Структура почвы
Если вы полностью "понимаете" вашу почву, ее структуру и характеристики, у вас есть хорошая основа для эффективного и устойчивого земледелия.
Для наиболее полной оптимизации вашей фермы, как мы считаем, вам понадобится глубокое понимание того, как работает почва и как она реагирует на различные условия. Исходя из этого, мы подобрали простые руководства и факты о различных типах почвы, структурах почвы и процессах, формирующих эти структуры.
Структурный состав почвы
Почвы, возделываемые в сельскохозяйственных целях, лишь на половину состоят из твердого вещества, в то время как остальное – поры, наполненные водой и воздухом. Из твердого вещества, глина и органические соединения сильнее всего влияют на почву и определяют её агротехнические свойства.
Почва состоит примерно на 50% из твердого материала и 50% почвенных пор. Другими словами, половина всей почвы - твердое вещество, другая половина - поры.
Водные и воздушные поры
Твердая часть может состоять из минеральных частиц различного размера, либо из органического вещества. Важно, чем наполнены поры: воздухом или водой, от этого зависит влажность почвы в данный момент, ее структура и почвообрабатывающие операции. В идеале, половина пор – воздушные, остальные заполнены водой. Тем не менее, на уплотненных почвах, таких как глина, соотношение пор несколько выше (40% к 60%), чем на рассыпчатых.
Удерживание воды илом
Возделываемые пахотные почвы – это чаще смесь из отличающихся по размеру частиц. Если гравий и песок преобладают в почве, это делает ее проницаемой, сухой и относительно неплодородной, в то время как включение песка в глиняной почве делает ее более теплой. Илистые почвы часто холодные и влагоудерживающие, легко могут увеличить влажность почвы благодаря капиллярному подъему воды. Самые мелкие минеральные частицы - глина, оказывают сильное влияние на почву даже при концентрации около 5%. Глиняные почвы сжимаются, набухают и передают общую структуру почве, с трещинами и разломами, где корни могут расти, не пробиваясь через почвенный профиль. Типичные характеристики почвы – это зависимость от содержания глины, которая сильно влияет на тип почвы и способы почвообработки.
Органическое вещество как положительный фактор
Органическое вещество в почве оказывает определенное влияние на ее характер. Оно почти на 60% состоит из углерода и образуется из растительных остатков, которые разлагаются под действием микроорганизмов. В процессе разложения растений высвобождаются питательные вещества, такие как азот (N), фосфор (P) и сера (S). Органическое вещество может иметь огромное позитивное значение для свойств почвы, например:
- структурная и агрегатная стабильность
- управление водными ресурсами
- почвообработка
- запасы питательных веществ
- заиление и коркообразование
-
Рисунок показывает разницу величин между некоторыми минеральными частицами в почве и их значением. Глиняные и гумусовые частицы являются наименьшими составляющими почвы. Их средний диаметр менее 0,0002 мм (т.е. в 1000 раз меньше песчинки) и они называются коллоидами. Поверхность коллоидов имеет отрицательный заряд. Это означает, что положительно заряженные частицы питательных веществ, такие как ионы калия, кальция и магния могут связываться с частицами глины. Поэтому частицы глины содержат запас питательных веществ для растений.
1) Мелкий песок 2) Очень мелкий песок 3) Грубый ил 4) Мелкозернистый ил 5) Грубая глина
-
Характеристикой всех глиняных частиц является их плоская форма. Это, совместно с их невероятно малым размером, означает, что коллоиды имеют очень большую площадь поверхности по отношению к их массе – высокую удельную площадь. Например, 1 грамм песка имеет общую площадь 1,5 – 2 см2, которая соотносима с почтовой маркой. А 1 грамм глины может иметь площадь около 100 м2– дом средних размеров.
Процесс разложения
- Почвенная микрофлора (смотреть ниже) начинает разлагать мертвые органические остатки, частично за счет деления его на мелкие части, а также за счет образования ходов в почве для лучшего поступления кислорода. Земляные черви играют специфическую и очень важную роль, измельчая органическое вещество и перемешивая его с почвой.
- Бактерии и грибы продолжают разложение в несколько этапов. Последняя фаза, заключающаяся в формировании простых конечных продуктов, доступных для растений (например, нитраты, фосфаты и сульфаты), называется минерализацией.
- Образование гумуса. Разложение различных органических остатков протекает с образованием ряда промежуточных продуктов, имеющих более простую природу, чем соединения, получаемые в результате этого процесса. Эти промежуточные продукты реагируют друг с другом и с соединениями, созданными почвенными организмами. Это приводит к образованию новых химических соединений, которые трансформируются в тяжелые, высокомолекулярные, темно-окрашенные гуминовые вещества. Эти гуминовые структуры обладают способностью связывать положительно заряженные частицы, такие как калий, кальций и магний.
Характеристики различных почв
Песчаные и илистые почвы(3)
1. Песчаные почвы
Песчаные почвы часто очень сухие, имеют дефицит питательных веществ, и через них легко просачивается вода. В них вода с трудом поднимается из более глубоких слоев с помощью капиллярного транспорта, либо это совсем невозможно. Поэтому агротехнические мероприятия на таких видах почв весной должны сводиться к минимуму для удерживания влаги в семенном ложе. Органо- и водоудерживающая способность может быть улучшена при помощи добавления органического материала.
2. Илистые почвы с содержанием глины 0-10%
Эти почвы отличаются от песчаных большей склонностью к образованию корки, которая зачастую очень тверда. Если они распаханы, они могут заиливаться, и это уменьшит их возможность пропускать через себя воду во влажные периоды. В засушливые периоды такие почвы могут стать тяжело-возделываемыми. Однако они достаточно легко обрабатываются и могут сохранять немалый запас воды. Илистые почвы требуют хорошего уплотнения, но нужно избегать обработки почвы при влажных условиях.
1. Песчаные почвы
Песчаные почвы часто очень сухие, имеют дефицит питательных веществ, и через них легко просачивается вода. В них вода с трудом поднимается из более глубоких слоев с помощью капиллярного транспорта, либо это совсем невозможно. Поэтому агротехнические мероприятия на таких видах почв весной должны сводиться к минимуму для удерживания влаги в семенном ложе. Органо- и водоудерживающая способность может быть улучшена при помощи добавления органического материала.
2. Илистые почвы с содержанием глины 0-10%
Эти почвы отличаются от песчаных большей склонностью к образованию корки, которая зачастую очень тверда. Если они распаханы, они могут заиливаться, и это уменьшит их возможность пропускать через себя воду во влажные периоды. В засушливые периоды такие почвы могут стать тяжело-возделываемыми. Однако они достаточно легко обрабатываются и могут сохранять немалый запас воды. Илистые почвы требуют хорошего уплотнения, но нужно избегать обработки почвы при влажных условиях.
Глинистые почвы(3)
3. Глинистые почвы с содержанием глины – 10-25%
Отличие глинистых почв от вышеописанных состоит в том, что коркообразование может быть очень интенсивным. Корка часто настолько твердая, что её приходится разбивать. При низком содержании глины и органического вещества структура оставляет желать лучшего.
4. Глинистые почвы с содержанием глины 25-40%
Эти почвы имеют хорошую возможность поднимать воду из глубоких слоев капиллярным методом, но скорость процесса слишком мала, поэтому потребность растений в воде не удовлетворяется капиллярной влагой. Эти виды почв имеют более темную окраску, их структура более рыхлая. Данная агрегация уменьшает риск коркообразования. Для легкой культивации подобные земли нужно обрабатывать во время подходящего уровня влажности почвы. Существует рист образования комков при засушливой погоде, или размытия, если слишком влажно. Описываемые почвы могут улучшаться за счет действия климата, корней и т.д.
3. Глинистые почвы с содержанием глины – 10-25%
Отличие глинистых почв от вышеописанных состоит в том, что коркообразование может быть очень интенсивным. Корка часто настолько твердая, что её приходится разбивать. При низком содержании глины и органического вещества структура оставляет желать лучшего.
4. Глинистые почвы с содержанием глины 25-40%
Эти почвы имеют хорошую возможность поднимать воду из глубоких слоев капиллярным методом, но скорость процесса слишком мала, поэтому потребность растений в воде не удовлетворяется капиллярной влагой. Эти виды почв имеют более темную окраску, их структура более рыхлая. Данная агрегация уменьшает риск коркообразования. Для легкой культивации подобные земли нужно обрабатывать во время подходящего уровня влажности почвы. Существует рист образования комков при засушливой погоде, или размытия, если слишком влажно. Описываемые почвы могут улучшаться за счет действия климата, корней и т.д.
Глинистые почвы 40%(2)
5. Глинистые почвы, с содержанием глины >40%
Тяжелые глины имеют высокую водоудерживающую способность, но большая часть воды сцеплена и недоступная для растений. Содержание гумуса обычно выше, чем в других минеральных почвах. Они не образуют корку при высыхании. Структура этого типа почвы может улучшаться с помощью, например, замораживания/размораживания и высушивания/увлажнения. В холодные зимы глина замерзает кусками и формирует очень благоприятный состав в верхнем слое. Если глина высыхает без промерзания, она может стать очень плотной и тяжелой для обработки.
В увлажненном состоянии эти почвы могут быть липкими и трудно-проницаемыми для воды. Благодаря высокому содержанию глины, велик и уровень питательных веществ. Тяжелые глины требуют сильного уплотнения вокруг семени, когда они сухие, но не в увлажненном и пластичном состоянии. Опасность обработки их в насыщенном водой состоянии заключается в возможном уплотнении почвы.
Структура почвы
Состав почвы описывает её физическую конфигурацию. Песчинки в песчаных почвах слабо связываются и не образуют агрегатов, в то время как глина в одноименных почвах легко агрегируется. Эти агрегаты делают почву легкообрабатываемой и улучшают движение воздуха и воды.
Песчаные почвы не образуют агрегатов
Песчаные почвы, такие как эта – пример зернистой структуры почвы. Крупинки песка относительно крупные и слабо объединяются между собой. Даже те песчаные почвы, где количество коллоидов достаточно большое, под действием давления легко распадаются. Песчаные типы почв с низким уровнем содержания глины требуют более глубокой культивации для создания плодородной структуры и посевного ложа. При низком содержании глины снижается внутренний потенциал образования агрегатов.
Глинистые почвы структурируются
Глинистые почвы, такие как эта, часто агрегируются и образуют хорошую структуру. Даже при содержании 5% глина сильно влияет на почву и определяет ее свойства.
Структурированность почвы – это результат ряда совместно протекающих в ней процессов образования агрегатов. Эти процессы формирования структур влияют на состав почвы в динамике с её обработкой.
Агрегаты улучшают почву
Когда частицы глины соединяются в агрегаты, свойства почвы почти всегда улучшаются. Важным результатом является упрощение агротехнических мероприятий. Также лучше становится аэрация, улучшая транспортировку кислорода и углекислого газа в корневой системе. Агрегированность также увеличивает проницаемость и водоудерживающую способность. Хорошая структурированность почвы увеличивает потенциал посевного ложа, т.к. обеспечены все условия, необходимые для растения и его корней.
Процесс структурирования
Структура глинистой почвы – это результат различных процессов, которые в итоге придают почвенному профилю его свойства. Агротехнические мероприятия также влияют на структуру почвы, разбивая её на определенной глубине и перемешивая с пожнивными остатками.
Мороз или жара
Холод зимой и жара летом дают один и тот же результат – удаление влаги из почвы. Оба процесса высушивают ее, и в отсутствие воды частицы глины уплотняются, становясь ближе друг к другу. В результате получаются агрегаты, созданные механическим путем.
Земляные черви
Земляные черви питаются растениями и перемешивают их с почвой, т.к. их питание происходит при движении через почвенный профиль. Их слюна склеивает между собой частицы почвы и увеличивает агрегатную стабильность. Они также стимулируют микроорганизмы, повышающие почвенную устойчивость, с помощью выработки слизи и других связывающих веществ.
Растения
Растения осушают почву, забирая из нее влагу, также как холод и жара. Когда почва теряет влагу, частицы глины сближаются, образуя уплотнения. Корни растений повышают количество органического вещества и оставляют после себя пустые каналы. В целом это значит, что растительный покров на поверхности способствует образованию внутренней структурированности почвы, и наоборот, отсутствие растительного покрова ее разрушает.
Химические процессы
Компоненты органического вещества – оксиды железа и алюминия и карбонаты стабилизируют структуру почвы, выступая в роли связующего звена. В необрабатываемых почвах эти процессы играют главную роль. Однако постоянное возделывание почвы уменьшает устойчивость агрегатов, и поэтому на обрабатываемых землях велика зависимость от содержания глины и биологической активности.
Дренаж
Дренажный транспорт выносит избытки влаги и тем самым приводит к осушению. Этим дренаж почвы улучшает ее структуру. Лишь некоторые типы почв способны осушаться естественным путем и поэтому почти всегда дренаж необходим для равномерного осушения почвы, уменьшения ее уплотненности и появления ранних всходов культур осенью и весной.
Органическое вещество и известь
Навоз, сидераты, пожнивные остатки и др. поддерживают уровень органического вещества в почве. В краткосрочной перспективе это увеличивает биологическую активность и обуславливает процветание почвенных микроорганизмов. В долгосрочной же перспективе, благодаря этому повышается количество органического вещества в почве, которое улучшает агрегатную стабильность. Регулярное внесение извести также способствует лучшему образованию агрегатов.
Тяжелая техника
На возделываемых почвах обработка тяжелой техникой вызывает уплотнение почвы. Что в свою очередь, приводит к сжиманию и уничтожению крупных пор. Из-за этого перекрывается доступ воздуха и влаги к корням. Также ограничен дренаж, из-за этого корням тяжелее пробиться вниз через толщу почвы. Узнайте больше о RexiusTwin
Результат – почвенный профиль
Результатом всех структурообразующих процессов, описанных выше, является образование почвенного профиля, который состоит из мелких агрегатов в поверхностном слое и больших в нижних. Эти процессы динамичны и поэтому агрегатный состав изменяется со временем. Землепользователям, для которых важна устойчивость производства, необходимо понимать значение контроля факторов, влияющих на процессы агрегации почвы. Проведение диагностики дает полную картину почвенной структуры.
Агротехника влияет на структуру почвы
Сельскохозяйственная технология влияет на структуру почвы и распределение растительных остатков, определяет, следует ли использовать традиционную или минимальную систему обработки почвы, или даже прямой посев. Пахотный слой чаще имеет рыхлую структуру, тогда как необрабатываемый слой уплотнен. Этот плотный слой образуется независимо от используемого метода обработки почвы, а глубина, на которой он находится, варьируется. Во избежание появления такого слоя важно чередовать глубину обработки.
Словарь:
Капиллярность - капиллярная вода – это вода, способная подниматься в верхние слои почвы по мелким порам путем связывания молекул воды в порах (адгезии), но также и путем сближения молекул воды (когезия). Илистые почвы обладают высокой капиллярностью, сочетая в себе большую глубину подъема и высокую скорость капиллярного движения.
Катионы - положительно заряженные ионы в почве, такие как калий, кальций, магний.
Коллоид - коллоиды являются лучшими структурными единицами почвы, со средним диаметром менее 0,0002 мм. Коллоиды включают в себя некоторые органические вещества и настоящую глину.
Минеральные частицы - почвенные минеральные частицы представляют мельчайшие неорганические включения, которые были сформированы в месте разрушения климатическими факторами различных минерально-песчаных пород или были туда занесены, к примеру, ледниками. Свойства почвы сильно зависят от размера частиц, составляющих ее, в соответствии с Таблицей «Соотношение частиц по распространенности».
Поры - почвенные поры – это пустоты, ходы и трещины в почве, которые заполняются либо водой, либо воздухом в зависимости от текущего содержания влаги в земле.
Почвенная фауна - земляные черви, мокрицы, ногохвостки, многоножки, клещи – животные, открывающие путь бактериям и грибам, путем деления на части и измельчения растений в их ротовой полости, желудке и кишечнике.
Удельная площадь - общая площадь поверхности частиц, выражаемая в квадратных метрах на 1 грамм сухой почвы. Это понятие является важной характеристикой, показывающей среднее количество питательных веществ, которое почва может отдать при выветривании и, наоборот, связать со своей поверхностью.
Структура - почвенная структура определяется соотношением классов с разным диаметром, в частности относительные пропорции песка, ила и глины, в соответствии с Таблицей «Соотношение частиц по распространенности».
Словарь:
Глина - это группа мельчайших частиц, со средним диаметром менее 0,0002 мм – смотреть Таблицу «Классификация частиц по размеру», глава «Структура почвы».
Капиллярность = капиллярная вода – это вода, способная подняться в верхние слои почвы по мелким порам путем связывания молекул воды в порах (адгезии), но также и путем сближения молекул воды (когезия). Илистые почвы обладают высокой капиллярностью, сочетая в себе большую глубину подъема и высокую скорость капиллярного движения.
Словарь:
Агрегированная структура - когда первичные частицы из класса глины соединяются друг другом и могут становиться прочнее за счет органического вещества, извести и различных химических соединений.
Диоксид углерода - углекислый газ (СО2) клеточного дыхания корней, который является составной частью, наряду с водой, для образования сахара растением в процессе фотосинтеза.
Коллоид - коллоиды являются лучшими структурными единицами почвы, со средним диаметром менее 0,0002 мм. Коллоиды включают в себя некоторые органические вещества и настоящую глину.
Кислород - элемент, встречающийся в воздухе в форме О2 и концентрации 21% - жизненно необходим для клеточного дыхания растений и их корней.
Зернистая структура - в почвах, имеющих зернистую структуру, первичные частицы слабо агрегируются, либо этого не происходит вообще.
Структура - почвенная структура определяется соотношением классов с разным диаметром, в частности, относительные пропорции песка, ила и глины, в соответствии с Таблицей «Соотношение частиц по распространенности» в главе «Структура почвы».
Словарь:
Карбонаты (CO3) – это соли карбоновых кислот (H2CO3), часто находятся в почве как карбонаты кальция (CaCO3) и также являются основой известковых соединений, которые, как правило, представляют собой разбитый и измельченный карбонат кальция.
Мороз - означает, что почвенная вода превращается в лёд, когда температура падает. Это явление положительно с точки зрения структурности почвы, так как почва разрыхляется за счет увеличения объема воды при замерзании.
Сидераты - такие культуры как спаржа, горчица, клевер, которые выращиваются в период между вегетацией основных культур, например между озимой пшеницей и яровым ячменем. Используются для различных целей: уменьшения выщелачивания азота, увеличения запасов органического вещества, привлечения птиц и животных, и др.
Оксиды железа и алюминия - химические соединения между железом (Fe) и алюминием (Al) с одной стороны и кислородом с другой, например, обычная ржавчина – это оксид железа.
Поры - почвенные поры – это полости, каналы и трещины в почве, которые заполняются, в зависимости от текущей влажности, водой либо воздухом.