Все о структуре почвы

В результате их работы почва становится более рыхлой, проницаемой и плодородной. При этом микроэлементы, содержащиеся в органических удобрениях, усваиваются растениями гораздо эффективнее по сравнению с химическими удобрениями. Более того, органические добавки способствуют активному развитию микроорганизмов и увеличивают их разнообразие. Микробы выделяют полимеры, которые помогают агрегировать почву, что также улучшает её физические свойства.

Методы улучшения структуры почвы и её плодородия

Плодородие почвы во многом зависит не только от её химического состава, но и от структуры, представляющей собой способность почвы распадаться на отдельные частицы (агрегаты) различных размеров при минимальном механическом воздействии. Для повышения урожайности необходимо создать преобладание мезоагрегатов — мелких комочков размером от 0,25 до 10 мм. Для этого используются различные сельскохозяйственные инструменты, такие как плуги, раздельные машины для внесения удобрений и другое специальное оборудование.

Влияние почвенной структуры на плодородие

Почвенные агрегаты представляют собой механические частицы, которые могут включать зерна первичных и вторичных минералов, остатки корней растений и прочие элементы, склеенные между собой минеральной тонкодисперсной плазмой, гумусом (органическим коллоидным веществом) и иловыми частицами. Почва, в которой преобладают мезоагрегаты, обладает следующими полезными свойствами:

• эффективно пропускает и удерживает воду и кислород;
• служит благоприятной средой для обитания полезных представителей фауны, грибов и микроорганизмов;
• обеспечивает легкий рост корней растений.

В почвах, имеющих подобную структуру, уровень пористости поддерживается на оптимальном уровне — около 50%. Это создает лучшие условия для развития растений, а следовательно, и для достижения высокой урожайности. Кроме того, работа с такими участками требует минимальных усилий.

Плодородные участки почвы, не имеющие выраженной структуры, именуются малоструктурными или вовсе бесструктурными. Если такая почва сипучая, ее относят к бесструктурной раздельночастичной, а если она представлена сплошной массой — к бесструктурной массивной. В обоих случаях сельскохозяйственным культурам приходится сталкиваться с неблагоприятными условиями. Например, в массивной почве, состоящей только из капиллярных пор, вода поступает очень медленно, большинство её успевает испариться, из-за чего растения испытывают нехватку влаги. Напротив, при обильном поливе или дожде почва перенасыщается жидкостью, что приводит к недостатку кислорода.

Структурные компоненты почвы

Состав почвы далеко не однороден — помимо минеральных компонентов, в её структуре постоянно присутствует большое количество органических веществ. Эти органические вещества возникают в ходе жизнедеятельности растений, животных, а также благодаря деятельности человека. Остатки растений и животных подвергаются определённым трансформациям в почве, что приводит к изменению ее свойств. В процессе этих преобразований формируются гумусовые вещества. Их концентрация может значительно варьироваться в разных типах земель. Участки земли, бедные органическими веществами, как правило, обеспечивают скромные урожаи.

Структура почвы существенно влияет на качество сельскохозяйственных угодий. Этот показатель можно улучшить. Для этого в почву вносятся минеральные и органические удобрения, которые могут значительно изменить её состав. Для уменьшения плотности плотной почвы вводится песок — он помогает сделать грунт более рыхлым, улучшая доступ воды и воздуха внутрь почвы.

Улучшение состава и структурных характеристик почвы не всегда происходит быстро; этот процесс может растянуться на несколько лет.

Методы определения структуры

Структуру почвы можно определить достаточно простым способом. С помощью острого инструмента из верхнего горизонта, структуру которого необходимо исследовать, берётся небольшой образец. Затем его подбрасывают вверх, и как только комок распадается на отдельные частицы, проводится исследование особенностей этих элементов: выясняется степень их однородности, размеры, формы и характер поверхности. Специалисты, работающие с земельными слоями, фиксируют результаты наблюдений в специальном журнале, который называется почвенным дневником.

Кроме определения структуры, анализ состава почвы выявляет и множество других характеристик.

• Степень кислотности.
• Способность почвы удерживать в своем составе катионы кальция, магния, натрия, калия и другие химические элементы, представляющие интерес для различных хозяйственных нужд.
• Гидролитическая кислотность показывает, насколько почва может удерживать катионы водорода и алюминия.
• Аэрация – это показатель объема газов, содержащихся в земле.
• Водопроницаемость грунта демонстрирует скорость, с которой влага проникает в почву. Она может быть высокой, средней или низкой.
• Минимальная влагоемкость — это критерий, который описывает способность почвы удерживать определенное количество воды постоянно.

Почва представляет собой сложную и динамично изменяющуюся структуру, на которую влияют как внешние факторы, так и деятельность живых организмов. Человек способен вводить изменения в состояние и состав почвы согласно своим потребностям.

Состав почвы

Почва состоит из твёрдой, жидкой и газообразной частей, а также из живой ткани. Их соотношение может варьироваться не только между различными типами почв, но и в разных горизонтах одной и той же почвы. В процессе углубления вниз по почвенному профилю закономерно уменьшается количество живых организмов, содержание органических веществ, а также интенсивность процессов выветривания. Твёрдая фаза почвы включает минеральные и органические фракции. Почвенные минералы делятся на первичные, которые унаследованы от исходной породы (кварц, полевые шпаты, слюды и т.д.), и вторичные, сформировавшиеся в процессе преобразования, происходящего в почвообразующей породе (иллиты, смектиты, каолинит и т.д.), а также биогенные, такие как скелеты и раковины почвенных организмов.

Соотношение первичных и вторичных минеральных компонентов в почве зависит от интенсивности процессов почвообразования и возраста самой почвы. Чем старше почва и интенсивнее её выветривание, тем выше содержание в ней глинистых минералов, оксидов и гидроксидов железа и алюминия. В большинстве почв первичные минералы формируют крупные гранулометрические фракции (камни, гравий, песок), тогда как вторичные минералы могут образовывать более тонкие фракции — от пылевидных до коллоидных. Органическая часть включает остатки растительных и животных тканей, находящиеся на различных стадиях разложения, а также неспецифические органические соединения — кислоты, углеводы, аминокислоты и гумус. В твёрдой части почвы, за исключением торфяных и перегнойных почв, минеральные вещества составляют большую часть массы.

Твёрдые частицы естественно не заполняют всё пространство в почвенной массе; оставшуюся часть составляют поры, объем которых в совокупности характеризуется как пористость. Она влияет на водные свойства, такие как водопроницаемость, водоподъёмная способность, влагоёмкость и плотность почвы. Плотность почвы зависит от её гранулометрического, минералогического, структурного состава, а также от содержания и характеристик органических веществ, типа корневой системы растительности и жизнедеятельности в почве. Для органогенных горизонтов (например, лесная подстилка, степной войлок, торф) плотность составляет 0,04–0,5 г/см³, для минеральных — 0,8–1,8 г/см³. С углублением плотность почвы, как правило, увеличивается. Почва является полидисперсным телом с высокой поверхностной активностью. Эта дисперсность такая, что удельная поверхность твёрдых частиц может достигать 3–5 м²/г у песчаных почв, 30–150 м²/г у супесчаных и суглинистых, и до 300–400 м²/г у глинистых. Состав глинистых минералов в почве также влияет на её поверхностную активность: например, удельная поверхность каолинита составляет 5–15 м²/г, а смектитов — 600–800 м²/г. Гумусовые вещества обладают ещё большей удельной поверхностью, достигающей нескольких тысяч м²/г. Благодаря этому частицы почвы, особенно коллоидные и иловые фракции, обладают определённой поверхностной энергией, заметной в их поглотительных и буферных свойствах.

Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, представляет собой активный компонент, который отвечает за транспортировку питательных веществ внутри почвы, за вынос элементов за пределы почвы и за обеспечение растений водой и растворёнными в ней микроэлементами. Почвенная влага может вести себя по-разному. Например, гигроскопическая влага покрывает частицы почвы бимолекулярным слоем и находится в равновесии с влажностью воздуха. Полное удаление гигроскопической влаги возможно только при сушке почвы при температуре 105 °C. Капиллярно-подвешенная влага удерживается в почве в тонких порах благодаря капиллярным силам и недоступна растениям, однако могут ею пользоваться микроорганизмы. Капиллярно-подпёртая влага может подниматься по крупным капиллярам от водоносного горизонта на несколько метров вверх по профилю почвы и доступна для растений. Гравитационная влага свободно перемещается по почвенному профилю в крупных порах под действием силы тяжести. Состав почвенной влаги поддерживает динамическое равновесие с твёрдой фазой и воздухом.

Процессы в почве

Процессы в почве делятся на неспецифические и специфические почвообразовательные процессы. Неспецифические процессы — это простые физические, химические и биохимические явления, связанные с поступлением, потерей, перемещением и преобразованием веществ в почве. Они могут происходить в любой среде, а не только в почве; к ним относятся замерзание и оттаивание, набухание и сжатие, окисление и восстановление. В отличие от них, специфические почвенные процессы, также называемые элементарными, встречаются только в почве или в отдельных её группах. Некоторые из этих процессов протекают быстро, например, десорбция солей и их растворение, в то время как другие могут занимать десятки и сотни тысяч лет, как, например, выветривание устойчивых силикатов. Многие элементарные почвенные процессы имеют собственные названия, такие как образование степного войлока, лесной подстилки, накопление торфа, формирование гумуса (гумусово-аккумулятивный процесс), засоление (выпадение солей из раствора в почве), рассоление (вынос растворённых солей вниз по профилю почвы), альфегумусовый процесс (перемещение витаминов и органических веществ) и множество других процессов.

Свойства почвы традиционно делятся на физические, физико-химические и биологические. Состав и свойства почвы определяется с применением почвенного анализа. Физические свойства в основном связаны с зернистым и агрегатным составом почвы. Среди них изучаются реологические свойства, такие как плотность, твёрдость, пластичность, хрупкость и липкость, а также водные и воздушные свойства — влагопроводность, водоудерживающая способность, влагоёмкость и воздухопроницаемость. Эти свойства в основном зависят от соотношения твёрдой фазы и пор в почве. Кроме того, исследуются электрические свойства (например, электропроводность), магнитные (магнитная восприимчивость), тепловые (теплоёмкость и теплопроводность) и оптические свойства (спектральная отражающая способность).

Химические свойства почвы включают в себя показатели, такие как кислотность, концентрации элементов и запасы веществ. Биологические свойства отражают активность почвы, которая проявляется в всего или определённых групп организмов, интенсивности дыхания почвы (выделение CO₂, что свидетельствует о распаде органических веществ) и регулярном обмене газов между почвой и атмосферой. К этой категории также относится ферментативная активность и биологическое разнообразие в почве.

Бесструктурная почва

Когда вода проникает между мельчайшими частицами, почва становится вязкой массой. В сухом состоянии на её поверхности образуется корка, что препятствует проникновению воздуха. В результате плодородие такой почвы значительно снижается.

Причины отсутствия структуры в почве могут быть как естественными, так и результатом неправильной агрономической практики.

Как превратить бесструктурную почву в структурную

Почвы, лишённые выразительных структурных комочков, могут быть преобразованы в более структурированные. Для этого необходимо:

• известковать кислые почвы;
• проводить гипсование на засолённых участках;
• засевать территории многолетними травами;
• применять искусственные структурообразователи.

Процесс формирования почвы занимает довольно длительное время. Например, слой гумуса толщиной 0,5–2 мм в умеренных широтах способен формироваться на протяжении 100 лет. К почвам следует относиться с большой осторожностью.

Разницу между структурной и бесструктурной почвой можно кратко осветить в докладе на уроке географии для 8 класса.

Классификация частиц по размеру

Характерным признаком всех глиняных частиц является их плоская форма. Это качество, вместе с их невероятно малым размером, обеспечивает коллоидам очень большую удельную площадь поверхности в соотношении к их массе. Например, 1 грамм песка обладает общей площадью около 1,5 – 2 см², что сопоставимо с площадью почтовой марки. В то же время 1 грамм глины может охватывать территорию примерно в 100 м², что сопоставимо с площадью дома средних размеров.

Словарь:

Капиллярность — капиллярная вода — это влага, способная подниматься в верхние слои почвы через мелкие поры благодаря адгезии (сцеплению молекул воды с границами пор) и когезии (сближению молекул воды). Иловые и глинистые почвы имеют высокую капиллярность, что позволяет им как подниматься на значительные высоты, так и обеспечивать быструю скорость капиллярного движения.

Катионы — это положительно заряженные ионы в почве, такие как калий, кальций и магний.

Коллоид — коллоиды представляют собой наилучшие структурные единицы почвы, имеющие средний диаметр менее 0,0002 мм. Они включают как некоторые органические вещества, так и истинную глину.

Минеральные частицы — это мельчайшие неорганические включения, образовавшиеся в результате разрушения различных минеральных пород под воздействием климатических факторов или перенесённые в почву, например, ледниками. Свойства почвы существенно зависят от размеров частиц, которые её составляют.

Поры — это пустоты, каналы и трещины в почве, которые заполняются либо водой, либо воздухом в зависимости от её текущего содержания влаги.

Почвенная фауна — это разнообразные организмы, такие как земляные черви, мокрицы, ногохвостки, многоножки и клещи, которые способствуют разложению органических материалов и улучшению структурных свойств почвы, выполняя свою жизнь при поедании растительных остатков.

Удельная площадь — это общая площадь поверхности частиц, выраженная в квадратных метрах на 1 грамм сухой почвы. Эта характеристика является важной, так как она показывает среднее количество питательных веществ, которое почва может выделять при выветривании и, наоборот, связывать со своей поверхностью.

Структура — почвенная структура определяется соотношением различных классов по диаметру, в частности относительными пропорциями песка, ила и глины.