эволюция связана с эволюцией рельефа.

Поскольку в пределах одного геоморфологического района эволюция разных форм и элементов рельефа может идти с разной скоростью, то и эволюция почв должна идти с разной скоростью. В результате создается пестрота почвенного покрова, обусловленная различиями в скорости эволюции отдельных элементов почвенного покрова данной территории. В связи с этим необходимо отметить, что «реликтовые» горизонты в современных почвах отнюдь не свидетельствуют о смене климатических условий. Они могут быть остатками старых почв — других стадий исследуемых почв.

Поэтому мощный иллювиальный горизонт дерново-подзолистых почв, который часто не балансируется с элювиальной толщей, вполне может быть реликтом бывших здесь аналогичных подзолистых почв, верхние горизонты которых постепенно сносились в результате развития поверхности. Постепенное «омоложение» поверхности приводило к тому, что илистые частицы вмывались все глубже и глубже и «баланс» между содержанием илистых частиц в гор. В и ВС и «дефицитом» этих частиц в гор. А₁ A₁A₂ и А₂В нарушался. Таким образом, «декальматация», по И. П. Герасимову (1960), и образование двучленности профиля, по А. А. Борзову (1954), связаны с процессами оподзоливания и лессиважа, с одной стороны, и постоянным сносом верхних горизонтов, с другой, циклами эрозии.

О возможной скорости элювиальных процессов в условиях сформированного биоценоза дают представление результаты исследований характера изменения субстрата выбросов кротоз (Абатуров, 1968; Абатуров, Карпачевский, 1965, 1966). Полученные данные показали, что выбросы крота из гор. А₂В и B₁ уже через 20 лет утрачивают черты строения, свойственные иллювиальному, и принимают морфологические и физико-химические признаки элювиальных горизонтов. Верхняя часть выброса (0— 10 см) трансформируется в гор. А₁ нижняя часть — в гор. А₁А₂, а погребенный выбросом гор. A₁ частично превращается в А₁А₂, частично в А₂. Быстрота описанной трансформации свидетельствует о достаточно высокой интенсивности элювиального процесса в широколиственно-еловых лесах.

По данным Чернея (Czerney, 1965) за 4500 лет в современных черноземах в гор. В накопилось несколько процентов илистых частиц, уменьшилась растворимость гумуса, сузилось отношение. Сельскохозяйственное использование почв приводит к быстрому накоплению азота и метоксильных групп в гумусовых кислотах, увеличению pH и степени насыщенности. Таким образом, почвенные процессы идут с достаточной скоростью и связанные с эволюцией изменения свойств почв в ряде случаев можно легко обнаружить.

Поскольку эволюция рельефа сопровождается постепенной трансформацией поверхности, при этом не отмечается катастрофических смен растительных сообществ, т. е. влияние биоценоза постоянно сказывается на трансформированной поверхности.

Эрозия, обнажив гор. В, может привести к «омоложению» почвы и этим обогатить верхний слой первичными минералами. На таком обнажении начнется новый цикл почвообразования, а образующаяся почва будет отличаться от окружающей.

Развитие почв также связано с эволюцией БГЦ, на что указывают А. А. Роде (1947), С. В. Зонн (1964). Действительно, развитие почвы неразрывно связано с развитием биосферы (включая сюда низшие формы растений и микрофлору). Очевидно, первыми живыми поселенцами на земной поверхности были автотрофные организмы и под их воздействием стали формироваться примитивные почвы. Эволюция биоценозов сопровождалась эволюцией почв, в результате чего сформировался современный почвенный покров.

Любая геологическая порода при своей трансформации в почву в настоящее время как бы ускоренно проходит стадии развития почвенного покрова (своеобразный «филогенез» в «онтогенезе»). На породе сначала поселяются низшие формы организмов, которые подготавливают почву для поселения высших форм. Наблюдаемый рост отдельных деревьев в расщелинах скал не представляет собой исключение, поскольку прорастание семени начинается в мелкоземе, скопившемся хоть в мизерном количестве в расщелине и уже прошедшим какой-то цикл почвообразования. То же самое можно сказать о характере заселения осадочных пород, например аллювия, которые в ряде (если не во всех) случаев также уже прошли какой-то цикл почвообразования.

Таким образом, каждый конкретный объем почвы в своем развитии повторяет «в общих чертах» эволюцию почвенного покрова данной территории (при условии «неизменности» климата).

Вся биогеосфера состоит из БГЦ — элементарных природных комплексов живых (растительность, животный мир, микроорганизмы), косных (горные породы, атмосфера, вода) и биокосных (почвы) компонентов, находящихся между собой в тесном взаимодействии и взаимообусловленности (Сукачев, Дылис, 1964; Дылис, 1969).

Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru

Агрономия, земледелие, сельское хозяйство

UniversityAgro.ru » Агрохимия » Влияние удобрений на свойства почв

Популярные статьи

Влияние удобрений на свойства почв

Детально изучить взаимодействие почв, растений и удобрений возможно в длительных стационарных опытах с систематическим применением удобрений. В таких опытах создаются условия стандартизации, позволяющие изучить действие климатических и агрометеорологических условий на культуры, почвы и факторы, регулирующие почвенное плодородие.

Основные направления исследований в длительных стационарных опытах:

1. сравнительная оценка доз, видов и форм минеральных удобрений;
2. оценка эффективности минеральной, органической и органоминеральной систем удобрений в севооборотах различных типов;
3. установление оптимального распределения удобрений по культурам севооборота;
4. достижение максимальной эффективности при сочетании систем удобрения с химической мелиорацией, определение их влияния на свойства почвы и продуктивность севооборотов;
5. возможность периодического внесения фосфорных и калийных удобрений;
6. оптимизация плодородия и свойств почвы;
7. регулирование биологического круговорота и баланса биогенных элементов в агроценозе;
8. воздействие агрохимических средств на экологию.

В агрохимии используют следующие методы исследования свойств почвы в длительных стационарных опытах.

Агрохимические средства оказывают комплексное действие на плодородие и свойства почвы:

• подкисляют или подщелачивают почвенный раствор;
• изменяют агрохимические свойства;
• влияют на биологическую и ферментативную активность почвы;
• усиливают или ослабляют физико-химическое и химическое поглощение;
• влияют на мобилизацию или иммобилизацию токсических элементов и радионуклидов;
• усиливают минерализацию или синтеза гумуса;
• влияют на интенсивность фиксации азота из атмосферы;
• усиливают или ослабляют действие других питательных веществ почвы и удобрений;
• влияют на подвижность биогенных макро- и микроэлементов почвы;
• вызывают антагонизм или синергизм ионов при поглощении растениями.

Таблица. Методы исследования плодородия почвы (по ОСТ 10152-88 и Методическим указаниям по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения, 2003, с изменениями) [1]

Физико-химические свойства почв оказывают влияние на питательный режим почв, их биологическую активность, обусловливают трансформацию внесенных в почву удобрений, в условиях промывного водного режима определяют возможность передвижения соединений в более глубокие слои почвы.

Систематическое внесение органических и минеральных удобрений сопровождается изменениями физико-химических свойств почв. Внесение навоза на протяжении многих лет обычно увеличивает содержание органического вещества и емкость поглощения почв, уменьшает обменную и гидролитическую кислотность и увеличивает степень насыщенности основаниями.

Совместное внесение навоза и минеральных удобрений на протяжении 15 лет повысило содержание гумуса на 12,6 т/га, азота — на 0,7 т/га, снизило плотность почвы на 0,08 г/см 3 , общая и капиллярная влагоемкость увеличилась более чем на 3%, водопроницаемость — на 4,3 мм/(ч·см 2 ), общая порозность — на 3%.

При длительном применения минеральных удобрений свойства почв могут ухудшаться. Это связано с подкислением реакции почвенного раствора в результате вытеснения из поглощающего комплекса ионов водорода и алюминия, а также физиологической кислотностью некоторых удобрений. Правильное применение удобрений, то есть на фоне навоза и известкования, внесении добавок для нейтрализации физиологической кислотности удобрений, позволяет сохранять кислотность почвы на приемлемом уровне, а в ряде случаев снижая её. На нейтральных и близких к нейтральным черноземных почвах небольшое подкисление в результате внесения удобрений можно считать положительным, так как это повышает подвижность и доступность многих соединений.

В условиях промывного водного режима дерново-подзолистых и серых лесных почв изменения свойств под влиянием удобрений происходят в пахотном и в более глубоких слоях. Это связано с повышенным количеством осадков и подкислением почвы при высоких дозах минеральных удобрений, образованием подвижных органических соединений при внесении навоза и пептизацией почвенных коллоидов под действием одновалентных катионов, входящих в состав удобрений, и вымыванием их за пределы пахотного слоя. Миграции питательных веществ в нижележащие слои вследствие пептизации коллоидов способствует внесение удобрений в пару и под пропашные культуры, а также частые обработки почвы. Процесс усиливается при легком гранулометрический составе почвы и повышении доз удобрений.