Факторы плодородия почв

Факторы плодородия почв

Содержание

Биологические факторы плодородия почвы 3

Почвенная биота 5

Фитосанитарное состояние почвы 6

Агрофизические факторы плодородия почвы 7

Гранулометрический состав 7

Структура 8

Мощность пахотного и гумусового слоев 9

Водный режим 9

Воздушный режим 10

Температурный режим 11

Агрохимические факторы плодородия 12

Воспроизводство плодородия почв в интенсивном земледелии 13

Биологические факторы плодородия почвы

Содержание и состав органического вещества 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 почве проходит в несколько

этапов. 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 темно-окрашенных, высокомолекулярных

соединений, извлекаемая из почвы щелочными растворами, при подкислении

вытяжки выпадает в осадок в виде гуматов. В составе гуминовых кислот

углерода — 52 — 62 %, водорода — 3,0—5,5, кислорода — 30—33, азота — 3— 5

%. Основу молекулы ГК образует ароматическое ядро, сформированное

ароматическими и гетероциклическими кольцами типа бензола, фурана,

пиридина, нафталина, антрацена, индола, хинолина. Ароматические кольца

соединены между собой в рыхлую сетку. Боковые периферические структуры

молекулы — алифатические цепи. Ядро молекулы ГК отличается гидрофобными

свойствами, боковые цепи — гидрофильными. Конституционная часть молекулы ГК

— функциональные группы: карбоксильные и фенолгидроксильные, определяющие

кислотный характер ГК и способность к катионному обмену.

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.

Почвенная биота

Живые организмы — обязательный компонент почвы. Количество их в хорошо

окультуренной почве может достигать нескольких миллиардов в 1 г почвы, а

общая масса — до 10 т/га.

Основная их часть — микроорганизмы. Доминирующее значение принадлежит

растительным микроорганизмам (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты).

Животные организмы представлены простейшими (жгутиковые, корненожки,

инфузории), а также червями. Довольно широко распространены в почве

моллюски и членистоногие (паукообразные, насекомые).

Почвенные организмы разрушают отмершие остатки растений и животных,

поступающие в почву. Одна часть органического вещества минерализуется

полностью, а продукты минерализации усваиваются растениями, другая же

переходит в форму гумусовых веществ и живых тел почвенных организмов.

Некоторые микроорганизмы (клубеньковые и свободноживущие азотфиксирующие

бактерии) усваивают азот атмосферы и обогащают им почву.

Почвенные организмы (особенно фауна) способствуют перемещению веществ по

профилю почвы, тщательному перемешиванию органической и минеральной части

почвы.

Важнейшая функция почвенных организмов — создание прочной комковатой

структуры почвы пахотного слоя. Последнее в решающей степени определяет

водно-воздушный режим почвы, создает условия высокого плодородия почвы.

Наконец, почвенные организмы выделяют в процессе жизнедеятельности

различные физиологически активные соединения, способствуют переводу одних

элементов в подвижную форму и, наоборот, закреплению других в недоступную

для растений форму.

В обрабатываемой почве функции почвенных организмов сводятся к поддержанию

оптимального питательного режима (частичное закрепление минеральных

удобрений с последующим освобождением по мере роста и развития растений),

оструктуриванию почвы, устранению неблагоприятных экологических условий в

почве.

В интенсивном земледелии экологические условия могут иногда в решающей

степени определять эффективное плодородие почвы. В ней существуют тесные

многообразные связи между всеми почвенными организмами. Причем вся эта

система находится в состоянии непрерывно изменяющегося равновесия. Одни

группы микроорганизмов предъявляют простые требования к пище, другие —

сложные. Между одними группами существуют симбиотические (взаимно полезные)

связи, между другими — антибиотические. Микроорганизмы в последнем случае

выделяют в почву вещества, подавляющие развитие других микроорганизмов.

Практическое значение имеет способность некоторых микроорганизмов

оказывать губительное действие на представителей фитопатогенной микрофлоры.

Усилить активность желательных микроорганизмов можно путем внесения в почву

органического вещества. В этом случае отмечается вспышка в развитии

почвенных сапрофитов, которые, в свою очередь, стимулируют развитие

микроорганизмов, угнетающих фитопатогенные виды. 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.

Фитосанитарное состояние почвы

Плодородие почвы в значительной степени определяется фитосанитарным

состоянием почвы, т. е. чистотой почвы от сорняков, вредителей,

болезнетворных начал, а также токсических веществ, выделяемых растениями,

ризосферной микрофлорой и продуктами разложения.

Фитотоксичность почвы обусловлена накоплением физиологически активных

веществ, среди которых присутствуют фенольные соединения, органические

кислоты, альдегиды, спирты и др. совокупность этих веществ получила

название колинов, состав и концентрация которых зависят от температуры и

влажности почвы, от микроорганизмов и растений. При низких концентрациях

фитотоксических веществ в почве обнаруживается стимулирующий эффект, но при

увеличении их содержания наступает сильное угнетение роста растений или

прорастания семян. Так, в стационарных опытах ТСХА установлено, что водная

вытяжка из почвы бессменных посевов озимой пшеницы и ячменя, взятая в

начале весенней вегетации, снижала всхожесть семян этих культур более, чем

на 20 % и угнетала рост корневой системы, явилась одной из причин

изреженности бессменных посевов.

Источник образования и поступления токсических веществ в почве — корневые

выделения растений, послеуборочные растительные остатки и продукты

метаболизма микроорганизмов. Наиболее интенсивно фитотоксические вещества

накапливаются при возделывании на одном месте однородных или близких по

биологии культур и при создании в почве анаэробных условий.

Когда в структуре посевных площадей преобладают культуры со сходными

биологическими особенностями, как, например, зерновые, в почву ежегодно

поступает приблизительно одинаковая по количеству и качеству органическая

масса в виде корневых выделений и растительных остатков. Это приводит к

изменению соотношения основных группировок микробиоценоза, появлению

фитотоксических форм, которые поставляют в почву вредные для культурных

растений вещества. Так, при разложении растительных остатков зерновых

культур в почве обнаружено повышенное содержание фенольных соединений,

которые, находясь в зоне семян растений, ингибируют их прорастание.

Анаэробные условия способствуют образованию токсических веществ, так как

при этом корневые выделения и промежуточные продукты минерализации гумуса

превращаются в сильно восстановленные соединения, что обусловливает

создание очагов токсичности в почве. Можно полагать также, что в зоне корня

некоторых растений избирательно накапливаются некоторые группы

микроорганизмов, неблагоприятно действующих на растения.

Внесение минеральных и особенно органических удобрений приводит к

уменьшению в почве численности фитотоксичных микроорганизмов. Но особенно

сильное влияние на их содержание оказывает бессменное выращивание

сельскохозяйственных растений — количество фитотоксичных форм

микроорганизмов в почве значительно увеличивается.

Фитотоксины почвенных микроорганизмов вызывают изменения в химическом

составе растений, нарушают обмен веществ в них. Они оказывают влияние на

интенсивность дыхания а также на азотный обмен растений. Фитотоксины

почвенных микроорганизмов значительно снижают фотосинтетическую активность

Страницы: 1, 2