Водоудерживающая способность, пригодность к обработке и плодородие почвы

Взаимозависимость растений и почвы

Теперь попробуем наглядно представить себе взаимозависимость, существующую между почвой и растущими на ней растениями. Последние обеспечивают пищей почвенную экосистему, которая нужна для поддержания пахотного слоя в состоянии, наиболее подходящем для развития растений.

Растения предохраняют почву и другими способами. Наиболее успешно растительный покров защищает ее от эрозии, а покров из органогенного материала существенно сокращает потери воды от испарения, не препятствуя инфильтрации. Это вместе с высокой водоудерживающей способностью пахотного слоя делает процент доступных растениям осадков максимальным.

Деградация почвы – это своего рода цепная реакция, которую со временем все труднее остановить или обратить. Ухудшение земель снижает продуктивность растений, что означает снижение количества детрита для формирования гумуса, а также защиты почвы от эрозии и потерь воды за счет испарения. Эти последствия ведут к дальнейшей деградации почвы, еще меньшей продуктивности растений и т.д. до тех пор, пока не останется голый грунт.

Вода и водоудерживающая способность

В листьях растений находятся устьица, через которые происходит поглощение углекислого газа и выделение кислорода в процессе фотосинтеза. Однако они же пропускают пары воды из клеток, находящихся внутри листа, наружу. Чтобы компенсировать эти потери водяных паров листьями, называемые транспирацией, необходимо по меньшей мере 99% всей поглощаемой растением воды; на фотосинтез расходуется менее 1%.

Если воды недостаточно для восполнения потерь на транспирацию, растение вянет. В увядшем состоянии оно более экономно расходует воду и может на некоторое время сдержать наступление общей обезвоженности и гибели, но при этом прекращается и его развитие. Следовательно, для поддержания активного роста большинство растений требует значительного количества влаги.

Очевидно, что если дождевая вода стекает по поверхности грунта, а не впитывается, пользы от нее не будет. Поэтому весьма важна инфильтрация, т. е. впитывание воды с поверхности почвы. Так как корни большинства растений в нее не проникают очень глубоко, вода, которая просачивается глубже, чем на 1-2 метра, становится недоступной.

Следовательно, в период между дождями растения зависят от запаса воды, удерживаемого поверхностным слоем почвы, как губкой. Величина этого запаса называется водоудерживающей способностью почвы. Даже при редких осадках почвы с хорошей водоудерживающей способностью могут запасти достаточно влаги для поддержания жизни растений на протяжении довольно длительного сухого периода.

Наконец, запас воды в почве сокращается не только в результате его использования растениями, но и за счет испарения с поверхности почвы. Чтобы снизить его, применяют мульчирование или создают растительный покров.

Итак, идеальной будет почва с хорошей инфильтрацией, хорошей водоудерживающей способностью и покровом, снижающим потери воды от испарения.

Выпахивание

Традиционно первым этапом в выращивании урожая была и в значительной мере остается распашка. Пашут для того, чтобы уничтожить сорняки, т.е. дикорастущие виды, успешно конкурирующие за воду и биогены с культурными растениями. Без борьбы с сорняками земледелец получит заросшее ими поле и очень низкий урожай, если он вообще будет.

Переворачивая верхний слой почвы, сорняки засыпают и как бы “удушают”. Недостаток при этом – открытие почвы воздействию водной и ветровой эрозии. Более того, она может оставаться незащищенной значительную часть года, пока культура не сформирует на ней сплошной покров, а также после жатвы. Особенно сильно страдают от поверхностного стока и эрозии склоны.

Часто неправильно считают, что вспашка и культивация необходимы для “разрыхления” почвы, т. е. улучшения аэрации и инфильтрации. Обычно эффект как раз противоположный. Капельная эрозия разрушает комковатую структуру почвы и утрамбовывает ее поверхность, так что аэрация и инфильтрация ухудшаются, а поверхностный сток увеличивается.

Предлагаем ознакомиться  С какого возраста можно ребенку давать шпинат

Голая почва, эрозия и опустынивание

Самое разрушительное влияние на почву оказывает эрозия, т. е. процесс захватывания частиц почвы и их выноса водой или ветром. Обычно растительный покров или естественный опад (опавшие листья и другой детрит) обеспечивают защиту от всех форм эрозии. Энергия удара дождевых капель рассеивается этим материалом, и вода постепенно проникает в почву, не разрушая ее структуры.

Водная эрозия начинается с капельной эрозии, т.е. действия падающих дождевых капель, разбивающихся об обнаженную почву. Вспомните комковатую, агрегированную структуру пахотного слоя. Когда дождевые капли ударяются об его голую поверхность, они разбивают почвенные комки и агрегаты, а мелкие частицы закупоривают поры и пространства между другими агрегатами, ухудшая в результате как аэрацию, так и инфильтрацию.

По мере развития поверхностного стока вода сливается в ручейки, в которых обладает большими объемом, скоростью и энергией, а следовательно, и большей способностью захватывать и уносить почвенные частицы. В результате вымываются русла различных размеров (овражная эрозия).

Очень важным свойством эрозии является то, что она захватывает и уносит частицы почвы дифференцировано, т. е. в зависимости от их веса. Более тонкие и легкие частицы гумуса и глины вымываются первыми, тогда как грубый песок, камни и выходы породы остаются. Чем сильнее поток воды или ветра, тем более тяжелые частицы он может увлечь, но вынос всегда дифференцированный.

Следовательно, эрозия, удаляя тонкие частицы, делает почву все более и более грубой (песчаной, затем каменистой). Грубозернистые почвы вообще часто говорят о прошлой или современной эрозии. Задумывались ли вы когда-нибудь, почему в пустынях столько песка? Песок – это то, что остается; более легкие частицы глины и пыли унесены ветром.

Вспомним, что для удержания воды и биогенов важнее всего глина и гумус. По мере того, как эти компоненты выносятся в результате эрозии, разрушается пахотный слой почвы и резко снижается его способность снабжать растения всем необходимым. В регионах, где выпадает только 25-75 см осадков в год, потеря водоудерживающей способности в результате эрозии – особенно серьезная проблема.

Исходно в таких местах существовали высокопродуктивные злаковники. С потерей водоудерживающей способности почвы они деградируют до зарослей засухоустойчивых пустынных видов. Другими словами, в результате эрозии земля может терять плодородие до тех пор, пока не превратится в пустыню, т. е. происходит ее опустынивание.

Итак, почва, не защищенная растительным покровом, страдает от ветровой и водной эрозии. Когда разрушается и уносится ее верхний плодородный слой, плодородие резко падает (вспомните эксперименты, демонстрировавшие потерю урожайности на 85% в результате уничтожения пахотного слоя). Конечным итогом может быть голый “пустынный” ландшафт, практически лишенный растительности.

Детрит, почвенные организмы, гумус и пахотный слой

Действительно замечательное улучшение всех свойств почвы происходит при сочетании с ее минеральной частью гумуса. Питаясь, каждый организм оставляет некоторое количество неусвоенных отходов. Гумус – это остаток органического вещества после потребления детрита. Знакомый всем пример – черное или темно-коричневое губчатое вещество, оставшееся в бревне, после того как его центральная часть выгнила.

Естественный процесс проникновения гумуса в минеральную часть почвы начинается с накопления мертвых корней, листьев и другого детрита на поверхности и внутри почвы. Детрит поддерживает сложную пищевую сеть, включающую множество видов бактерий, грибов, простейших, клещей, многоножек, пауков, насекомых и их личинок, дождевых червей, брюхоногих моллюсков, кротов и других землероев.

Питаясь, эти организмы не только преобразуют детрит в гумус, но и в процессе жизнедеятельности перемешивают и соединяют его с минеральной частью почвы, формируя то, что называют почвенной структурой. Например, дождевые черви, питаясь детритом, заглатывают и неорганические частицы почвы. Через их пищеварительный тракт проходит до 15 т почвы на акр (37 т/га) в год.

Предлагаем ознакомиться  Самое крупное куриное яйцо: 170 граммов

При этом минеральная часть как следует перемешивается и “склеивается” непереваренными гумусовыми веществами. В результате частицы песка, пыли и глины соединяются в более крупные комки и агрегаты. Деятельность таких землероев, как мыши, не дает этим комкам плотно слеживаться. Такую рыхлую комковатость называют почвенной структурой.

Образование гумуса и развитие почвенной структуры происходят главным образом в верхних 20-30 см почвы, т. е. в зоне активности почвенных организмов. Таким образом, над более светлой, бедной гумусом, уплотненной почвой формируется темноцветный слой с комковатой агрегированной структурой. Этот обогащенный гумусом слой условно называют пахотным, а нижележащий слой – подпочвой.

Гумус обладает феноменальной, в сотню раз большей, чем у равного по массе количества глины, способностью удерживать воду и биогенные элементы, а комковатая агрегированная структура почвы улучшает ее аэрацию, инфильтрацию воды и обрабатываемость. Так, независимо от механического состава гумус и создаваемая им почвенная структура создают необходимые для жизни растений условия.

Различие между пахотным слоем и подпочвой в их способности поддерживать развитие растений изучали, высаживая растения на смежные участки, с одного из которых верхний гумусовый горизонт был снят. Результаты поразительные. Удаление пахотного слоя привело к снижению урожая на 85%. Другими словами, потеря этого слоя позволяет получить только 15% продукции. И наоборот, восстановив хороший пахотный слой из подпочвы, можно увеличить урожайность в шесть раз.

Это чрезвычайно важный вывод, так как гумус не вечен. Будучи естественным органическим веществом, он, несмотря на неусвояемость организмами, разлагается со скоростью от 20 до 50% своего объема в год в зависимости от условий. Следовательно, без периодического поступления обильного детрита гумус постепенно разрушится.

При этом будут утрачены почвенная структура и все свойства, которые она обусловливает. Такую потерю гумуса, а в результате и пахотного слоя называют минерализацией, так как в результате остается только сыпучая минеральная часть почвы – песок, пыль и глина. Например, домашние растения необходимо время от времени пересаживать, так как богатая гумусом “горшечная почва” минерализуется.

Механический состав почвы: размер минеральных частиц

Горная порода под действием химических и физических факторов окружающей среды постепенно разрушается, или выветривается. Образующиеся в результате частицы подразделяют на песок (самые крупные), пыль и глину (мельчайшие). Из них состоит минеральная часть почвы. Размер частиц определяет ее механический состав.

Некоторые почвы практически представляют собой чистый песок, пыль или глину, но обычно это смесь, которую можно разделить, взболтав небольшое количество почвы в высоком лабораторном цилиндре с водой, а затем дав ей осесть. Так как скорость оседания частиц зависит от их веса, песок опускается на дно первым, затем пыль и наконец глина. Их соотношение можно измерить.

Классификация почвенных частиц

Название фракции

Диаметр, мм

Очень грубый песок

1,00-0.50

Грубый песок

0,50-0,25

Средний песок

0,25-0,10

Тонкий песок

0,10-0.05

Очень тонкий песок

0,05-0,002

Пыль менее

0,002

Глина

0,002-0,0001

Механический состав почвы существенно влияет на инфильтрацию, водоудерживающую способность, ионообменную емкость и аэрацию. Чем крупнее частицы, тем больше пространство между ними. Следовательно, тем лучше инфильтрация и аэрация, которые ухудшаются по мере уменьшения частиц. Поэтому в песчаных почвах инфильтрация и аэрация прекрасные, а в глинистых – очень слабые. Пылеватые почвы занимают здесь промежуточное положение.

Однако водоудерживающая способность и ионообменная емкость почвы находятся в обратной зависимости от размеров частиц. Эти параметры улучшаются по мере уменьшения частиц, потому что молекулы воды и ионы биогенов прикрепляются к поверхности частиц, общая площадь которых возрастает с уменьшением их размеров.

Представьте себе, что камень вновь и вновь разбивают надвое. При этом каждый раз возникают новые поверхности по обе стороны от разлома, но общий вес или объем материала не изменяются. Так и в заданном объеме почвы, чем мельче частицы, тем больше общая площадь их поверхности и тем выше способность удерживать воду и элементы питания.

От механического состава зависит также обрабатываемость почвы. Это очень важно для сельского хозяйства. Глинистые почвы очень трудно обрабатывать, так как даже при небольших изменениях влажности они либо становятся слишком вязкими и липкими, либо затвердевают настолько, что их не измельчить. Песчаные почвы обрабатывать очень легко, так как при увлажнении они не раскисают, а при высыхании не склеиваются в кирпичеподобную массу.

Какая же почва самая плодородная? Вспомним принцип лимитирующих факторов. Наименее выраженное свойство лимитирует возможности среды в целом. Например, слабая водоудерживающая способность песчаной почвы может сделать ее совершенно непригодной для земледелия. Наилучшим оказывается суглинистый или пылеватый механический состав, обеспечивающий компромисс между свойствами песка и глины. Однако в действительности это “лучшее” – всего лишь “среднее”. Теперь мы рассмотрим, как улучшить все свойства почвы.

Растения бедных и богатых почв

(Фрагмент из книги: А.М. Былова, Н.И.Шорина. Экология растений: Пособие для учащихся 6 класса общеобразовательной школы. 1999г.)

Различают почвы бедные (сероземы в пустынях, тундровые почвы), средние (подзолистые почвы) и богатые (черноземы, серые лесные почвы, луговые почвы в поймах рек). Чем же определяют богатство почв? В первую очередь содержанием в них гумуса и солей, необходимых растениям. Вам известно, что самые необходимые соли для растений – это азотные, фосфорные и калийные.

Растения богатых почв. Растения, развивающиеся на почвах, очень богатых соединениями азота, называют нитрофилами (азотолюбами). Они обычно дают высокие побеги с крупными темно-зелеными листьями, например крапива двудомная, сурепка обыкновенная, малина, чистотел большой, таволга вязолистная, лопух паутинистый и многие другие растения. Азотолюбы накапливают в теле много нитратов.

Растения бедных почв. Бедными почвами являются песчаные, пустынные сероземы, тундровые почвы. Они содержат мало гумуса и минеральных солей, особенно нитратов. Если растениям не хватает нужных солей, говорят о том, что они голодают. Особенно часто растения испытывают азотное голодание, при котором образуется меньше хлорофилла, растение становится бледным, медленнее растет, побеги и листья значительно мельче.

Азотное голодание испытывают растения (водяника, голубика, карликовая березка и др.) в тундрах. В почвах накапливается много органических остатков. Если нет условий для их разложения микроорганизмами (холодно, мало кислорода, так как почвы насыщены водой, а в почвенном растворе содержатся вещества, угнетающие бактерий), образуется торф. Азотных солей в нем очень мало.

Растения засоленных почв. Примерно четвертая часть поверхности суши имеет засоленные почвы. Много засоленных земель в пустынях, полупустынях, в степях, а также на морских и океанических побережьях. Причины засоления разные.

В засушливых местах, где выпадает мало осадков, соли остаются в верхних слоях почвы, так как слабо вымываются дождевой водой. Почвы морских побережий во время прилива пропитывает соленая морская вода. Соленые брызги прибоя, постоянно оседая на прибрежной полосе, тоже засоляют почву. Избыток солей в почве вреден для растений.

В степях и пустынях встречаются солончаки. Это участки суши, расположенные в небольших понижениях рельефа, здесь засоленные грунтовые воды подходят близко к поверхности. Вода испаряется, а соли накапливаются в почве. На поверхности солончака они образуют белый налет. Ветер может поднимать соли с солончаков в воздух, заселяя соседние земли.

Солевыносливые, или солеустойчивые, растения. На солончаках могут жить немногие растения. Эти растения называют солеустойчивыми или солевыносливыми. Название некоторых из них связано со словом “соль”: солерос, солянки, соляноколосник. Растет там и поташник. Поташ – название одной из солей. Все это травы или невысокие кустарнички. Солеустойчивы также некоторые деревья (черный саксаул) и кустарники (гребенщик).

Оцените статью
Ключ к успеху
Adblock detector