Свойства почв и их роль в жизнедеятельности организмов

     1. Свойства почв  и их роль в  жизнедеятельности  организмов.

     Каждая  почва состоит из органических, минеральных  и органоминеральных комплексных  соединений. Основным источником минеральных  соединений в почвах являются почвообразующие породы. Минеральное вещество составляет 80-90% всего веса почвы.

     Органические  соединения почвы формируются в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов при использовании минеральных солей, солнечной энергии и воды. В процессе почвообразования происходит накопление органического вещества на поверхности почвы и в ее верхних горизонтах. Затем почва теряет минеральные вещества, которые растения берут из нее. В лесах часть питательных веществ вновь возвращается в почву через листопад. Культурные растения за некоторый период времени изымают из почвы значительно больше биогенных веществ, чем возвращают в нее. Обычно потери питательных веществ восполняются внесением минеральных удобрений, которые в основном прямо не могут быть использованы растениями и должны быть трансформированы микроорганизмами в биологически доступную форму.

     В почве осуществляются процессы синтеза, биосинтеза, протекают различные  химические реакции преобразования веществ, связанные с жизнедеятельностью бактерий. Основные биохимические процессы протекают в верхнем слое почвы  толщиной до 40 см, так как в нем обитает наибольшее количество растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы или простейшие одноклеточные, черви и членистоногие. Биомасса их в различных почвах равна (кг/га): бактерий 1000-7000, микроскопических грибов - 100-1000, водорослей 100-300, членистоногих - 1000, червей 350-1000.

     Одни  бактерии участвуют в цикле превращения  только одного элемента, другие - в циклах превращения многих элементов. Если бактерии минерализуют органическое вещество - разлагают органическое вещество на неорганические соединения, то простейшие уничтожают избыточное количество бактерий. При отсутствии в почве специализированных групп бактерий их роль выполняют  почвенные животные, которые переводят  крупные растительные остатки в  микроскопические частицы и таким  образом делают органические вещества доступными для микроорганизмов. Дождевые черви, личинки жуков, клещи разрыхляют почву и этим способствуют ее аэрации. Кроме того, они перерабатывают трудно расщепляемые органические вещества. При отсутствии таких микроорганизмов  почва теряет плодородие.

     Разное  соотношение процессов поступления  растительных и животных остатков в  почву и процессов их преобразования, а также разная напряженность  этих процессов приводят к тому, что характер горизонтов накопления органического вещества отличается большим разнообразием.

     Растительные  и животные остатки, попадая в  почву, претерпевают сложные изменения. Часть их полностью распадается  до углекислоты, воды и простых солей (процесс минерализации). Другая часть преобразуется в сложные новые специфические органические вещества самой почвы - гумусовые вещества (процесс гумификации). Совокупность же специфических и неспецифических органических веществ почв, растительных и животных остатков разной степени разложения, кроме тех, которые еще не утратили тканевого строения, получила название гумуса, или перегноя.

     Гумусовые вещества почвы состоят из гуминовых  кислот, фульвокислот и гумина. Соотношения между ними определяют качественную характеристику гумуса разных типов почв. Обычно учитывается прежде всего отношение углерода гуминовых кислот (Сг) к углероду фульвокислот (Сф). В том случае, когда это отношение меньше 1, гумус фульватный; когда отношение Сг: Сф больше 1 - гумус гуматный.

     Почвенные горизонты обычно характеризуются  содержанием гумуса в процентах. Перегнойные и торфяные горизонты характеризуются потерей при прокаливании. Потеря при прокаливании - убыль в весе почвы при нагревании ее до 450-500°С при свободном доступе воздуха за счет потери воды и органических веществ - выражается также в процентах.

     Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов. Некоторые ионы являются для растений ядом, другие - жизненно необходимы. Концентрация в почве ионов водорода – степень кислотности - рН > 7, то есть в среднем близка к нейтральному значению (нейтральные почвы). Флора таких почв особенно богата видами. Известковые и засоленные почвы имеют рН = 8...9 (щелочные почвы), а торфяные - до 4 (кислые почвы). На этих почвах развивается специфическая растительность. Степень кислотности определяется в суспензиях, полученных при взбалтывании почв с водой (актуальная кислотность) или раствором КCl ( обменная кислотность). В зависимости от степени кислотности определяют нуждаемость почв в известковании или гипсовании и нормы внесения извести и гипса.

     Одной из важнейших сторон почвообразования является образование почвенных  коллоидов и формирование почвенного поглощающего комплекса, способного удерживать катионы кальция, магния, натрия, калия, аммония, алюминия, железа и водорода в обменном и необменном состоянии.

     Общее количество поглощенных оснований  Са**, Mg**, Na*, К*, NH4 называют суммой поглощенных оснований. Эту величину выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы (мг-экв на 100 г почвы). Суммарное количество всех обменных катионов называют емкостью поглощения или емкостью обмена и также выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Такие же характеристики имеет поглощение почвами анионов - Сl'₁, NO'₃, SO'₄, РО'₄, OH'.

     Наличие в составе поглощенных катионов водорода и алюминия обусловливает  гидролитическую кислотность почв, величина которой также выражается в мг-экв на 100 г почвы. Отношение суммы поглощенных оснований к величине суммы поглощенных оснований плюс гидролитическая кислотность, выраженное в процентах, называют степенью насыщенности почв основаниями или насыщенностью. По величине степени насыщенности почв основаниями решают вопрос о нуждаемости почв в известковании, необходимых количествах извести и о формах внесения минеральных удобрений.

     Одна  из основных характеристик вещественного  состава минеральной части почвы  и его изменения в результате почвообразования может быть получена в итоге определения валового состава. Основные компоненты минеральной  части почв - SiO₂ - окись кремния (кремнекислота, кремнезем) и R₂O₃ - полуторные окислы. По изменению их содержания в профилях почв, сформированных на однородных, неслоистых породах, можно судить о наличии или отсутствии дифференциации почвенного профиля. Это прослеживается как по изменению абсолютного содержания окислов в разных горизонтах почвы (%SiO₂, %R₂O₃), так и по изменению молекулярных отношений SiO₂ : R₂O₃.

     По  количеству подвижных (доступных для  питания растений) соединений азота, фосфора, калия оценивают естественное плодородие почв. Содержание этих соединений выражают в миллиграммах на 100 г сухой почвы. На основании данных о содержании подвижных соединений азота, фосфора, калия определяются нормы внесения минеральных удобрений - аммиачного азота, калийных и фосфорных удобрений.

     В южных и юго-восточных районах  нашей страны в почвах часто накапливаются  водно-растворимые соли минеральных  кислот, таких, как угольная (Na₂CO₃, CaCO₃, MgCO₃, NaHCO₃), соляная (NaCl, СаСl₂, MgCl₂), серная (Na₂SO₄, CaSO₄, MgSО₄) и др. По степени растворимости в воде простые соли делятся на мало-, средне- и легкорастворимые. Малорастворимые соли в почвах - MgCO₃ и СаСO₃ - карбонаты кальция и магния, среднерастворимая соль - CaSO₄ 2Н₂O - гипс, остальные соли относятся к легкорастворимым. Легкорастворимые соли в концентрациях более 0,25% токсичны для растений.

     Обычно  в профиле незасоленных почв соли распределяются в соответствии с  их растворимостью. Легкорастворимые соли выносятся за пределы почвенного профиля, среднерастворимая соль - гипс появляется на значительной глубине (150-200 см), и несколько выше по профилю залегают малорастворимые соли - карбонаты.

     Глубина и характер выделения  солей учитываются при диагностике почв. В засоленных почвах легкорастворимые соли подтягиваются к поверхности. Морфологически засоление почв определяют в поле по выцветам легкорастворимых солей. Степень засоления почв определяется в лабораторных условиях путем анализа водной вытяжки. Для получения последней навеску почвы заливают определенным количеством специально очищенной воды и взбалтывают - легкорастворимые соли переходят в раствор. В полученном растворе определяют общее содержание солей по величине плотного остатка и состав солей.

     Содержание  в почвах карбонатов также является диагностическим признаком. В поле глубину залегания невидимых на глаз выделений карбонатов определяют элементарной химической реакцией. На небольшой образец почвы наносят несколько капель разбавленной минеральной кислоты. Обычно применяют 5- 10%-ную соляную кислоту. В случае присутствия карбонатов в почве протекает реакция между ними и кислотой с выделением пузырьков углекислоты, происходит так называемое вскипание почвы. При невысоком содержании карбонатов отмечается лишь слабое потрескивание.

     Наряду  с химическими свойствами важную роль в жизни почвы играют ее водно-физические свойства, такие, как водопроницаемость, влагоемкость, аэрация почвы и др.

     Аэрация почвы в большой степени зависит от поступления воздуха, особенно кислорода, из атмосферы в поры почвы. Приток воздуха определяется в значительной мере порозностью почвы, т. е. объемом пор, заполненных почвенным воздухом (или почвенным раствором).

     Поступление влаги в почву складывается из впитывания при частичном заполнении пор водой и фильтрации воды. Совокупность этих явлений объединяется понятием «водопроницаемость почвы». По скорости впитывания воды различают почвы хорошо-, средне- и слабоводопроницаемые. Фильтрация почвы, т. е. нисходящее передвижение влаги в почве или грунте при заполнении всех пор водой, зависит от многих факторов: механического состава, водопрочности агрегатов, плотности, сложения.

     Количество  воды, характеризующее водоудерживающую способность почвы, называют влагоемкостью. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почве, различают максимальную адсорбционную влагоемкость (влага, которая удерживается па поверхности частиц под действием сорбционных сил), капиллярную (запас воды, удерживаемый капиллярными силами), наименьшую (полевую) и полную влагоемкость или водовместимость (содержание воды в почве при заполнении всех пор водой).

     С капиллярной влагоемкостью связано важное в агрономической науке понятие капиллярной каймы. Капиллярной каймой называется весь слой влаги между уровнем грунтовых вод и верхней границей фронта смачивания почвы.

     Наименьшая (полевая) влагоемкость - это количество влаги, которое сохраняется в почве (или грунте) при отсутствии капиллярного подтока после стенания избыточной гравитационной воды. Это максимальное количество воды, удерживаемое почвой в естественных условиях при отсутствии испарения и притока воды извне. Влагоемкость почвы зависит от механического, химического, минералогического состава почвы, ее плотности, пористости и т. д.

     Аэрация, водопроницаемость, влагоемкость и другие водно-физические свойства почвы являются важными почвенными характеристиками, влияющими на плодородие почвы, ее хозяйственную ценность.

     Роль  почвы в жизни человека чрезвычайно  велика. Человек получает из почвы  почти все необходимое для  поддержания своего существования. Почва - важнейший и незаменимый  источник пищевых ресурсов, главное  богатство, от которого зависит жизнь  людей. Она является основным средством  сельскохозяйственного производства и лесоводства. Почву также применяют  как строительный материал в различных  земляных сооружениях.

     Производительность земледельческого труда во многом обусловлена природными факторами. В зависимости от влияния факторов одинаковой степени и вооруженности труд дает различные результаты, что находит свое непосредственное выражение в количестве производимой продукции. Выход продукции на различных земельных участках зависит от условий произрастания растений и способности системы земледелия их использовать. Эти условия характеризуются составом почвы, ее физическими, химическими и биологическими свойствами, а также климатом. Совокупность всех условий произрастания растений и составляет сущность естественного плодородия почвы.

     Естественные свойства земли весьма разнообразны, и каждое из них в определенной степени влияет на ее плодородие. Поэтому при оценке земли определяют и учитывают весь комплекс рассмотренных выше природных свойств и признаков (валовые запасы органического вещества и питательных элементов, водно-физические и геологические свойства почвы и подстилающей породы, поглотительную способность, гидротермический режим и др.).

     Влияние каждого признака или фактора на степень снижения или увеличения продуктивности земель сельскохозяйственных угодий определяют путем расчета поправочных коэффициентов на тот или иной признак (фактор), сравнивая урожайность по участкам с одинаковыми признаками, кроме одного, влияние которого нужно выделить.