плодородие почв (стр. 3 из 7)

Тепловые свойства почвы. Способность почвы поглощать и отражать лучистую энергию солнца, проводить и удерживать тепло во многом непосредственно определяет рост и развитие растений, а также биологические процессы, с которыми связано плодородие почвы.

Ее тепловой режим как совокупность поступления, отдачи и передачи тепла зависит от цвета и водно-воздушных свойств почвы, от того, насколько ее поры заняты малотеплоемким и малотеплопроводным воздухом или высокотеплоемкой и теплопроводной водой.

Содержание в почве органического вещества. В органическом веществе почвы содержится основная часть запасов азота, около 80% серы и около 60% фосфора. Элементы питания, связанные с органическим веществом, не вымываются из почвы и в то же время могут постепенно использоваться растениями. Органическое вещество почвы является источником энергии для микроорганизмов, мобилизующих элементы питания для растений из растительных остатков и минеральной части почвы. Установлено, что некоторые органические вещества почвы могут непосредственно усваиваться растениями и содержат стимуляторы роста последних. С количеством и качественным составом органического вещества связано образование водопрочной структуры и формирование благоприятных для растений водно-физических и технологических свойств почвы.

Биологическая активность почвы. Она определяется численностью, составом и активностью почвенных микроорганизмов и почвенной фауны, активностью ферментов, которые непосредственно участвуют в трансформации недоступных растениям элементов питания почвы и растительных остатков в доступные им соединения. С биологической активностью почвы связано образование в ней микробных продуктов, стимулирующих рост растений, или, наоборот, оказывающих на них токсические действия. Микробные метаболиты и отмирающие популяции микробов, масса которых может достигать 6 т/га, играют важную роль в процессах образования гумуса почвы. В биомассе отмирающих микроорганизмов содержится около 12% азота, 3% фосфора и 2,2% калия. При ее разложении около одной трети азота используется микроорганизмами, а две трети — растениями. Биологическая активность почвы определяет фиксацию атмосферного азота и образование углекислоты, участвующей в процессе фотосинтеза растений.

Поглотительная способность почвы. Она тоже обусловливает ряд жизненно важных для растений свойств почвы — ее пищевой режим, химические и физические свойства. Благодаря ей элементы питания удерживаются почвой и меньше вымываются осадками, оставаясь в то же время легкодоступными для растений. Важную роль при этом играет емкость поглощения почвы. От состава поглощенных катионов зависят реакция почвы, ее дисперсность, способность к агрегированию и устойчивость поглощающего комплекса к разрушающему действию водой в процессе почвообразования. Поглощенный водород, алюминий и особенно поглощенный натрий способствуют разрушению ее поглощающего комплекса, снижают способность почвы удерживать и закреплять гумусовые вещества. Насыщенность поглощающего комплекса кальцием, наоборот, обеспечивает растениям благоприятную, близкую к нейтральной реакцию почвы, предохраняет ее поглощающий комплекс от разрушения, способствует агрегированию почвы и закреплению в ней гумуса. Поэтому кальций называют «стражем плодородия почвы».

1.5. ФАКТОРЫ, ЛИМИТИРУЮЩИЕ ПОЧВЕННОЕ ПЛОДОРОДИЕ

Как показано выше, элементами (факторами) почвенного плодородия служат практически все физические, химические и биологические свойства почв. Важно иметь в виду, что то или иное свойство почвы может оказывать как положительное, так и отрицательное (лимитирующее) влияние на уровень ее потенциального или эффективного плодородия в зависимости от его качественного и количественного проявления.

В агрономии и агрохимии давно известен «закон минимума», согласно которому урожай растений определяется тем фактором, который находится в минимуме в данный момент: при достаточном количестве азота и фосфора, например, в почве может не хватать калия или, скажем, кальция или железа, а при полной обеспеченности всеми элементами питания может не хватать воды или при оптимуме пищи и воды может недоставать тепла и т. п. При этом уровень эффективного плодородия иллюстрируется известным рисунком бочки из планок разной высоты, уровень воды в которой лимитируется минимальной планкой. Отсюда и второй не менее известный рисунок, обошедший все учебники, иллюстрирующий прогрессивно растущие урожаи по мере постепенного увеличения один за одним всех факторов плодородия: сначала, допустим, дается увеличение азота, а когда при оптимуме азота в минимуме оказывается фосфор, то дают увеличение фосфора, затем последовательно так же поступают и с другими факторами плодородия, пока, наконец, не достигается желаемый результат при оптимуме всех факторов. Однако этот красивый и теоретически вроде бы хорошо обоснованный процесс на практике работает отнюдь не всегда, хотя бы в силу того, что не всегда известны все нужные растению факторы и их оптимальные соотношения, а перебирать все возможные варианты можно тысячелетия, что, кстати, человек и делает на протяжении своей истории. Сейчас к этому подключены ЭВМ и математические уравнения «программирования урожаев».

В почвоведении принят иной подход. Наряду с задачей обеспечения оптимального состояния почвенных факторов жизни растений или элементов почвенного плодородия ставится и практически решается задача ликвидации или минимализации лимитирующих почвенное плодородие факторов с помощью коренных почвенных мелиорации и агротехнологических приемов. В табл. 48 перечислены основные лимитирующие факторы почв и соответствующие приемы их мелиорации. Ряд почв обладает не одним каким-то лимитирующим фактором, а целым комплексом их. Например, солонцы-солончаки имеют высокую щелочность, высокое солесодержание и крайне неблагоприятные физические свойства. Отсюда необходимость комплексных мелиорации.

1.6. ОСОБЕННОСТИ ТРЕБОВАНИЙ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ К ПОЧВАМ

В отношении требований к почве растения природных фитоценозов и агроценозов существенно различаются. В природных фитоценозах растительный покров представлен растениями разных видов. Они различаются по биологической стойкости, по потреблению воды и элементов питания как в количественном отношении, так и по времени максимального потребления на протяжении годового периода вегетации. Ярусное расположение их надземной и подземной массы позволяет наиболее полно использовать солнечный свет, тепло и плодородие почвы. При установившемся динамическом равновесии природный фитоценоз представляет собой устойчивое растительное сообщество, приспособленное к условиям местности и почве.

Агроценоз, за исключением немногих смешанных и совместных посевов, представлен популяцией растений одного вида и сорта. Все они за короткий период вегетации потребляют очень много воды и элементов питания, а периоды максимального потребления по фазам роста у всех растений совпадают во времени. На протяжении длительной истории окультуривания природных растений человек создавал для них наиболее благоприятные условия роста, подбирал и менял их сорта, «изнежил» их, и они утратили стойкость по отношению к неблагоприятным условиям среды. По сравнению с дикими растениями и сорняками у них ниже способность усваивать элементы питания из труднодоступных соединений, их продуктивность в большей степени подвержена колебаниям экологических условий и особенно погоды. Они без помощи человека не выдерживают конкурентной борьбы с сорной растительностью. По сравнению с природными фитоценозами агроценозы являются менее устойчивой экосистемой и очень требовательны к свойствам почвы.

Культурные растения выращивают в разных природных зонах, используя для этого почвы, обладающие разными свойствами. Можно сказать, что свойства большинства природных почв в резкой степени не соответствуют высоким требованиям современных культурных растений. Хотя у разных культур требования к почве неодинаковые, среди них можно выделить ряд общих для всех культурных растений.

Для укоренения проростков и хорошего развития корневой системы культурным растениям нужна почва, обладающая такой умеренной плотностью и порозностью, которая обеспечивает достаточную аэрацию и газообмен с атмосферой без пересушивания почвы и чрезмерной минерализации ее органического вещества. Культурные растения очень чутко реагируют на увеличение плотности почвы и на ухудшение ее аэрации. Для разных культур оптимальная плотность различна, но у многих из них урожай резко снижается, если плотность почвы достигает 1,45—1,60 г/см3. Культурные растения в одновидовых посевах при хорошем росте потребляют очень большое количество элементов питания в легкодоступных формах, особенно в ответственные начальные периоды роста. При рекордно высоких урожаях зерна пшеницы (100 ц/га) и корней сахарной свеклы (1000 ц/га) потребление азота может достигать соответственно 350—510 кг, фосфора 85—100 кг и калия 105—340 кг на площади 1 га.

В табл. 49 представлены данные о среднем за 5 лет годовом потреблении элементов питания всеми агроценозами в ряде природных зон, рассчитанном с учетом структуры посевных площадей в зоне и урожаев культур на уровне госсортучастков. Как видно из таблицы, в агроценозах за более короткий период вегетации культурные растения потребляют от 415 до 1000 кг/га химических элементов, в том числе от 85 до 210 кг/га азота, в то время как в природных фитоценозах этих зон растения за более продолжительный срок роста в год потребляют элементов от 85 до 785 кг/га (из них азота от 20 до 175 кг/га). Чтобы обеспечить большую потребность культурных растений в элементах питания, нужно, чтобы пахотная почва обладала высокой биологической активностью — высокой численностью и активностью микроорганизмов, трансформирующих элементы питания почвы в легкодоступные растениям формы. Большое значение биологической активности почвы для ее плодородия показано в табл. 50.