Основні властивості ґрунтів
Повне розуміння ґрунту, його складових і характеристик, є міцною основою ефективного, сучасного ведення сільського господарства.
На нашу думку, для оптимального ведення сільського господарства необхідно точно розуміти, що відбувається в ґрунті і як він реагує на різні фактори впливу. Тому ми розмістили декілька простих посібників і інформаційних матеріалів про типи ґрунтів, будову ґрунту та структуроутворювальні процеси.
The building blocks of soil
The soil that is cultivated to create a seedbed only consists to half of solid material, while the remainder consists of pores filled with water or air. Of the solid material, clay and organic material have the strongest influence on the soil and determine its tillage properties.
Soil consists of around 50% solid material, with 50% pores in between. In simple terms, half of a soil clod is solid material and the other half is pores.
Пори з водою чи повітрям
Ґрунт складається з 50 % твердої речовини й 50 % пір між її частинками. Інакше кажучи, половину грудки землі складає твердий матеріал, а половину — пори.
Пори з водою чи повітрям
Тверда частина складається з частинок мінералів, які відносяться до різних класів за розміром, а також з органічного матеріалу. Ці пори, які є важливим елементом структури ґрунту, наповнені водою чи повітрям, залежно від зволоженості ґрунту у конкретний момент часу, його структури та способу обробки. В ідеальному випадку пори заповнені наполовину водою, а наполовину повітрям. Однак ґрунти з агрегатованою структурою, наприклад глини, мають дещо більшу пористість (40–60 %), ніж роздільно-зернисті ґрунти, як-от пісок (35–45 %).
Дрібнозем утримує воду
Оброблюваний ґрунт часто містить частинки різних груп. Якщо у структурі ґрунту домінують гравій та пісок, він є легкопроникним, сухим і відносно неродючим; наявність піску та глини робить його теплішим. Дрібноземні ґрунти часто є холодними й водоутримними, легко піднімають воду за рахунок капілярного ефекту. Найдрібніші мінеральні частинки — глини — сильно впливають на властивості ґрунту, навіть якщо їх концентрація становить лише близько 5 %. За рахунок розбухання та зсідання глини надають ґрунту агрегатованої структури з тріщинами й порами, якими корені можуть проникати в шар ґрунту. Типові характеристики різних ґрунтів часто визначаються вмістом глини, який сильно впливає на тип ґрунту та його придатність до обробки.
Органічний матеріал (позитивно заряджений)
Органічний матеріал ґрунту також дуже відчутно впливає на його властивості. Він майже на 60 % складається з вуглецю (С) і утворюється з решток рослин, розкладених мікроорганізмами. У процесі розкладу (див. рисунок) вивільняються поживні речовини для рослин: азот (N), фосфор (P) і сірка (S). Органічний матеріал може мати величезне значення для властивостей ґрунту та майже завжди позитивно впливає на ведення господарства. Він впливає на:
• структуру та міцність агрегатів;
• водоутримні властивості;
• оброблюваність;
• запаси поживних речовин;
• замулювання й кіркоутворення.
-
Усім глинистим мінералам притаманна пласка форма. Завдяки такій формі й мікроскопічним розмірам глинисті колоїди мають надзвичайно велику питому площу, тобто відношення площі поверхні до маси.
Наприклад, площа поверхні частинок масою один грам становить 1,5–2 см2 — як невелика поштова марка. Натомість сумарна площа поверхні частинок глини масою один грам може становити кілька сот квадратних метрів — як середній за розміром будинок.1) Тонкий пісок 2) Дуже тонкий пісок 3) Крупний дрібнозем 4) Тонкий дрібнозем 5) Крупна глина
-
Найдрібніші частинки ґрунту — це тонка глина (< 0,0002 мм) і деякі органічні матеріали, які є колоїдами. Однак вони мають велику питому площу поверхні, тобто відношення площі поверхні до маси (див. таблицю «Класифікація частинок за розміром»). Чим менший розмір частинок, тим більша їхня питома площа поверхні. Поверхня частинок глини має негативний заряд і притягує поживні речовини ґрунту (які є катіонами), утворюючи таким чином запас поживних речовин для рослин.
Процес розкладу
1. Розклад відмерлого органічного матеріалу починає ґрунтова фауна частково шляхом подрібнення на менші частинки, а частково шляхом утворення в шарі землі каналів, якими в неї проникає кисень. Особливу й дуже цінну роль у цьому відіграють дощові черв’яки, які розщеплюють матеріал і змішують його з землею.
2. Розклад поетапно продовжують бактерії та грибки. На останній стадії відбувається так звана мінералізація, тобто формування простих кінцевих продуктів, доступних для рослин (наприклад, нітратів, фосфатів і сульфатів).
3. Формування гумусу У процесі розкладу різноманітні органічні сполуки поетапно перетворюються на дедалі простіші продукти розкладу. Ці проміжні продукти реагують між собою та з продуктами життєдіяльності ґрунтових організмів. Це призводить до утворення нових хімічних сполук, які перетворюються на високомолекулярну темну масу — гумусові речовини. Ці гумусові речовини здатні притягувати позитивно заряджені іони, наприклад калію, кальцію і магнію.
Характеристики різних типів ґрунту
Різни типи ґрунт визначають яку сільськогосподарську культуру ми можемо вирощувати. В цьому розділі зібраний короткий опис та характеристики різних типів ґрунтів.
Піщані ґрунти та дрібнозем(3)
1. Піщані ґрунти
Піщані ґрунти часто відзначаються сухістю, бідністю на поживні речовини та високою швидкістю дренажу. Вони мають невелику (чи взагалі нульову) здатність до капілярного перенесення води з глибших шарів. Тому весняну орну обробку піщаних ґрунтів слід звести до мінімуму, щоб зберегти вологу на глибині посівного ложа. Здатність піщаних ґрунтів до утримання поживних речовин і води можна поліпшити шляхом додавання органічного матеріалу.
2. Дрібнозем з вмістом глини 0–10 %
Ці ґрунти відрізняються від піщаних більшою схильністю до утворення кірки, яка часто буває дуже твердою. У разі надмірної інтенсивності орної обробки вони можуть ущільнюватися, що зменшує їхню здатність до інфільтрації води за великої кількості опадів. У посушливі періоди вони можуть ставати твердими й важкими в обробці. Тим не менш, зазвичай вони обробляються легко і можуть накопичувати істотні обсяги води. Такі ґрунти потребують доброго переущільнення, але обробляти їх у мокрому стані не слід.
1. Піщані ґрунти
Піщані ґрунти часто відзначаються сухістю, бідністю на поживні речовини та високою швидкістю дренажу. Вони мають невелику (чи взагалі нульову) здатність до капілярного перенесення води з глибших шарів. Тому весняну орну обробку піщаних ґрунтів слід звести до мінімуму, щоб зберегти вологу на глибині посівного ложа. Здатність піщаних ґрунтів до утримання поживних речовин і води можна поліпшити шляхом додавання органічного матеріалу.
2. Дрібнозем з вмістом глини 0–10 %
Ці ґрунти відрізняються від піщаних більшою схильністю до утворення кірки, яка часто буває дуже твердою. У разі надмірної інтенсивності орної обробки вони можуть ущільнюватися, що зменшує їхню здатність до інфільтрації води за великої кількості опадів. У посушливі періоди вони можуть ставати твердими й важкими в обробці. Тим не менш, зазвичай вони обробляються легко і можуть накопичувати істотні обсяги води. Такі ґрунти потребують доброго переущільнення, але обробляти їх у мокрому стані не слід.
Глинисті ґрунти(3)
3. Глинисті ґрунти з вмістом глини 10–25 %
Ці ґрунти відрізняються від описаних вище можливістю утворення товстої кірки. Часто вона буває настільки тверда, що її доводиться розбивати. Через низький вміст глини й органічного матеріалу погано утворюються агрегати.
4. Глинисті ґрунти з вмістом глини 25–40 %
Ці ґрунти мають хорошу здатність до перенесення води з глибоких шарів, але з невеликою інтенсивністю, тому капілярна волога часто не задовольняє потреби рослин у воді. Ці ґрунти відзначаються темнішим кольором і яскравіше вираженою здатністю до злипання у грудки. Грудкоутворення зменшує ризик формування кірки. Щоб зберегти легкість культивування цих ґрунтів, орну обробку слід проводити за належного вологовмісту. Якщо ґрунт надто сухий, можливе утворення грудок, а якщо надто вологий — розмивання. Ці ґрунти можуть поліпшитися під дією погодних умов, коріння тощо.
3. Глинисті ґрунти з вмістом глини 10–25 %
Ці ґрунти відрізняються від описаних вище можливістю утворення товстої кірки. Часто вона буває настільки тверда, що її доводиться розбивати. Через низький вміст глини й органічного матеріалу погано утворюються агрегати.
4. Глинисті ґрунти з вмістом глини 25–40 %
Ці ґрунти мають хорошу здатність до перенесення води з глибоких шарів, але з невеликою інтенсивністю, тому капілярна волога часто не задовольняє потреби рослин у воді. Ці ґрунти відзначаються темнішим кольором і яскравіше вираженою здатністю до злипання у грудки. Грудкоутворення зменшує ризик формування кірки. Щоб зберегти легкість культивування цих ґрунтів, орну обробку слід проводити за належного вологовмісту. Якщо ґрунт надто сухий, можливе утворення грудок, а якщо надто вологий — розмивання. Ці ґрунти можуть поліпшитися під дією погодних умов, коріння тощо.
Глинисті ґрунти з вмістом глини понад 40 %(2)
5. Глинисті ґрунти з вмістом глини понад 40 %
Важка глина має велику водоутримну здатність, але більша частина води міцно зв’язана й недоступна для рослин. Вміст гумусу часто буває більшим, ніж в інших видах мінеральних ґрунтів. Висихання не призводить до утворення кірки. Ці ґрунти мають дуже високу здатність до поліпшення структури, наприклад, унаслідок циклу замерзання — танення, висихання — зволоження. У холодну зиму глина замерзає шматками, формуючи у верхньому шарі ґрунту дуже сприятливу агрегатовану структуру. Якщо глина висихає без замерзання, вона стає дуже щільною й важкою для проведення подальшого обробітку.
У зволоженому стані ці ґрунти можуть бути липкими та непроникними для води. Завдяки високому вмісту глини вміст поживних речовин дуже високий. У сухому стані жирна глина вимагає сильного повторного ущільнення навколо насіння, але це не стосується зволоженого пластичного стану. Обробка у зволоженому стані пов’язана з небезпекою ущільнення ґрунту.
Структура ґрунту
Під структурою ґрунту мають на увазі його фізичну конфігурацію. У піщаних ґрунтах частинки слабко пов’язані між собою і не утворюють агрегатів; натомість у глинистих ґрунтах глина легко агрегатується. Завдяки цим агрегатам земля легко обробляється, стає більш проникною для повітря й води.
Піщані грунти не утримуються разом
Глинисті ґрунти, приклад якого показано на фото, формують грудки і часто мають агрегатовану структуру.
Глинисті ґрунти агрегатуються
Глинисті ґрунти (див. фото), формують грудки і часто мають агрегатовану структуру. Навіть за вмісту 5 % у ґрунті глина дуже сильно на нього впливає, справляючи визначальний вплив на його властивості.
Агрегатована структура — це результат ряду процесів у ґрунті, поєднання яких призводить до створення агрегатів. Ці структуроутворювальні процеси в динамічному поєднанні з механічною обробкою впливають на структуру ґрунту.
Агрегати поліпшують властивості ґрунту
Коли частинки глини з'єднуються в агрегати, властивості ґрунту майже завжди поліпшуються. Важливим результатом є полегшення обробки ґрунту. Також поліпшується аерація ґрунту, тобто ґрунт ліпше пропускає до коренів кисень і відводить від них вуглекислий газ. Агрегатована структура також поліпшує водопроникність і водоутримну здатність ґрунту. Завдяки хорошій структурі у глинистому орному ґрунті формується більш продуктивне посівне ложе, оскільки в ньому задоволено всі важливі умови для розвитку рослин і їхньої кореневої системи. Завдяки цьому рослини швидше ростуть і дають ліпший урожай.
Структуроутворювальні процеси
Структура глинистого ґрунту є результатом ряду різних процесів, які в кінцевому підсумку надають ґрунтовому профілю певних властивостей. На структуру ґрунту впливає також механічна обробка, яка розпушує його на певну глибину та перемішує рослинні рештки.
Замерзання й нагрівання
Мороз і холод узимку впливає на ґрунт так само, як і спека влітку, — висушує його. І холод, і спека позбавляють ґрунт води, а зневоднення призводить до посилення притягання частинок глини. У результаті механічним способом утворюються агрегати.
Дощові черв’яки
Дощові черв’яки поїдають залишки рослин і змішують їх із землею, торуючи канали в товщі ґрунту. Їхні виділення склеюють частинки ґрунту й поліпшують стабільність агрегатів. Також дощові черв’яки стимулюють діяльність ґрунтових мікроорганізмів, які поліпшують стабільність ґрунту своїм слизом та іншими зв’язувальними речовинами.
Рослини
Споживаючи воду, рослини висушують ґрунт так само, як мороз і спека. Зневоднення призводить до посилення притягання частинок глини, створення й посилення агрегатів. Також коріння рослин збільшує кількість органічного матеріалу ґрунту й залишає по собі кореневі канали. Усі ці чинники означають, що рослинний покрив збудовує структуру ґрунту, а брак рослин призводить до руйнування цієї структури.
Хімічні процеси
Органічний матеріал, оксиди й карбонати заліза й алюмінію стабілізують агрегати, виконуючи роль зв’язувальних речовин. У ґрунтах, які не піддають механічній обробці, цей процес відіграє основну роль. Однак багаторазова механічна обробка ґрунту погіршує стабільність агрегатів, тому в родючих ґрунтах структура більшою мірою залежить від вмісту глини й біологічної активності.
Дренаж
Дренаж відводить зайву вологу в товщу землі, таким чином висушуючи ґрунт. У такий спосіб дренаж сприяє поліпшенню структури ґрунту. У дуже небагатьох ґрунтах дренаж відбувається природним способом. Тому для рівномірного осушування ґрунту, зменшення ущільнення та появи ранніх сходів культур восени й навесні потрібні додаткові заходи з улаштування дренажу.
Органічний матеріал і вапно
Тваринний гній, сидерати, пожнивні залишки тощо — це джерела органічного матеріалу в ґрунті. У короткостроковій перспективі вони підвищують біологічну активність і створюють хороші умови для розвитку ґрунтових мікроорганізмів. У довгостроковій перспективі вони підвищують вміст органічного матеріалу, поліпшуючи міцність агрегатів. Регулярне додавання вапна також поліпшує утворення агрегатів.
Важка техніка
Обробка орних ґрунтів важкою технікою часто призводить до ущільнення. Ущільнення ґрунту спричиняє стискання й руйнування великих пір ґрунту. Унаслідок цього припиняється доступ повітря й вологи до коренів. Також погіршується дренаж, унаслідок чого корені мають розвивати більше зусилля, щоб проникнути крізь товщу ґрунту.
Результат — ґрунтовий профіль
Результатом усіх структуроутворювальних процесів, які описано вище, є утворення ґрунтового профілю, для якого часто буває характерним розміщення у поверхневому шарі дрібних агрегатів, а в нижніх шарах — крупніших. Ці процеси є динамічними, тому структура ґрунту змінюється з часом. Сільськогосподарські підприємства, які мають певні плани на майбутнє і бажають досягнути стійкого виробництва, повинні розуміти значення факторів, які впливають на процеси структурування. Отримати уявлення про структуру ґрунту легше, провівши діагностику.
Вплив механічної обробки на структуру ґрунту
Спосіб землеробства впливає на структуру ґрунту, а розподіл рослинних залишків визначає, чи слід застосовувати традиційну, мінімальну чи навіть нульову обробку ґрунту. Орний шар часто має пухку структуру, а на глибині орки ґрунт більш ущільнений. Цей ущільнений шар утворюється незалежно від системи землеробства, що використовується, але глибина його розташування може бути різною. Щоб уникнути появи такого шару, важливо змінювати глибину обробки.
Основні терміни:
Капілярність — капілярна волога може підніматись у ґрунті як завдяки змочуванню стінок пір (адгезії), так і завдяки взаємному притяганню молекул (когезії). Дрібноземи мають високу капілярність і високий та інтенсивний капілярний підйом.
Катіони — позитивно заряджені іони ґрунту, наприклад калію, кальцію та магнію.
Колоїди — це найменші за розміром частинки ґрунту, середній діаметр яких складає менш ніж 0,0002 мм. До колоїдів відносяться деякі органічні матеріали та тонка глина.
Мінеральні частинки — це найменші неорганічні складники, які утворилися внаслідок вивітрювання різноманітних мінералів і порід або були принесені на місце, наприклад льодовиками. Властивості ґрунтів сильно залежать від розмірів частинок (див. таблицю «Класифікація частинок за розміром»).
Ґрунтові пори — це порожнини, канали й тріщини ґрунту, заповнені водою чи повітрям, залежно від поточної зволоженості ґрунту.
Ґрунтова фауна — дощові черв’яки, мокриці, вилохвости, багатоніжки, кліщі та інші тварини, які дають поживу бактеріям і грибкам, подрібнюючи й розщеплюючи залишки рослин у своїх щелепах і органах травлення.
Питома площа — сумарна площа поверхні частинок ґрунту, виражена у квадратних метрах на грам сухого ґрунту. Питома площа є важливою характеристикою, оскільки вона пов’язана з кількістю поживних речовин, які можуть пристати до їхньої поверхні та які земля може вивільнити внаслідок вивітрювання.
Текстура ґрунту — пропорції, тобто відносний вміст мінеральних частинок із різним середнім діаметром, зокрема піску, дрібнозему та глини, відповідно до таблиці «Класифікація частинок за розміром».
Основні терміни
Капілярність — капілярна волога може підніматись у ґрунті як завдяки змочуванню стінок пір (адгезії), так і завдяки взаємному притяганню молекул (когезії). Дрібноземи мають високу капілярність і високий та інтенсивний капілярний підйом.
Глина — це найменші за розміром частинки ґрунту, середній діаметр яких складає менш ніж 0,0002 мм. Див. таблицю «Класифікація частинок за розміром» у розділі «З чого складається ґрунт».
Основні терміни
Агрегатована структура — структура ґрунту, яка відзначається наявністю з'єднаних одна з одною первинних частинок глинистої групи; агрегати можуть набувати ще більшої стійкості завдяки вмісту органічного матеріалу, вапна й різних хімічних осадів.
Вуглекислий газ — газоподібний продукт клітинного дихання коренів, який у поєднанні з водою використовується для утворення цукрів у процесі фотосинтезу.
Колоїди — це найменші за розміром частинки ґрунту, середній діаметр яких складає менш ніж 0,0002 мм. До колоїдів відносяться деякі органічні матеріали та тонка глина.
Кисень — газ, який входить до складу повітря у концентрації 21 % і є життєво важливим для клітинного дихання рослин і їхніх коренів.
Зерниста структура — тип структури ґрунту, який відзначається дуже слабким зв’язком між найдрібнішими частинками агрегату чи відсутністю такого зв’язку.
Текстура ґрунту — пропорції, тобто відносний вміст мінеральних частинок із різним середнім діаметром, зокрема піску, дрібнозему та глини, відповідно до таблиці «Класифікація частинок за розміром» (див. розділ «З чого складається ґрунт»).
Основні терміни:
Карбонати (CO32–) — це солі вугільної кислоти (H2CO3), які часто представлені в ґрунті карбонатом кальцію (CaCO3). Вони також є основою сполук для нейтралізації кислотності, які зазвичай являють собою подрібнений чи розмелений карбонат кальцію.
Замерзання — замерзання ґрунтової вологи внаслідок падіння температури, яке призводить до розширення і позитивно впливає на структуру ґрунту, розпушуючи його.
Сидерати — такі культури, як злаки, гірчиця, конюшина тощо, які вирощуються в період між вегетацією основних культур, наприклад, між озимою пшеницею та яровим ячменем. Вони використовуються для вирішення різних задач: зменшення вилуговування азоту з ґрунту, збільшення запасів органічного матеріалу, приваблювання диких птахів і тварин тощо.
Оксиди заліза й алюмінію — хімічні сполуки між залізом (Fe) і алюмінієм (Al) з одного боку, і киснем (O) з іншого. Наприклад, звичайна іржа — це оксид заліза.
Ґрунтові пори — це порожнини, канали й тріщини ґрунту, заповнені водою чи повітрям, залежно від поточної зволоженості ґрунту.