Плодородие почвы
Введение
Если классифицировать все природные физические тела Земли на живые (живущие организмы) и косные (горные породы и минералы, магма), то почва среди них занимает особое промежуточное положение, являясь, по выражению академика В. И. Вернадского (1863—1945), биокосным телом природы.
Особое положение почвы
Кроме того, неотъемлемую часть почвы — ее живую фазу — составляют живые организмы: корневые системы растений, почвообитающие животные разного размера вплоть до одноклеточных Protozoa, огромное разнообразие микроорганизмов. Именно поэтому почва является многофазной системой, включая твердую, жидкую, газообразную и живую фазы в отличие от других природных тел. Даже аналитически невозможно отделить почвенные микроорганизмы от почвенного гумуса, что выражается в их суммарном определении общего содержания органического вещества в почве.
Всякая природная почва состоит из последовательно сменяющих друг друга вниз от поверхности слоев генетических горизонтов, образовавшихся в результате изменения исходной горной породы в процессе почвообразования. Вертикальная последовательность горизонтов образует почвенный профиль.
С давних времен человек
при использовании земли
Развитие учения о плодородии почв связано с именем В.Р. Вильямса. Он детально исследовал формирование и развитие плодородия почвы в ходе природного почвообразования, рассмотрел условия проявления плодородия в зависимости от ряда свойств почвы, а также сформулировал основные положения об общих принципах повышения плодородия почв при их использовании в сельскохозяйственном производстве.
Плодородие почвы - способность почвы удовлетворять потребности растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством воздуха, тепла и благоприятной физико-химической средой для нормальной деятельности. Именно это важнейшее качество почвы, отличающее ее от горной породы, подчеркивал В.Р. Вильямс, определяя почву как «поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений». Понятие почва и ее плодородие неразрывны. Плодородие почвы – результат развития природного почвообразовательного процесса, а при сельскохозяйственном использовании – также процесса окультуривания.
Развитие почв и почвенного покрова, как и формирование, их плодородия, тесно связано с конкретным сочетанием природных факторов почвообразования многообразным влиянием человеческого общества, с развитием его производственных сил, экономических и социальных условий.
Особая роль в почвообразовании принадлежит живым организмам, прежде всего зеленым растениям и микроорганизмам. Благодаря их воздействию осуществляется важнейшие процессы превращения горной породы в почву и формирование ее плодородия: концентрация элементов зольного и азотного питания растений, синтез и разрушение органического вещества, взаимодействие продуктов жизнедеятельности растений и микроорганизмов с минеральными соединениями породы и т.п. в познании биологической сущности почвообразования особый вклад внесли В.Р. Вильямс и В.И. Вернадский.
Находясь в состоянии непрерывного обмена веществом и энергией с атмосферой, биосферой, гидросферой и литосферой, почвенный покров выступает как незаменимое условие поддержания между всеми ее сферами сложившегося на Земле равновесия, столь необходимого для развития и существования жизни на нашей планете во всех ее многообразных формах.
Вместе с тем, обладая свойством плодородия, почва выступает как основное средство производства в сельском хозяйстве. Используя почву как средство производства, человек существенно изменяет почвообразование, влияя как непосредственно на свойство почвы, ее режимы и плодородие, так и на природные факторы, определяющие почвообразование. Посадка и вырубка лесов, возделывание сельскохозяйственных культур изменяют облик естественной растительности; осушение и орошение меняют режим увлажнения и т.п. не менее резкие воздействия на почву вызывают приемы ее обработки, применение удобрений и средств химической мелиорации (известкование, гипсование).
Важное условие плодородия почв – отсутствие в почве избыточного количества легкорастворимых солей, главным образом, хлоридов и сульфатов натрия и отчасти магния, кальция и других катионов.
Для устранения избытка солей применяют промывание почвы и для предупреждения накопления солей – правильный поливной режим, дренаж и др. Плодородие почвы сильно снижается при накоплении в ней вредных химических соединений (закислых соединений железа, подвижных соединений алюминия), накапливающихся обычно в условиях застойного переувлажнения. Регулирование запасов влаги в почве достигается с помощью сыротехнических и гидротехнических мероприятий (зяблевая вспашка, снегозадержания, ранневесеннее боронование, междурядная обработка посевов, орошение, осушение и др…).
Наиболее высоким
и эффективным плодородием
Самой замечательной особенностью земли является ее способность повышать свое плодородие при правильном использовании.
Свойство земли постоянно повышать свое плодородие при правильном ее использовании является основанием для интенсификации земледелия, расширенного воспроизводства плодородия вследствие применения дополнительных затрат. Дополнительные вложения средств в сельское хозяйство связаны в основном с землей как главным средством производства. Поэтому очень важно знать, на каких землях дополнительные вложения труда и средств наиболее эффективны. Для этого необходимы сведения о почве, ее качестве, сравнительной хозяйственной ценности и наибольшей пригодности для того или иного вида использования.
Качественные показатели уровня плодородия и степени окультуренности почвы можно объединить в следующие три группы: биологические, агрофизические и агрохимические.
Биологические показатели плодородия и окультуренности почвы характеризуются, прежде всего, содержанием в ней органического вещества растительного и животного происхождения и микробиологической деятельностью. Роль органического вещества — главного показателя плодородия почвы — очень велика. От него зависят ее агрохимические и агрофизические свойства, протекающие в ней процессы, водно-воздушный, тепловой и питательный режимы, а также микробиологическая активность.
В почве органическое вещество находится в разных формах: а) в живых организмах, обитающих в почве или на ее поверхности; б) в остатках растений, животных и микроорганизмов, а также в виде внесенных в почву органических удобрений; в) в продуктах жизнедеятельности живых организмов; г) в почвенном растворе.
Основные источники органического вещества — растительные остатки. Количество их в пахотном слое колеблется от нескольких центнеров до 10 – т. и более. В виде отмерших микроорганизмов количество органической массы может достигать 6 т/га в год.
Основная масса органического вещества почвы находится в форме гумуса. По данным акад. И. В. Тюрина, запасы его в метровом слое почвы различных типов неодинаковы: подзолистых — 99 т, серых лесных— 175—296, черноземах — 391—709, каштановых— 156—299, сероземах — 83, красноземах — 282 т/га.
В перегное содержится около 4,5 % азота. Азот перегноя составляет 99 % и более общего азотного фонда почвы. Перегной является главным источником питательных веществ для растений и энергии для микроорганизмов. От его количества и качества зависят кислотные свойства, насыщенность основаниями, емкость поглощения, буферная способность, а также влагоёмкость, связность, структурность, теплоемкость, теплопроводность почвы.
Органическое вещество почвы образуется из отмерших остатков растений,
микроорганизмов, почвенных животных и продуктов их жизнедеятельности.
Первичное органическое вещество, поступившее в почву, подвергается сложным превращениям, включающим процессы разложения, вторичного синтеза в форме микробной плазмы и гумификации. Сочетание названных процессов приводит в биологически активных почвах к образованию сложной смеси органических веществ, состоящей из малоразложившихся растительных и животных остатков с сохранившейся первоначальной структурой; промежуточных продуктов разложения органических и животных остатков (например, лигнина); собственно гумусовых веществ, образовавшихся путем микробного синтеза или остаточного происхождения; растворимых органических соединений, которые более или менее быстро минерализуются до простых минеральных соединений (Н2О, СО2 и др.) или участвуют в синтезе собственно гумусовых веществ.
Органическое вещество, консервирующее энергию солнца в химически связанной форме, — единственный источник энергии для развития почвы, формирования ее плодородия. Основным источником первичного органического вещества, поступающего в почву под естественной растительностью, являются остатки растений.
Во-первых, они удобряют почву ежегодно после уборки урожая, в то время как все остальные виды органических удобрений вносят в почву периодически.
Во-вторых, не требуется дополнительных затрат на их внесение.
В-третьих, растительные остатки распределяются в почве наиболее равномерно. В них содержатся все макро- и микроэлементы, необходимые растениям и животным.
На пахотных почвах с отчуждением большей части урожаев полевых культур источником органического вещества служат надземные и корневые остатки растений, а также вносимые в почву органические удобрения.
Растительные остатки разделяют на три группы:
1 — пожнивные остатки растений;
2 — листостебельные;
3 — корневые.
Пожнивные остатки представлены стерней злаков, частями стеблей, листьев и всех других надземных частей растений, которые остаются в поле после уборки урожая.
Листостебельные части растений включают корневища, столоны картофеля, корневые шейки клевера, люцерны и других трав, остатки клубней, корнеплодов, луковиц.
Корневые остатки растений представлены корнями выращиваемой культуры, сохранившимися живыми к моменту уборки, а также корнями, отмершими к моменту уборки.
Размеры корнепада, по данным Т. И. Макаровой, могут достигать у озимой пшеницы 124—480 кг/га, у овса — 330 — 620 кг/га сухого вещества. Запасы гумуса за счет корнепада и корневых выделений могут пополниться на 130—230 кг/га. Корни растения еще при их жизни активно участвуют в почвенных процессах. Разветвляясь, они контактируют с почвенными частицами и тем самым способствуют равномерному распределению органического вещества и образованию структурных агрегатов.
В почве при выращивании растений происходят одновременно два
противоположных процесса: синтез, накопление органического вещества, и его разрушение. Интенсивностью обоих процессов, их соотношением определяются конечные результаты, по которым оценивают влияние данной культуры на почву.
Если конечный результат положительный, за культурой признаются свойства улучшать плодородие почвы и наоборот. Между тем на процесс разрушения органического вещества влияют не столько сами культуры, сколько приемы их возделывания.
О влиянии минеральных удобрений на развитие корневой системы существуют различные мнения. Н. А. Качинский высказал предположение, что «чем благоприятнее для растений почва, тем относительно к надземным частям слабее развита его корневая система».
Наряду с количеством растительных остатков важное значение имеет их
химический состав и скорость разложения в почве. Так, растительные остатки многолетних трав содержат большое количество элементов питания. Содержание азота в корневых остатках многолетних бобовых трав колеблется в пределах 2,25—2,60 %, фосфора — 0,34—0,80 %, в поукосных остатках — соответственно 1,82—2,65 и 0,30—0,71 %.
Количество азота и фосфора в корнях бобово-злаковых травосмесей зависит от доли каждого компонента и составляет 0,91—2,37 % азота и 0,25— 1,06% фосфора, в поукосных остатках — соответственно 1,60—-2,18 и 0,17—0,54 %. Злаковые травы содержат значительно меньшее количество азота в корнях и поукосных остатках.
На ход и скорость разложения влияют, во-первых, внешние условия среды: влажность, температура, рН почвы, содержание в ней кислорода и питательных веществ и, во-вторых, химический состав растительных остатков.
Превращение первичного
органического вещества в
На первом этапе происходит химическое взаимодействие между отдельными химическими веществами отмершего растения (например, ароматические соединения клеточных оболочек могут вступать в химические реакции с белками растительных клеток), которое можно значительно ускорить за счет биологических и минеральных катализаторов.
На втором этапе происходят механическая подготовка и перемешивание с почвой растительных остатков с помощью почвенной фауны. Нельзя отрицать и определенную биохимическую подготовку первичного органического вещества к микробному разложению при прохождении растительной массы через желудочно-кишечный тракт почвенных животных.
На третьем этапе превращения свежего органического вещества в почве
происходит минерализация его с помощью микроорганизмов. В первую очередь минерализуются воднорастворимые органические соединения, а также крахмал, пектин и белковые вещества. Значительно медленнее минерализуется целлюлоза, при разложении которой освобождается лигнин — соединение, весьма устойчивое к микробиологическому расщеплению.
Конечными продуктами превращений первичного органического вещества являются минеральные продукты (СО2, Н2О, нитраты, фосфаты, в анаэробных условиях Н2O и СН4). Кроме того, в почве накапливаются в качестве продуктов метаболизма микроорганизмов низкомолекулярные органические кислоты (муравьиная, уксусная, щавелевая и др.). Процессы минерализации органического вещества в почве имеют экзотермический.
Часть продуктов биологического разложения первичного органического
вещества превращается в особую группу высокомолекулярных соединений —специфические, собственно гумусовые вещества, а сам процесс называют гумификацией.
Основная часть органического вещества почвы (85—90%) представлена специфическими высокомолекулярными гумусовыми соединениями. Принято подразделять специфические гумусовые вещества на три основные группы соединений: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумины.
Гуминовые кислоты(ГК)—фракция
Фульвокислоты (ФК) — органические оксикарбоновые азотсодержащие кислоты.
По В. В. Пономаревой, в составе ФК углерода — 45,3 %, водорода — 5,
кислорода — 47,3, азота — 2,4 %. При сравнении с элементным составом ГК, фульвокислоты содержат меньше углерода и азота, а кислорода больше.
Фульвокислоты следует рассматривать как химически наименее «зрелые» гуминовые соединения. Между ГК и ФК существует тесная связь. Как те, так и другие очень неоднородны и представлены многочисленными фракциями.
Гумины — наиболее инертная часть почвенного гумуса, не извлекаемая из почвы при обычной обработке ее щелочными растворами. По своему составу гумины близки к ГК. Вместе с тем фракция гуминовых веществ более прочно связана с минеральной частью почвы, что значительно меняет ее свойства.
Исключительно важная роль органического вещества в формировании почвы в значительной степени основана на их способности взаимодействовать с минеральной частью почвы. Образующиеся при этом органо-минеральные соединения — обязательный комплекс любой почвы. Образованию органо- минеральных соединений в почве способствует высокая биологическая активность, обеспечивающая поступление в систему реакционно-способных органических веществ. Внесение в почву биологически малодоступных органических веществ, например торфа, не приводит к образованию органо-минеральных соединений.
Органическое вещество почвы, аккумулируя огромное количество углерода, способствует большей устойчивости круговорота углерода в природе. В этом, а также в накоплении еще ряда элементов в земной коре состоит важная биогеохимическая функция органического вещества в земной коре.
Для нормального функционирования почвенных организмов необходимы прежде всего энергия и питательные вещества. Для подавляющего большинства микроорганизмов такой источник энергии — органическое вещество почвы. Поэтому активность почвенной микрофлоры главным образом зависит от поступления или наличия в почве органического вещества.
Для оценки деятельности почвенной биоты используют показатель
«биологическая активность почвы». Под биологической активностью понимают, в одних случаях общую биогенность почвы, определяемую, как правило, подсчетом общего количества почвенных микроорганизмов. Если иметь в виду несовершенство методик, применяемых в этом случае, и малую кратность определений во времени, то результаты анализа дают примерную картину биологической активности почвы.
Другая точка зрения относительно методов определения биологической
активности почвы заключается в учете результатов деятельности почвенных организмов. Особенно важен такой подход в агрономии. Однако привести к общему знаменателю исключительно многообразную деятельность почвенной флоры и фауны методически непросто.
Наиболее универсальный показатель деятельности почвенных организмов — продуцирование ими углекислого газа. Поэтому учет выделяемого почвой углекислого газа — первостепенный из других биохимических способов определения биологической активности почвы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Биокосное тело – почва - представляет собой не только субстрат, на котором укрепляются растения, но и среду обитания почвенных микроорганизмов и животных, эволюционно сложившихся к настоящему времени на Земле.
Вместе с тем сама почва преобразуется под влиянием этих живых организмов. Образуясь при взаимодействии биотических (живого вещества) и абиотических (климата, почвообразующей породы) факторов, почва представляет собой продукт живого вещества. Конечным результатом такого взаимодействия являются отмершие органические вещества, поступающие в почву, которые, разлагаясь, дают минеральные (газообразные, а также твердые) и гумусовые вещества. Последние представляют собой основной атрибут почвы.
Все продукты разложения участвуют в малом биологическом круговороте, в котором растения обеспечиваются питательными веществами (азотом, фосфором, серой, кальцием и другими макро-, а также микроэлементами) и углекислотой для фотосинтеза.
Таким образом, почва через органическое вещество является источником жизни, т.е. обеспечивает функционирование биосферы. Экологические функции почвы весьма многообразны. Как было показано, под влиянием антропогенного воздействия они в той или иной степени могут ослабевать, что оказывает негативное влияние на основное свойство почв – плодородие, за счет которого они являются источником питания человека и всех живых существ.
Список используемой литературы
1. Геннадиев, А.Н. География почв с основами почвоведения/А.Н. Геннадиев, М.А. Глазовская – М.: высшая школа, 2008. – 462 с.
2. Белобров, В.П. География почв с основами почвоведения/В.П. Белобров, И.В. Замотаев, С.В. Овечкин – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 352 с.
3. Мотузова, Г.В. Соединение микроэлементов в почвах: системная организация, экологическое значение, мониторинг/Г.В. Мотузова – М.: Эдиториал УПСС, 1999. – 166 с.
4. БСЭ, том 20 – гл.редактор А.М. Прохоров – М.: из-во «Советская энциклопедия», 1975. – 608 с.
5. Плодородие почвы – основа высокоэффективного земледелия (мат-лы межрегиональной научно-практической конференции, посвященной 100 лет со дня рождения профессора С.И. Андреева, 22-23 июня 2000 г.) – Чебоксары: из-во ЧГСХА, 2000. – 181 с.
6. Ганжара, Н.Ф. Почвоведение/Н.Ф. Ганжара – М.: Агроконсалт, 2001. – 392 с.
7. Кауричев, И.С. Почвоведение/И.С. Кауричев, Н.П. Панов, Н.Н. Розов и др. – М.: Агропромиздат, 1989. – 719 с.
8. Баздырев, Г.И. Земледелие/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др – М.: КолосС, 2004. – 552 с.
9. Кравцова, В.И. Космические методы исследования почв/В.И. Кравцова – М.: Аспект Пресс, 2005. – 190с.
