Почва и воздух, температура почв
В настоящее время почва рассматривается как саморазвивающаяся система, обеспечивающая круговорот веществ в природе. В почве происходит обезвреживание всех видов отходов ( функция самоочищения почвы).
Воздушный режим
Почвенный воздух отличается от атмосферного тем, что в его составе значительно больше углекислого газа и меньше кислорода. Вместе с тем следует подчеркнуть большие колебания в составе почвенного воздуха в зависимости от почвы, типа культуры, системы удобрений и обработки почвы.
Когда в почве содержание углекислого газа выше 3—5%, а кислорода — ниже 10 %, то наступает угнетение растений.
А. Г. Дояренко, установил, что недостаток воздуха в почве очень сильно лимитирует ее плодородие. Почвенный воздух заполняет поры, не занятые водой. Избыточная влажность приводит к резкой его недостаточности.
Почвенный воздух необходим для дыхания корней растений, почвенных организмов, биохимических процессов превращения питательных элементов.
Различие состава почвенного и атмосферного воздуха обусловлено протекающими в почве биологическими процессами. Понижение содержания в почвенном воздухе кислорода связано с потреблением его аэробными микроорганизмами на различные реакции окисления, включая разложение мертвого органического вещества, и поглощением корневыми системами высшей растительности. Обогащение почвенного воздуха углекислотой происходит в результате разложения мертвого органического вещества микроорганизмами и выделения ее корневыми системами. В заболоченных почвах, где протекают анаэробные процессы разложения, в заметных количествах накапливаются водород, метан, сероводород.
Почва — важный источник углекислого газа, который потребляется растениями в процессе фотосинтеза. Газообмен между почвой и атмосферой осуществляется посредством таких факторов, как диффузия, изменения барометрического давления, температуры почвы и воздуха, поступления в почву воды, а также при помощи ветра. Увеличивая объем при нагревании почвы, воздух ее частично выходит наружу, при охлаждении почвы почвенные поры получают новую порцию воздуха из атмосферы.
Всякому животному, чтобы жить, необходимо дышать. Для дыхания в почвеиные условия, чем в воде или в воздухе. В состав почвы входят твердые частицы,вода и воздух. Твердые частицы в виде небольших комочков занимают немногим более половины объема почвы; остальной объем приходится на долю промежутков— пор, которые могут быть заполнены воздухом (в сухой почве) или водой(в почве, насыщенной влагой). Как правило, вода покрывает тонкой пленкой все почвенные частицы; остальное пространство между ними занято воздухом,насыщенным водяными парами.
При поступлении воды в почву «старый» воздух из почвенных пор вытесняется и они заполняются «новым» воздухом после оттока из них влаги.
Оптимальное содержание воздуха в пахотной почве для отдельных культур следующее: для зерновых— 15— 20 % общей пористости, пропашных — 20—30,многолетних трав— 17—21 %.
Важный прием регулирования воздушного режима почвы — механическая обработка, позволяющая создавать необходимое строение пахотного слоя и тем самым обеспечивать условия нормального газообмена в почве. Значение обработки в регулировании воздушного режима почвы возрастает при избыточном увлажнении почв и их тяжелом гранулометрическом составе.
Воздухообмен почвы с атмосферой осуществляется преимущественно через некапиллярную скважность, поэтому полнота воздухообмена зависит от величины не капиллярной скважности. Если не капиллярная скважность невелика или почва насыщена водой до состояния полной влагоемкости, то воздухообмен за,труднен и устанавливаются анаэробные условия. Это имеет место преимущественно в почвах повышенного увлажнения или весной в период насыщения талыми водами.
В лесных почвах беспозвоночные, особенно дождевые черви, перерабатывают более половины всех опавших листьев. За год на каждом гектаре они выбрасывают на поверхность до 25—30 т переработанной земли, создавая тем самым хорошую,структурную почву. Если распределить эту землю равномерно по всей поверхности гектара, то получится слой в 0,5—0,8 см. Поэтому дождевых червей справедливо считают важнейшими образователями почвы.
Температурный режим
Физиологические процессы, происходящие в растении, жизнедеятельность микроорганизмов и почвенной фауны, химические процессы превращения веществ и энергии возможны только в определенных температурных границах.
Воздействие температуры почвы на растения начинается с самых первых стадий его роста и развития. Причем отдельные растения предъявляют различные требования к температурному режиму почвы. Наряду с крайними границами температур, характеризующими температурные минимум и максимум для отдельных видов растений, существует свой определенный оптимум. Требования к тем пературным условиям определенных растений изменяются по мере их роста и развития.
Основной источник тепла в почве — солнечная энергия. Другой, но менее значительный — тепло, выделяемое в почву в результате биологических и химических превращений, а также поступающее из глубинных слоев земли.
Поступление, аккумуляция и передача тепловой энергии в почве осуществляют через ее тепловые свойства: теплопоглотительную способность,теплопроводность.
Теплопоглотительная способность почвы характеризуется величиной альбедо (А) — долей отражаемой почвой солнечной радиации.
Альбедо — важная характеристика температурного режима почвы, зависит от цвета почвы, ее структуры и выровненности, а также влажности.
Растительность, покрывающая почву, значительно изменяет альбедо.
На лучепоглотительную и лучеотражательную способность почвы большое влияние оказывает степень ее гумусированности.
Теплопроводность почвы — количество тепла, протекающее через слой почвы площадью 1 см2 и толщиной 1 см в перпендикулярном к ней направлении при разнице на обоих сторонах слоя в 1 °С. Теплопроводность, как и теплоемкость, зависит от гранулометрического и химического составов почвы,ее влажности. Сухие, хорошо гумусированные почвы плохо проводят тепло,сырые, тяжелые почвы отличаются повышенной теплопроводностью.
На поглощение почвой солнечной энергии большое влияние оказывает экспозиция склона. Южные склоны значительно отличаются по тепловому режиму почв от северных. Иногда эти различия достигают величин, соответствующих разным климатическим зонам.
Расход тепла почвой происходит по следующим статьям: лучеиспускание тепла в атмосферу, передача тепла прилегающему слою воздуха (конвекция), потери на испарение воды (48%).
Меры по улучшению теплового режима почв в общем совпадают с мерами регулирования водного режима, а также особое значение приобретает снегозадержание и в целом агролесомелиоративная организация территории,дождевания и мульчирования поверхности почвы.
Агрохимические факторы плодородия
Растения усваивают азот и зольные элементы из почвы в форме минеральных солей, растворенных в почвенном растворе. При этом используются как восстановленные (соли аммония), так и окисленные (соли азотной кислоты)соединения азота.
Растения могут усваивать некоторые относительно простые органические азот-и фосфорсодержащие вещества (некоторые аминокислоты, фитин), однако практическое их значение в питании ничтожно. Источником энергии в растении для поглощения элементов питания является дыхание. Более молодые,интенсивно дышащие корни больше усваивают из почвенного раствора минеральных солей.
Процессы корневого питания растений тесно связаны с такими свойствами почвы, как рН почвенного раствора, водно-воздушный режим почвы, содержание в ней усвояемых элементов питания, и другими условиями внешней среды.
Кислотность почвы снижает поглощение питательных веществ растениями.
Отмечают как прямое, так и косвенное действие повышенного содержания в почве ионов Н+. Прежде всего изменяется физико-химическое состояние цитоплазмы клеток корня, нарушается ее проницаемость, наружные клетки ослизняются, корни плохо растут.
Большинство возделываемых культур и ,почвенных микроорганизмов лучше развивается при слабокислой или нейтральной реакции почвы. Однако отдельные виды культурных растений значительно различаются по требовательности как к наиболее оптимальному для их роста интервалу рН, так и к смещению его в ту или другую сторону.
Недостаток в почве обменных кальция и магния вызывает резкое ухудшение физических и физико-химических свойств почвы (структура почвы, емкость поглощения, буферность). В почвенном растворе появляются свободные ионы алюминия и марганца, токсичные для растений. Подвижность же ряда микроэлементов (например, молибдена) уменьшается, растения испытывают в них недостаток. Повышенная кислотность угнетает почвенные организмы, прежде всего нитрификаторы и азотфиксирующие бактерии (клубеньковые и свободноживущие), почвенную фауну (дождевые черви, клещи, ногохвостки). В целом биологическая активность кислой почвы несравненно ниже, чем нейтральной.
Чтобы привести реакцию почвы к интервалу слабокислая — слабощелочная,применяют химическую мелиорацию почв. Кислые почвы периодически известкуют,а щелочные, прежде всего солонцы, гипсуют. Для повышения содержания в почве, таких жизненно важных элементов как калий, азот и фосфор, вносят минеральные удобрения. Эффективность удобрений зависит от почвенно-климатических условий. Уровень плодородия почвы, состояние питательного режима, трансформационные ее возможности в отношении доступности вносимых удобрений для возделываемых растений — все это оказывает влияние на выбор видов удобрений.
Влияет на почву и чисто механическая работа многих живущих в ней животных.Они прокладывают ходы, перемешивают и разрыхляют почву, роют норы. Все это увеличивает количество пустот в почве и облегчает проникновение в ее глубину воздуха и воды. В такой «работе» участвуют не только сравнительно мелкие беспозвоночные животные, но и многие млекопитающие — кроты, сурки,суслики, тушканчики, полевые и лесные мыши, хомяки, полевки, слепыши. Сравнительно крупные ходы некоторых из этих животных уходят вглубь на 1—4 м. Глубоко идут ходы и крупных дождевых червей: у большинства из них они достигают1,5— 2 м, а у одного южного червя даже 8 м. По этим ходам, особенно в более плотных почвах, корни растений проникают в глубину. В некоторых местах,например в степной зоне, большое количество ходов и нор роют в почве жуки-навозники,медведки, сверчки, пауки тарантулы, муравьи, а в тропиках — термиты.