Деградация земель и опустынивание

Лекция №5

Почва

(к.х.н., доцент В.Ю. Александров)

Почва — поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой открытую четырёхфазную (твёрдая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы) структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов.^[1] 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 (т.е. биоты в целом), человеческой деятельности и изменяются со временем.

Почва (определение по ГОСТ 27593-88 ) — 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.^[2]

ПОЧВА – самый поверхностный слой суши земного шара, возникший в результате изменения горных пород под воздействием живых и мертвых организмов (растительности, животных, микроорганизмов), солнечного тепла и атмосферных осадков. Напомню из 2-й лекции, что автор учения о биосфере Вернадский относил почву к особой группе биокостное вещество, которое в отличие от костного так или иначе обусловлено воздействием жизни и вовлечено в ее круговорот. К этой же группе относится вода.

Почва представляет собой совершенно особое природное образование, обладающее только ей присущим строением, составом и свойствами. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Чтобы быть плодородной, почва должна обладать достаточным количеством питательных веществ и запасом воды, необходимым для питания растений, именно своим плодородием почва, как природное тело, отличается от всех других природных тел (например, бесплодного камня), которые не способны обеспечить потребность растений в одновременном и совместном наличии двух факторов их существования – воды и минеральных веществ.

Почва – важнейший компонент всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом, через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.

Роль почвы в хозяйстве человека огромна. Изучение почв необходимо не только для сельскохозяйственных целей, но и для развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон в городском хозяйстве, экологического мониторинга и пр.

Почвоведение: история, отношение с другими науками.

Наука о происхождении и развитии почв, закономерности их распространения, путях рационального использования и повышения плодородия называется почвоведением. Эта наука является отраслью естествознания и тесно связана с физико-математическими, химическими, биологическими, геологическими и географическими науками, опирается на разработанные ими фундаментальные законы и методы исследования. Вместе с тем, как любая другая теоретическая наука, почвоведение развивается на основе непосредственного взаимодействия с практикой, которая проверяет и использует выявленные закономерности и, в свою очередь, стимулирует новые поиски в области теоретических знаний. К настоящему времени сформировались крупные прикладные разделы почвоведения для сельского и лесного хозяйств, ирригации, строительства, транспорта, поиска полезных ископаемых, здравоохранения и охраны окружающей среды.

С момента систематического занятия земледелием человечество сначала эмпирически, а затем с помощью научных методов изучало почву. Наиболее древние попытки оценить различные почвы известны в Китае (3 тыс. до н.э.) и Древнем Египте. В Древней Греции представление о почве сложилось в процессе развития античного натурфилософского естествознания. В период Римской Империи было накоплено большое количество эмпирических наблюдений над свойствами почвы и разработаны некоторые агрономические приемы ее обработки.

Длинный период средневековья характеризовался застоем в области естествознания, однако в конце его (с началом разложения феодального строя) вновь появился интерес к изучению почв в связи с проблемой питания растений. В ряде работ того времени отражалось мнение, что растения питаются водой, создавая химические соединения из воды и воздуха, а почва служит им лишь механической опорой. Однако к концу 18 в. эту теорию сменила гумусовая теория Альбрехта Тэера, согласно которой растения могут питаться только органическим веществом почвы и водой. Тэер был одним из основоположников агрономии и организатором первого высшего агрономического учебного заведения.

В первой половине 19 в. знаменитый немецкий химик Юстус Либих разработал минеральную теорию питания растений, согласно которой растения усваивают из почвы минеральные вещества, а из перегноя – только углерод в виде углекислоты. Ю.Либих считал, что каждый урожай истощает в почве запас минеральных веществ, поэтому чтобы ликвидировать этот дефицит элементов, нужно вносить в почву минеральные удобрения, приготовленные заводским путем. Заслугой Либиха стало введение в практику сельского хозяйства применения минеральных удобрений.

К середине 19 в. накопился обширный материал по изучению почв, однако данные эти были разрознены, не приведены в систему и не обобщены. Не было и единого для всех исследователей определения термина почва. В настоящее время почвоведение сформировалась как достаточно развитая наука, которая совместно с биологией и агрохимией дает возможность выживания на Земле до 7 миллиардов человек. По сравнению с примитивными способами ведения сельского хозяйства, реализация научных методов позволяет повысить урожайность и продуктивность в десятки раз.

Удобрения — вещества, применяемые для улучшения питания растений, свойств почвы, повышения урожаев.

Минеральные удобрения вносятся для пополнения запаса питательных веществ в почве, таких как фосфор (P), калий (К), азот (N). Если эти удобрения вносятся отдельно – их называют простыми (аммиачная селитра (N), суперфосфат (P), хлористый калий (K)). При внесении могут использоваться смеси удобрений, но это значительно усложняет подготовку к внесению и ухудшает качество их распределения по полю. Поэтому широкое распространение получили сложные удобрения (нитрофоски (фосфор, азот и калий) и аммофоски (фосфор и азот)).

 Азотные удобрения

Выпускаются в трех видах: аммиачные (сульфат аммония), нитратные(аммиачная селитра), амидные (мочевина). Формы азота определяют сроки и технику внесения удобрения. Аммиачный азот значительно легче поглощается корнями при слабой кислотности почвы, на некоторое время закрепляется в ней. Его можно вносить как весной, так и поздней осенью. Нитратный азот почвой не закрепляется, находится в ней в виде раствора. Поэтому такое удобрение можно вносить только в период с ранней весны до середины лета. Это удобрение легко поглощается растениями и хорошо подходит для летних подкормок. К амидным удобрениям относится мочевина. Азот этого удобрения быстро (особенно при повышенных температурах) переходит в аммиачную форму. Это удобрение быстродействующее. Используется для подкормок, слабо подкисляет почву.

Фосфорные удобрения

По степени растворимости: водорастворимые (суперфосфат простой и двойной); полурастворимые – не растворяются в воде, но растворяются в слабых кислотах (преципитат); труднорастворимые в воде, но растворимые в слабых кислотах (фосфоритная мука). Водорастворимые применяют на любых почвах. При этом тщательно перемешивать с водой их не обязательно. Полурастворимые и труднорастворимые вносят преимущественно на кислых почвах. Они становятся доступными растениям лишь после воздействия на них кислотности почвы. Вносят их заблаговременно, стараясь перемешать с почвой.

 Калийные удобрения

В качестве минеральных удобрений применяются концентрированные хлористые (хлористый калий) и сернокислые (калийная соль) соли. Все они хорошо растворимы в воде. Калий довольно медленно проникает в глубь почвы, но все же быстрей чем фосфор. На глинистых и суглинистых почвах калийные удобрения надо вносить в те слои почвы, где развивается основная масса мелких корней, чтобы обеспечить быстрое поступление в них калия. На песчаных почвах калия меньше, чем на глинистых, поэтому потребность в калийных удобрениях здесь выше. На легких и торфяных почвах внесение калийных удобрений с осени нежелательно из-за вымывания калия. Сера, входящая в состав сернокислых удобрений, - элемент, необходимый растению. Хлор же не нужен. Хлористые удобрения поэтому лучше вносить с осени в повышенных дозах. Осенними дождями и весенними водами входящий в их состав хлор вымывается в глубокие слои почвы и не вредит растениям. В небольших дозах эти удобрения можно вносить и весной.

 Микроудобрения (удобрения содержащие бор, марганец, цинк, медь, молибден и др.)

При использовании микроудобрений большое значение имеет точное установление доз, так как не только недостаток, но и их избыток вреден для растений. Правильное применение микроудобрений предохраняет растения от некоторых заболеваний (пробковая пятнистость яблок, розеточная болезнь и др.), влияет на их рост и развитие, на завязывание плодов (усиливает процессы оплодотворения, плодообразования), урожайность и качество плодов. В качестве микроудобрений используют чистые химические соли, которые можно приобрести в магазинах, рынках. Кроме того, промышленность выпускает простые и комплексные удобрения, включающие ряд отдельных микроэлементов: суперфосфат сбором, марганцем; аммофос с цинком и др. В практике плодоводства давно установлена возможность введения в плодовые растения ряда элементов минерального питания непосредственно через листья. Такое некорневое питание действует быстрее, чем соответственное удобрение, внесенное в почву, хотя и менее продолжительно. Лучшим способом снабжения плодовых деревьев микроэлементами является опрыскивание их растворами соответствующих солей. Такое опрыскивание лучше всего проводить вечером, в пасмурную погоду, чтобы раствор не высох до того, как впитается листьями

Типы почв.

Торф. Редко, но все же встречаются сады с очень торфянистыми почвами, обычно в сырой и болотистой местности (например, область торфяных болот в Восточной Англии). Торфянистая почва темного цвета, обладает легкой, губчатой структурой и богата волокнами: если горсть торфа сжать в ладони, он быстро восстановит исходную форму. Торфянистые почвы способны впитывать и удерживать большое количество воды, которая иногда поднимается к самой поверхности. Дренирование такой почвы иногда становится проблемой, но зато она очень плодородна и легко обрабатывается. Такой механический состав и высокая влагоемкость идеально подходят для выращивания гортензий, рододендронов, арктерики и различных сортов вереска. Хорошо растут примулы и лилии, а также голубой мак (Meconopsis). Все эти растения любят влагу, но некоторые, особенно верески, нуждаются и в другом, что дает им торф: в кислой почве; известь они не переносят. Кислотность почвы измеряют по шкале рН. Рододендроны и верески предпочитают рН около 5—6,5.

Известь. Почвы, содержащие известь, могут быть очень разными. В худшем случае это сухие и каменистые почвы, содержащие твердый мел и известняк. В лучшем — несмотря на щелочную реакцию, почва может оказаться отличным плодородным суглинком. Чтобы узнать, что почва имеет щелочную реакцию, надо убедиться, что рН превышает 7. Для щелочной почвы, богатой органическими веществами, ограничений не так уж много. На ней не будут расти рододендроны, арктерика и летние сорта вереска — все они предпочитают кислые почвы. Но зато вы добьетесь прекрасных результатов с розами, овощами, газонами и множеством самых разнообразных цветов и кустарников. Чрезмерная щелочная реакция может вызвать пожелтение листьев (хлороз) у некоторых растений, например, у камелий. Цветки голубой гортензии на известняковых почвах могут порозоветь. Маломощные и сухие щелочные почвы, лежащие на меловых отложениях, представляют более серьезную проблему, значительно ограничивая возможности садовода. Эту обедненную каменистую почву трудно обрабатывать, а в сырую погоду она делается мягкой и клейкой. Не всем растениям под силу справиться с такой почвой, и все же некоторые предпочитают ее: ладанник, розмарин и гвоздики (рода Dianthus) чувствуют себя на ней совсем неплохо.

Песок. Песчаные почвы рыхлые, легко дренируются, их легче всего обрабатывать, вам даже не придется очищать инструменты. Почва быстро прогревается весной, а значит, хороша для получения ранних урожаев. Хотя песчаная почва хороша для выращивания альпийских растений и не очень выносливых кустарников и многолетников, главная проблема таких почв заключается в их сухости. Плодородный и даже подпахотный слои совсем не могут удерживать влагу из-за своего рыхлого строения, так что в засушливые периоды растения быстро вянут; страдают даже деревья с их разветвленной корневой системой. Можно повысить влагоемкость плодородного слоя почвы, добавляя в него гумус. Необходима также частая подкормка большими количествами удобрений. Многие растения хорошо растут на песчаных почвах, но будьте осторожны с видами, имеющими поверхностную корневую систему. При условии кислой реакции (рН ниже 7) даже летние верески и рододендроны будут расти отлично. Рыхлость песчаных почв им по душе; обеспечьте достаточный полив, и они будут процветать.

Глина. Это, пожалуй, самый сложный тип почв для садовода. Зимой глина промерзает, становится сырой и клейкой, обрабатывать участок нельзя, иначе почва утрамбуется в твердую массу. Растения в буквальном смысле тонут, если глинистая почва заболачивается. Летом же она может пересохнуть и потрескаться. Из-за плохого дренажа влага удаляется только испарением. Прополка всегда трудна. Сеянцы в холодное время не могут пробиться сквозь корку, в летнюю жару они вянут.

Гу́мус — основное органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые высшим растениям. Гумус составляет 85—90 % органического вещества почвы и является важным критерием при оценке её плодородности.

Гумус составляют индивидуальные (в том числе специфические) органические соединения, продукты их взаимодействия, а также органические соединения, находящиеся в форме органо-минеральных образований.

Гумус является продуктом жизнедеятельности почвенных организмов, прежде всего дождевых червей. На роль дождевых червей в образовании гумуса указал Чарльз Дарвин. Растения не могут непосредственно усваивать гуминовые вещества. Это в начале XX века показал Д. Н. Прянишников. Разложением гумуса для растений занимаются симбиотические микроорганизмы.

Термины и определения по ГОСТу:^[1]

Гумус — часть органического вещества почвы, представленная совокупностью специфических и неспецифических органических веществ почвы, за исключением соединений, входящих в состав живых организмов и их остатков.

Групповой состав гумуса — перечень и количественное содержание групп органических веществ, входящих в состав гумуса.

Фракционный состав гумуса — содержание органических веществ, входящих в отдельные группы гумусовых соединений и различающихся по формам их связи с минеральной частью почвы.

Специфические гумусовые вещества — тёмноокрашенные органические соединения, входящие в состав гумуса и образующиеся в процессе гумификации растительных и животных остатков в почве. В составе гумусовых веществ имеются и гидрофобные, и гидрофильные группы^[2].

Гумусовые кислоты — класс высокомолекулярных органических азотсодержащих оксикислот с бензоидным ядром, входящих в состав гумуса и образующихся в процессе гумификации.

Гуминовые кислоты (ГК) — группа тёмноокрашенных гумусовых кислот, растворимых в щелочах и нерастворимых в кислотах.

Гиматомелановые кислоты (ГМК) — группа гумусовых кислот, растворимых в этаноле.

Фульвокислоты (ФК) — группа гумусовых кислот, растворимых в воде, щелочах и кислотах.

Гумин — органическое вещество, входящее в состав почвы, нерастворимое в кислотах, щелочах, органических растворителях.

Степень гумификации органического вещества — отношение количества углерода гумусовых кислот к общему количеству органического углерода почвы, выраженное в массовых долях

Деградация земель и опустынивание