Воздушные свойства почв

 

 

Введение

 

«Земля-кормилица. Нет более привычного

для человека и более уникального

явления в природе. Почва – связующее

звено между живой и неживой материей.

В противоборстве стихий возник

и сформировался этот тончайший, легко-

ранимый плодородный покров планеты.

У истоков плодородия – Человек»

М.И. Калинин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Начиная с VII в. До н.э. почва - основа сельскохозяйственного производства, ценнейшее богатство человечества. Почва - часть окружающей человека природной среды. Она возникла в результате сложного взаимодействия атмосферы, гидросферы, литосферы, растительного и животного мира.

Писатель и агроном Сергей Залыгин писал, что уникальный плодородный слой земли — едва ли не главное чудо нашей планеты. От всех других планет Земля отличается наличием на ней почвы. Возможно, что она отличается этим от всей вообще Вселенной. Тончайший слой земли, облегая даже не всю сушу, а только часть ее, составляет ничтожные доли процента от массы и объема Земли. Но именно эти ничтожные доли - толщина почвы в среднем составляет 20 см - взаимодействуют с солнцем таким образом, что оказались возможным человек и человеческое существование, не говоря уже о многом другом, что мы включаем в понятие природа. « Подумать только! - восклицает писатель. - Речь идет о тончайшей пленке, менее полуметра толщиной, даже не повсюду, а лишь кое-где облекающей сушу земного шара!» Почва - основа для получения урожая сельскохозяйственных культур, главное богатство, от которого зависит наше существование. Она является основным средством сельскохозяйственного производства, главным источником продуктов питания.

На Земле сегодня насчитывается около 80 тысяч видов съедобных растений, а кормят человечество только 30 сельскохозяйственных культур. Пшеница, рис, кукуруза, картофель являются основными, дают больше продовольствия, чем все остальные культуры вместе взятые.

C поверхности суши, на  почвах Евразии, Австралии, Африки, Америки ежегодно получают около 300 млн т пшеницы, такое же количество риса, 250 млн т кукурузы, 200 млн т ячменя, овса, ржи, 100 млн т сорго, проса, 300 млн т картофеля, 100 млн т фруктов, 60 млн т бобовых, 30 млн т помидоров и лука, 60 млн т чистого сахара, 20 млн т растительного масла, 100 млн т мяса, 400 млн т молока.

 

 

 

 

Понятие почвы

По́чва — поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой полифункциональную гетерогенную открытую четырёхфазную (твёрдая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы) структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов. Её рассматривают как особую природную мембрану (биогеомембрану), регулирующую взаимодействие между биосферой, гидросферой и атмосферой Земли. Почвы являются функцией от климата, рельефа, исходной почвообразующей породы, микроорганизмов, растений и животных (то есть биоты в целом), человеческой деятельности и изменяются со временем.

Почва — самостоятельное естественноисторическое органоминеральное природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твёрдых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия.

 

Почвоведение — наука, занимающаяся изучением почвы.

 

 

                

Состав почвы

Почва состоит из твердой (минеральной и органической), жидкой и газообразных фаз. Для всех почв характерно уменьшение содержания органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов почв к нижним.( Рис. 1)

Горизонт А1 - темноокрашенный, содержащий гумус, обогащен минеральными веществами и имеет для биогенных процессов наибольшее значение.

Горизонт А2 - элювиальный слой, имеет обычно пепельный, светло-серый или желтовато-серый цвет.

Горизонт В - элювиальный слой, обычно плотный, бурый или коричневой окраски, обогащенный коллоидно-дисперсными минералами.

Горизонт С измененная почвообразующими процессами материнская порода.

Горизонт В - исходная порода.

Твердая часть почвы состоит из минеральных и органических веществ. По дисперсионности минеральные вещества делятся на две группы: с диаметром более 0,001 мм (обломки пород и минералов, минеральные новообразования) и менее 0,001 мм (частицы выветривания глинистых минералов, органических соединений). Часть объема почвы, заполненного воздухом или водой, называют пористостью почвы, которая составляет 40-60%, иногда до 90% (торф), бывает до 27% (суглинки).В состав минеральной части почвы входят Si, Al, Fe, К, Na, Mg, Ca, P, S и др. хим. элементы, которые, в основном, находятся в окисленном состоянии (SiO2, A12O3, Fe2O3, К2О, Na2O, MgO, CaO), а также в виде солей: угольной, серной, фосфорной, хлористо-водородной.В состав твердой части почвы входят и органические вещества (преимущественно в гумусе), где содержатся углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера и др. элементы. Многие элементы растворены в почвенной влаге, заполняющей часть пор, а в остальной части пор находится воздух, который в верхних слоях (15-30 м) состоит из N2 (78-60%), O2 (11-21%), СO2 (0,3-8,0%).                       

                  

 

Воздушные свойства почвы

Большинство растений не может существовать без постоянного притока кислорода к корням и выведения углекислого газа из почвы – должен быть постоянный обмен с атмосферным воздухом. Процесс обмена почвенного воздуха с атмосферным называют газообменом, или аэрацией.

Воздушный режим – это совокупность всех явлений поступления, перемещения воздуха по профилю почвы, изменения его состава и физического состояния при взаимодействии с твёрдой, жидкой и живой фазами почвы, а также газообмен почвенного воздуха с атмосферным.

Почвенный воздух — один из факторов жизни растений. Кислород воздуха необходим для прорастания семян, дыхания корней растений, почвенных микроорганизмов. Он участвует в реакциях окисления минеральных и органических веществ. При окислении органического вещества почвы происходит круговорот углерода, азота, фосфора и других элементов питания. При недостатке кислорода ослабляются дыхание, обмен веществ, а при отсутствии в почве свободного кислорода прекращается развитие растений. Косвенное влияние недостатка кислорода в почве связано с понижением окислительно-восстановительного потенциала, развитием анаэробных процессов, образованием токсичных для растений соединений, снижением доступных питательных веществ, ухудшением физических свойств почвы. Все это способствует снижению плодородия почвы и урожая растений.

Регулируют воздушный режим путём улучшения физических свойств и структуры почвы: это обработка почвы, внесение органических удобрений, выращивание многолетних трав, отвод излишнего количества воды с почвы, известкование кислых и гипсование засоленных почв. Особенно велика роль обработки почвы. Хорошо взрыхленные почвы (плотность которых не превышает 1,2-1,3 г/см3) даже при сравнительно высокой влажности углекислого газа содержат не более 0,2-0,6, а кислорода – не менее 20 %, то есть имеют удовлетворительный воздушный режим. В уплотнённых и сильно увлажнённых почвах содержание углекислого газа поднимается до вредного уровня – 2 и даже 5-6%. Глубокое рыхление обеспечивает проникновение воздуха в нижние слои почвы, что способствует прорастанию корней вглубь и усиливает засухоустойчивость растений.

 

Воздушные свойства почвы зависят от влажности, объемной плотности, механического состава, структурности почвы. Благодаря воздухопроницаемости и порозности аэрации почвы в том или ином количестве содержат почвенный воздух. Почвенный воздух — газы, находящиеся в порах почвы, свободных от влаги; со­держание его выражается в процентах от объема почвы и изменяется в зависимости от динамики влажности почв в данной местности. Почвенный воздух хорошо дренированных почв содержит, %: азота — 78, кислорода — 21, аргона — 0,9, углекислого газа — 0,03. По составу он мало отличается от атмосферного (в нем больше углекислоты и меньше кислорода).

В зависимости от пористости, влажности, состава растений, количества органических веществ, микроорганизмов содержание O2 и СО2 в почвенном воздухе может меняться от 0 до 20 %. Различия в концентрации O2 и С02 определяются интенсивностью использования О2, поступлением С02 и быстротой газообмена между атмосферным и почвенным воздухом — аэрацией.

При недостатке кислорода и избытке углекислого газа в почвенном воздухе развитие растений угнетается, снижается усвоение веществ питания, воды, замедляется рост корней. Отсутствие кислорода ведет к гибели растений. Все это обусловливает необходимость постоянной аэрации почв. Почвенный воздух может находиться в различных состояниях – свободном, адсорбированным поверхностью почвенных частичек и растворенном в жидкой фазе почвы. Большое значение почвы в аэрации имеет свободный почвенный воздух. Он обычно находится в некапиллярных и капиллярных порах, обладает подвижностью и может обмениваться с атмосферным воздухом.

Главные факторы, влияющие на газообмен – диффузия, изменение температуры почвы, барометрического давления, влажность почвы, ветер. Все эти факторы действуют в природных условиях совокупно, но основным необходимо считать диффузию. В результате ее происходит перемещение газов в соответствии с их парциальным давлением.

Изменение температуры и барометрического давления вызывает сжатие или расширение почвенного воздуха, а следовательно, и газообмен.

 

Изменение количества влаги в почве и уровня фунтовых вод способствует газообмену, так как влага атмосферных осадков вытесняет почвенный воздух, а испарение воды из почвы и повышение уровня грунтовых вод вызывают всасывание атмосферного воздуха.

Состояние газообмена определяется воздушными свойствами почв. К ним относят воздухопроницаемость и воздухоемкость.

Воздухопроницаемость – способность почвы пропускать сквозь себя воздух. Чем большими являются ее показатели, тем лучше идет газообмен. Зависит от механического состава почвы, ее плотности, влажности, структурного состояния. Воздух передвигается в почве по порам, не заполненным водой. В структурных почвах, в которых кроме капиллярных пор есть достаточное количество крупных некапиллярных пор, создаются наиболее благоприятные условия для воздухопроницаемости.

Воздухоемкостъ – способность почвы удерживать определенное количество воздуха. Определяют ее в объемных процентах. Содержание воздуха в почве зависит в первую очередь от влажности почвы и ее пористости – чем большая пористость и меньшая влажность почвы, тем больше содержится в ней воздуха. Оптимальные условия для газообмена создаются при содержании воздуха в минеральных почвах 20–25%, а в торфяных – 30–40%.

 

 

 

 

 

 

 

 

Приёмы регулирования воздушного режима почвы

При регулировании воздушного режима особое внимание обращают на обогащение почвы органическим веществом.

К приёмам, улучшающим воздушный режим почвы, относят также правильное чередование культур в севооборотах, возделывание в них картофеля, сахарной свеклы, кукурузы, кормового люпина, клевера, гороха и других пропашных и бобовых растений.

Для повышения аэрации почвенных горизонтов, расположенных ниже пахотного слоя, применяют вспашку с почвоуглубителем.

На почвах, где пониженный газообмен связан с переувлажнением, воздушный режим значительно улучшается от применения гончарного, кротового и других видов дренажа.

 

В опытах Н. Сорокина на тяжёлосуглинистой с оглеением почве кротование увеличивало выделение из почвы углекислого газа, повышало урожай картофеля и несколько улучшало его качество по сравнению с обычной вспашкой и вспашкой с углублением.

В почве содержится воздух, состав которого отличается от атмосферного большим количеством углекислого газа, меньшим количеством кислорода. При недостатке воздуха в почве замедляется прорастание семян, ненормально развивается корневая система, подавляется микробиологическая деятельность.

Содержание воздуха в почве (ее воздухоемкость) зависит от скважности почвы и относительного количества пор, занятых водой. Пористость, или скважность. Почва состоит из твердой фазы (почвенных комочков) и промежутков между ними, или пор. Общий объем пор в процентах по отношению ко всему объему почвы называется пористостью, или скважностью, почвы. Поры могут быть заняты водой или воздухом. Наиболее благоприятен в агрономическом отношении такой объем, при котором поры почвы заняты водой примерно наполовину.

Скважность различают капиллярную (объем промежутков капиллярного сечения), некапиллярную (промежутки более широкие, чем капилляры) и общую.

Важно, чтобы непрерывно шел интенсивный обмен воздуха между почвой и атмосферой (аэрация), чтобы воздух, более богатый кислородом, поступал в почву, а бедный кислородом удалялся из нее.

Улучшение воздушного режима особенно необходимо там, где распространены почвы с избыточным увлажнением. Продуктивность угодий на болотных и заболоченных почвах ограничена плохой аэрацией и недостатком кислорода. Поэтому воздушный режим этих почв регулируют с помощью осушения.

                            

                       

 

 

                               Заключение

 

Почвой называется самый поверхностный слой суши земного шара, возникший в результате изменения горных пород под воздействием живых и мертвых организмов (растительных, животных и микроорганизмов), солнечного тепла и атмосферных осадков.

Почва представляет собой совершенно особое природное образование, обладающее только ей присущими строением, составом и свойствами. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т. е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство почвы представляет исключительную ценность для жизни человека и всех живущих на суше организмов. Плодородие почвы определяет ее важность как основного средства сельскохозяйственного производства.