Экологические функции свойств почвы

Глава 1. Экологическое значение физических свойств почвы.

Физические  свойства

Физические  свойства почвы разделяются на основные (объемный и удельный вес, пористость, пластичность, липкость, связность, твердость, спелость) и функциональные (водные, воздушные и тепловые).

К последним  относят способность поглощать (впитывать) выпадающие осадки или оросительную воду, пропускать, сохранять или  удерживать ее, подавать из глубоких горизонтов к поверхности, снабжать ею растения и т.д. Вода значительно изменяет физические, химические, тепловые и воздушные свойства почвы. Физические свойства почвы, тесно связанные с другими ее свойствами, изменяются в соответствии с ходом почвообразования, а с изменением свойств изменяется и почвообразование. Объемный и удельный вес. Объемный вес– вес единицы объема абсолютно сухой почвы в естественном сложении (с порами), или вес в граммах 1 см3 сухой почвы. Он определяется взвешиванием образца с ненарушенным строем, взятого в строго определенном объеме. Удельный вес– вес в граммах 1 см3 твердой массы почвы без пор. Удельным весом почвы называют отношение веса твердой ее фазы определенного объема к весу воды при 40оС в том же объеме. Пористость (скважность). Суммарный объем пор между частицами твердой фазы (объем всех промежутков), выраженный отношением объема пор к объему почвы называется пористостью, или скважностью. В отличии от пористого сложения почвы или от пористости горных пород или других тел, скважность почвы нередко называют порозностью.

1.1. Пористость почв.

Почва состоит из твердой фазы (почвенных комочков) и промежутков между ними, или пор. Поры могут быть заняты водой или воздухом.

Величина  пористости зависит от состава и  сложения почв. Так, в нижних горизонтах минеральных почв она составляет около 35-45%, в пахотном слое может повышаться до 55-70%. Высокой пористостью обладают почвы, богатые гумусом, структурные (55-65%) и особенно торфяные. Структурные почвы имеют хорошо развитую некапиллярную и капиллярную пористость. В таких почвах даже после сильного увлажнения влага удерживается во внутриагрегатных порах, а межагрегатные заняты воздухом. Одновременное содержание в почве воздуха и влаги создает благоприятные условия для жизнедеятельности корней растений и аэробных микроорганизмов, обеспечивая тем самым снабжение растений элементами азотного и зольного питания. Структурные почвы при сильном увлажнении не заплывают и лучше сохраняют воду, так как в них резко ослаблен подток ее к поверхности из-за отсутствия сплошной капиллярной сети. Они не требуют больших усилий при обработке и хорошо противостоят водной и ветровой эрозии.

У бедных органическим веществом и бесструктурных почв она равняется 40-45% с преобладанием  капиллярных промежутков. Поэтому  при обильном увлажнении (весной, после  продолжительных дождей и т. п.) в  таких почвах вытесняется воздух, что способствует развитию в них анаэробных процессов. Последующее подсыхание сопровождается интенсивной потерей почвенной влаги, которая подтягивается по капиллярам из глубоких слоев к поверхности почвы. Сильное иссушение почвы приводит к угасанию деятельности аэробных бактерий. Следовательно, на бесструктурной почве вода и воздух противостоят друг другу, а запас влаги в ней весьма непрочен и быстро теряется. В результате резко ухудшается обеспечение растений водой и элементами минерального питания. 

1.2. Пластичность почвы

Пластичностью почвы называется способность ее в определенном интервале влажности под воздействием внешних сил изменять свою форму с сохранением новой приданной формы (способность к формованию и лепке). Это свойство обуславливается образованием гидротированных плотных оболочек вокруг мельчайших частичек почвы. Наибольшую пластичность имеют так называемые жирные, или тяжелые, глины, состоящие из тонких чешуйчатых частичек, сложенных в форме плотных штабелей. Липкость (клейкость) – способность почвы во влажном состоянии прилипать к вводимым в нее предметам или соприкасающимся с нею. Она зависит от влажности, механического и химического состава и других свойств почвы. Начинает проявляться в структурной почве при ее влажности 60 – 70% и в бесструктурной – при 40 – 60% полной влагоемкости. Затем липкость возрастает до степени влажности, соответствующей нижнему пределу текучести, а при последующем повышении влажности липкость уменьшается и при переходе почвы в текущее состояние исчезает. Липкость определяется количеством влаги, соответствующим моменту, когда почвенная масса при некоторой наименьшей влажности начинает прилипать. Связность – это свойство взаимного сцепления или притягивающего действия между почвенными частицами, которое измеряется силой, удерживающей частицы одну около другой. Оно обуславливается проявлением адсорбции, когезии, цементирующим действием различных веществ (глина, перегной, известь), степенью увлажнения почвы и другими факторами.

На поверхности суглинистой и глинистой почвы после увлажнения очень часто образуется заплывший верхний слой пахотного горизонта, изрезанный вертикальными трещинами, называемый почвенной коркой. Она, увеличивая потери влаги из пашни, снижает полевую всхожесть, ухудшает условия роста и развития растений и понижает урожай всех культур. Ниже границ пахотного горизонта суглинистой и глинистой почвы нередко наблюдается уплотненный подпахотный горизонт, называемый плужной, или пахотной подошвой. Для ее уничтожения необходимо менять глубину вспашки и разрушать подошву почвоуглубителем, известкованием кислых и гипсованием щелочных почв и пр.

 
 
1.3. Влагоемкость почв

Влагоемкость (влагоудержание) – свойство почвы поглощать и удерживать то максимальное количество воды, которое в данное время соответствует воздействию на нее сил и условиям внешней среды. Это свойство зависит от состояния увлажненности, пористости, температуры почвы, концентрации и состава почвенных растворов, степени окультуренности, а также от других факторов и условий почвообразования. Чем выше температура почвы и воздуха, тем меньше влагоемкость, за исключением почв, обогащенных перегноем. Влагоемкость меняется по генетическим горизонтам и высоте почвенной колонны. В почвенной колонне как бы заключена водная колонна, форма которой зависит от высоты столба почвенного грунта над зеркалом и от условия увлажнения с поверхности. Форма такой колонны будет соответствовать природной зоне. Эти колонны в природных условиях меняются по сезонам года, а также от погодных условий и колебания влажности почвы. Водная колонна изменяется, приближаясь к оптимальной, в условиях окультуривания и мелиорации почвы.

Различаются следующие виды влагоемкости: а) полная (ПВ); б) максимальная адсорбционная (МАВ); в) капиллярная (КВ); г) наименьшая полевая (НВ) и предельная полевая влагоемкость (ППВ). Все виды влагоемкости меняются с развитием почвы в природе и еще более – в производственных условиях. Даже одна обработка (рыхление спелой почвы) может улучшить ее водные свойства, увеличивая полевую влагоемкость. А внесение в почву минеральных и органических удобрений или других влагоемких веществ может на длительное время улучшить водные свойства или влагоемкость. Это достигается заделкой в почву навоза, торфа, компоста и других влагоемких веществ. Мелиорирующее действие может оказывать внесение в почву влагоудерживающих высокопористых влагоемких веществ типа перлитов, вермикулита, керамзита.

Экологическое значение влагоемкости почвы связано с тем, что большая влагоемкость уменьшает ее воздухо- и водопроницаемость, что ухудшает процессы самоочищения почвы, препятствует ее использование для очистки сточных вод и твердых бытовых отходов. Почвы с высокой влагоемкостью влажные, холодные, приводят к сырости в жилых и общественных зданиях, особенно в подвалах и на первом этаже. Влагоемкость имеет значение для создания оптимального по влажности микроклимата внутри зданий. Считается, что почвы с большой влагоемкостью являются нездоровыми. 
 

1.4. Гигроскопичность почвы 

Гигроскопичность  почвы - способность поглощать водяные пары из воздуха и конденсировать их на поверхности своих частиц. Ее выражают обычно отношением веса гигроскопической влаги к весу взятой навески сухой почвы. Гигроскопичность зависит от удельной поверхности почвы, т. е. суммы поверхностей всех ее частиц, деленной на их объем. Чем мельче частицы почвы, тем выше ее удельная поверхность; в связи с этим глинистые почвы, обладают большей гигроскопичностью, чем песчаные. Еще большей гигроскопичностью обладают торфяные почвы и вообще почвы, богатые перегноем. По Митчерлиху, гигроскопичность чистого кварцевого песка 0,12, песчаных почв 1,03—1,23, супеси 1,71, легкого суглинка 2,27—2,64, среднего суглинка 3,07—3,09, тяжелого суглинка 4,12, глинистой почвы 5,97, торфа верхового болота 21,7. Гигроскопичность почвы имеет большое значение, т. к. установлено, что гигро-скопич. влага удерживается частицами почвы с такой силой, что является недоступной для растений. Этим объясняется то, что на болотистых почвах, содержащих большое количество влаги, растения часто страдают от ее недостатка и природная растительность торфяных болот бывает снабжена приспособлениями для уменьшения испарения влаги. Величина гигроскопичности почвы, как производная ее удельн. поверхности, позволяет судить о степени коллоидальности почвы. 
 
 

1.5. Водопроницаемость и водопроводимость

Водопроницаемость характеризуется способностью почвы воспринимать влагу, поступающую в нее сверху, а водопроводимость — способностью почвы пропускать через себя влагу. Водопроницаемость определяется обычно в полевых условиях (методы Нестерова-Дояренко, Качинского и др.) и выражается количеством воды, поглощаемым определенной площадкой почвы в единицу времени. Водопроводимость определяется в лабораторных условиях и выражается количеством влаги, проходящей через столбик почвы определенной высоты в единицу времени. Водопроницаемость и водопроводимость тем выше, чем больше в почве промежутков, по которым влага может передвигаться вниз, подчиняясь силе тяжести (т. е. некапиллярных промежутков). Наиболее проницаемы структурные почвы, содержащие некапиллярные промежутки между своими структурными отдельностями; при этом решающую роль играет прочность почвенной структуры. На почвах с непрочной структурой все структурные отдельности размываются первыми же порциями воды, и почва после этого теряет все преимущества структурности. Для водопроницаемости почвы в естественных условиях решающее значение имеет характер подпочвенного слоя. При его непроницаемости влага застаивается на поверхности и заполняет на продолжительный срок некапиллярные промежутки пахотного слоя; вытесняя воздух из почвы, влага создает такой воздушный режим, который сказывается неблагоприятно как на ходе микробиологических процессов в почве, так и на развитии растений, причиняя вымочки и т. п. На таких тяжелых непроницаемых почвах приходится отводить влагу искусственными мерами, устраивая дренаж.

1.6. Экологическое значение почвенной воды 

При недостатке влаги падает тургорное давление клеток, теряется их эластичность, резко  снижается динамика всех биохимических процессов, сокращается поглощение углекислоты через устьица, в биомассе накапливаются вещества-ингибиторы – все это приводит к падению биологической активности или к полной гибели растений.

При избытке  влаги у растений нарушается кислородный  обмен, а в почвах накапливаются ядовитые закисные соединения. Для большинства сельскохозяйственных растений содержание воздуха в почве обеспечивает хорошие условия для роста и развития.

Влага почвы оказывает влияние на микроклимат  и на выживание микроорганизмов  в почве. 

1.7. Поглотительная способность почв 

Поглотительной  способностью почвы называется свойство задерживать

или поглощать  различные вещества, взаимодействующие  и соприкасающиеся с ее твердой фазой. Почва способна задерживать или поглощать газы, различные соединения из растворов, минеральные или органические частицы, микроорганизмы и суспензии. Почвой энергично поглощаются и сохраняются главные элементы питания растений – K, N, Ca, Mg, P. 

Биологическая поглотительная способность связана с жизнедеятельностью организмов почвы (главным образом микрофлоры), которые усваивают и закрепляют в своем теле различные вещества, а при отмирании обогащают ими почву. Растворимые соединения, поступающие из раствора, а

также вещества, ассимилируемые организмами  из твердой и газообразной фазы почвы, переходят в нерастворимую форму в теле организмов. Благодаря такому поглощению в почве аккумулируются необходимые для растений элементы зольного и азотного питания. Это избирательная поглотительная способность по отношению к элементам питания растений. Особенно большое значение имеет для улучшения бедных питательными веществами легкопромываемых почв.

 Почва  задерживает бактерии и адсорбирует  их как физическая среда.

Это свойство более выражено у суглинистых  и меньше у песчаных почв.

Адсорбирующая способность почв различна по отношению  к разным видам

бактерий.  Поглотительная способность почв сильнее  проявляется в условиях