Все о свойствах почвы

Знать все о свойствах почвы крайне важно не только земледельцам, но и многим другим людям. Стоит понимать, какое основное качество имеет любая земля. Очень актуально также изучать главные физические свойства почв и их важнейшие морфологические параметры. Стоит разобраться, какими химическими свойствами обладает почва.

Как нетрудно понять, главное и притом важнейшее качество земли — это ее плодородие, способность снабжать растения всеми полезными для развития факторами. Только те грунты, которые удовлетворяют всем запросам полезных культур, относятся к категории хозяйственно ценных. Безусловно, огромные площади земель используются для строительства и других нужд, но все же особое значение даже в XXI столетии принадлежит плодородности участков. Необходимо при этом понимать, что сама биологическая продуктивность сильно зависит от иных параметров земли. Так, она теснейшим образом связана с ее поглотительной активностью.

Хороший участок всегда содержит ровно столько солей, чтобы культуры получали необходимое питание, но меньше, чем опасная для них концентрация. Дополнительная проблема состоит в том, что насыщенность водой непрерывно изменяется. И потому другой важный параметр плодородия заключается в способности почвы регулировать насыщенность раствора. Как только она растет выше определенного предела, твердая фаза начинает поглощать избыток тех же солей.

Однако подобная регулировка несовершенна. Она обеспечивает необходимое питание растениям только в очень ограниченных пределах. Мало того, вместе с достаточно полезными веществами таким путем могут поглощаться и токсичные для всех или конкретных культур компоненты. Поглотительная способность земли связана прежде всего с мельчайшими коллоидными частицами, которые даже принято объединять в так называемый поглощающий комплекс. Стоит учесть, что селитра, очень ценная для питания растений, как раз поглощается почвой крайне слабо, а вымывается из нее исключительно активно.

Почва, которая используется человеком в сельскохозяйственных целях, может отличаться и по кислотности. Тут очень важен тонкий баланс: как избыток, так и недостаток кислых компонентов сильно вредит растениям. Но многое зависит еще и от того, что именно сажают на участке. Большую роль играет способность снабжать корневые комплексы водой.

Это одно из ключевых общих свойств любого грунта. Дело в том, что земля только кажется сплошной твердой массой. На деле между ее частичками расположено огромное количество пор. И уровень скважности характеризуется как раз соотношением объема этих пор с объемом твердой фракции. Поры могут находиться между отдельными земляными агрегатами и даже внутри этих агрегатов. Внутри этих каналов часто находится вода или воздух. Поры делятся на капиллярный и некапиллярный типы. Второй тоже достаточно важен, потому что отвечает за проницаемость для осадков и за воздухообмен в грунтовой массе. От капилляров зависит способность почв сохранять определенную влажность, несмотря на неблагоприятные внешние условия. Но и слишком высокие уровни капиллярной, некапиллярной пористости, что характерно, не идут земле на пользу – тут, как и везде, нужна мера.

Показатель скважности может сильно отличаться даже в одном конкретном месте в зависимости от глубины. Ряд исследований позволяет утверждать, что в структурном грунте этот показатель на 50% выше, чем в неструктурированных образцах. Любое нарушение нормальной структуры, насколько бы сильным оно ни было, и какими бы причинами ни провоцировалось, уменьшает порозность. Рыхление способствует росту этого показателя, а по мере уплотнения число пор закономерно снижается.

Этот параметр имеет еще несколько альтернативных названий — почвенная текстура и просто механический состав. Суть не меняется: это пропорции частиц различных габаритов без «скидки» на их минеральное происхождение, химический состав. Почва составлена из частиц различной величины — как до нескольких сантиметров, так и до порядка тысячных долей миллиметра, а иногда — еще меньше. Важно! Гранулометрический состав (структурность) определяют всегда по отношению к абсолютно сухим образцам, поскольку малейшее присутствие влаги создает серьезные искажения.

Близкие по габаритам частицы, объединенные в размерные группы, обладают в целом похожими механическими параметрами. Известно несколько классификаций по гранулометрическому составу – как отечественных, так и предложенных иностранными специалистами. Если частица имеет сечение более 1 мм, ее относят к почвенному скелету. Более мелкие фрагменты именуют мелкоземом. Все, что менее 0,001 мм — илистая фракция, в практических целях на дополнительные группы не делится. Ее классифицируют только в теоретических исследованиях по почвоведению.

В полевых условиях гранулометрический состав может быть описан лишь приблизительно. Но этого вполне достаточно для большинства садоводов и огородников. Сухая методика состоит в растирании небольшого объема грунта пальцами. Глина растирается обычно плохо. Однако после полного растирания она производит впечатление порошкообразной массы. Что касается других веществ, то:

• пылеватая земля мягка и бархатиста;
• массы на основе песчаника отличаются жесткостью и оставляют ощущение шероховатости;
• пылевато-песчаниковые слои мягкие, но вместе с тем имеют хорошо обнаруживаемые песчинки.

Еще этот показатель часто именуют более развернуто плотностью сложения почвы. Измеряют его в абсолютно сухих образцах, но заботятся о том, чтобы естественное сложение не было нарушено. На плотность влияют гранулометрические параметры и тип слагающих веществ, уровень влажности. Также весьма важен агрономический уход, правильная или неправильная обработка угодий. Измерять плотность можно в тоннах на 1 м3 либо в граммах на 1 см3.

От этого показателя зависят:

• перемещение влаги в почвенных слоях;
• обмен газами в толще земли;
• возможности развития корневых комплексов;
• скорость протекания микробиологических процессов.

Тут все просто: как и в воздухе, влажность почвы является отношением количества содержащейся воды ко всем остальным веществам. Но для измерения должна браться сухая, а не визуально влажная земля. Если говорят про жирность кефира, то там 2,5% соответствуют 25 граммам жиров на 1000 граммов жидкости. А вот для земли влажность 2,5% означает «1000 граммов плюс 2,5% воды». С влажностью теснейшим образом сопряжен и другой важный показатель — влагоемкость.

Полную влагоемкость определяют как процентное содержание воды при абсолютном заполнении всех пор. Достигаться такое состояние может только в том случае, когда жидкость не уходит вниз (упирается в препятствие) и не испаряется нормально. Классическая методика установления влажности описывается в ГОСТ 28268-89. Взятую пробу сушат в закрытом объеме (духовом шкафу) при 105 градусах в течение 10 часов, потом по формулам определяют достигнутые показатели.

Под этим термином скрывается способность почвы в естественном состоянии переносить механическую нагрузку, прежде всего — сдавливание. Чем тверже земля, тем труднее пробиться через нее корням растений. А вот для установки различных легких (и не только) построек, для проезда тяжелого транспорта по грунтовым дорогам это свойство очень полезно. Измерение плотности проводят в килограммах на квадратный сантиметр, для этой цели применяют специализированные приборы.

Очень сложным, но достаточно эффективным решением является аппарат «Висхом». Его приходится ставить на оборудованную площадку, а в тесте принимают участие сразу два добровольца, которые должны собственной массой преодолеть жесткость пружин. При обработке результатов составляют множество кривых и анализируют итоговый показатель. Также в отечественной практике получили распространение прибор Голубева и твердомер Алексеева. Непосредственный контакт с обследуемыми образцами происходит за счет специальных зондов.

С таким показателям тоже все просто, и главное можно понять уже по его названию: способность прилипать к различным предметам. То, что липкость доставляет массу неудобств людям осенью и весной, общеизвестно. Менее известен непрофессионалам тот факт, что она прямо влияет на эффективность полевых работ. Агрономы стараются назначать весенние выходы в поле на момент, когда влажность земли будет на 2-3% меньше влажности, провоцирующей активное прилипание к металлу. Мотивы такого подхода ясны – облипший землей агрегат не будет работать достаточно эффективно.

Тест на липкость проводят в емкостях вместимостью 0,1 кг. Предварительно отобранный образец просеивают через миллиметровое сито. Выложенную в фарфоровую чашу навеску доводят до нормативного уровня влажности. Для самого теста применяют диск, похожий на диск сельхозмашин.

Этот параметр аграрии обычно игнорируют. А вот строители, железнодорожники, сотрудники метрополитена и ряда эксплуатационных служб просто обязаны его учитывать. Способность грунта сдерживать электрический ток определяется отнюдь не только его влажностью, как часто предполагают. Большое значение тут имеют еще:

• величина и плотность входящих в состав земли частиц;
• температура среды;
• химический состав (соли, кислотные и щелочные компоненты прямо влияют на электрические характеристики).

Но стоит учесть, что существует еще один похожий термин — удельное сопротивление вспашке. Без определения такого параметра, конечно, никакие полевые работы профессионалы не начнут. Удельное сопротивление является равнодействующей многих других свойств. Этот показатель может изменяться в несколько раз, в зависимости от:

• гранулометрических параметров земли;
• химического состава катионов;
• степени увлажнения;
• степени культурного освоения поля (участка);
• культур-предшественников;
• насыщенности гумусом;
• конструктивных характеристик и степени исправности сельскохозяйственных орудий.

Важнейшую роль играют морфологические свойства грунтов. А среди них самих особо выделяется строение земных пластов. Отдельные почвенные горизонты отличаются и по расцветке, и по ценности для развития растений, и по составу, и по происхождению. Их появление в конкретном месте и особенности чередования — важнейший признак при классификации типов грунта. В практических целях огородники и садоводы, а также и строители обычно различают поверхностный слой и основную массу (все, что скрыто под поверхностью).

Но опытные почвоведы и агрономы серьезных хозяйств этим не ограничиваются. Они выделяют большое количество разных слоев и скрупулезно исследуют их в своих лабораториях. Только так можно глубоко и всесторонне оценить перспективы сельхозработ на определенной территории, дать рекомендации по улучшению свойств земли. В первичном определении конкретного горизонта большую роль играет его расцветка. Она прямо связана с тем, какие вещества и в каком состоянии тут присутствуют, и многое говорит опытному взгляду.

Морфологическим свойством принято считать и уже упоминавшуюся влажность. Но еще в этот ряд относится и механический состав земли. Его определяют по итогам анализа верхнего земляного горизонта. При существенном различии между верхним и средним пластами эта разница обязательно отображается в названии типа почвы. Структура обязательно учитывается, когда определяют генетические и агропроизводственные перспективы использования земли.

Стоит еще обратить внимание на тепловые свойства земли. Во многом именно от них зависит ход почвообразовательного процесса. От тепловых параметров зависит перемещение минералов, особенности их растворения в жидкостях, прохождение фазовых переходов. Только хорошо прогревающаяся, но не перегревающаяся земля может обеспечить условия для нормального развития микроорганизмов.

Теплопоглощение или способность земли принимать тепловую энергию от солнечных лучей зависит от альбедо, то есть от отражательной способности поверхности. Чем она светлее, тем выше альбедо, и наоборот. Но также на уровень альбедо влияют:

• плотность;
• влажность;
• количество гумуса;
• рельеф почвы;
• наличие растений.

Теплоемкость — это объем теплоты, который земля может не только принять, но и удерживать стабильно. Следует помнить, что разные составные части грунта имеют неодинаковую тепловую емкость. От размера частиц зависит теплопроводность. Но на эту самую теплопроводность очевидным образом влияет и влажность земных пластов. То, как поступает, накапливается и переносится теплота, в совокупности именуется тепловым режимом грунта.

Среди химических (агрохимических) параметров огромное значение имеет степень кислотности почвы. Кислотно-щелочной баланс довольно легко корректируется, главное — знать, в какую сторону его надо сдвигать. Если он составляет меньше 4 единиц (что типично для торфяников) либо больше 8, то в земле могут накапливаться токсичные для растений вещества. Стоит помнить и о том, что каждое растение, а порой и каждый сорт предъявляет свои специфические требования к кислотности. Но в большинстве случаев все же правильнее ориентироваться на средний уровень этого показателя.

И все же сводить агрохимию только к кислотности было бы несколько опрометчиво. Под химической поглотительной способностью подразумевается удержание минеральных ионов. Во многом оно зависит от реакции почвенного раствора. Эта реакция описывается по насыщенности водородными и гидроксильными ионами. Важна и буферность, то есть возможность конкретного грунта противостоять изменению химических параметров. Буферная характеристика всецело определяется твердой частью почвы.

Среди агрофизических свойств выделяется уже упомянутая пропорция частиц по габаритам. Играет роль также плотность и рыхлость сложенных частиц, их способность формировать целостную структуру. С агрофизической точки зрения, наиболее привлекательны черноземы. Они отличаются еще и наилучшей структурностью, то есть способностью разделяться на выраженные агрегаты. Также стоит обратить внимание на воздушные свойства земель. Они определяются:

• влажностью;
• плотностью в объемном исчислении;
• структурным строением грунта;
• его механическим составом.

Любая земля содержит то или иное количество пор и потому воздухопроницаема. Весь вопрос в том, насколько это выражено. При хорошем уровне вентиляции состав воздуха в грунте мало отличается от содержащегося в нормальной атмосфере. Однако разница все же есть — баланс сдвинут от кислорода к углекислоте.

Аэрация (она же газообмен) происходит благодаря разнице в давлениях газовой среды. Внутри почвы это давление поддерживается всегда несколько меньшим, чем в атмосферном приземном слое, иначе приток был бы невозможен. При увлажнении воздух выталкивается обратно наружу (количеством растворяемого воздуха можно пренебречь). Уменьшенное содержание кислорода во многом объясняется тем, что его постоянно расходуют корни растений и микроорганизмы. Под влиянием углекислоты активизируется формирование бикарбонатов.

Оптимальная аэрация почвы для сельского хозяйства и подобных применений (декоративные клумбы, газоны, ландшафтный дизайн) достигается при пористости верхнего слоя на уровне 15-20%. Воздушный режим вполне может быть дополнительно оптимизирован агротехническими мероприятиями. Собственно, на его улучшение заметная часть из них и направлена. В завершение стоит рассмотреть биологические свойства почвы. Она является стабильным «домом» для множества видов специфических и неспецифических микроорганизмов, а также создает благоприятные условия для ряда видимых невооруженным глазом существ.

Эти микроорганизмы и животные влияют на кругооборот веществ, обуславливают изменение их концентрации, а также влияют на структурное строение. Почвоведы давно установили, что в кислотной земле преимущественно селятся бактерии, а на участках с щелочной средой доминирует грибковая микрофлора. Наряду с сапрофитами, в земле концентрируются патогенные микроорганизмы и разнообразные паразиты. Количество клеток микроорганизмов очень велико, именно поэтому нельзя легкомысленно относиться к попаданию почвы в пищу, питьевую воду и на открытые раны.

При специфических условиях в земле могут довольно долго сохраняться возбудители очень опасных заболеваний. Они способны формировать активные инфекционные очаги. Там же создаются благоприятные условия для появления колоний вредных и опасных насекомых. Состав обитающих микроорганизмов прямо связан с тем, как организована аэрация почвенных слоев.

Больше всего биологическая активность у самой поверхности — не глубже 150 мм. После перехода этого порога она скачкообразно сокращается. В таком обстоятельстве «виновна» опять же разница химического состава и наивысшая насыщенность органикой верхнего горизонта. Наверху же больше всего попадает дождевой и талой влаги. Еще один механизм накопления микроорганизмов — почвенная фильтрация. Однако надо учитывать, что на верхних 10 мм из-за воздействия прямых солнечных ультрафиолетовых лучей микрофлора довольно сильно угнетена.

Почвенная фильтрация выражается не только в гибели и прямом обезвреживании опасных организмов. Она приводит к насыщению самой земли целым рядом полезных веществ. Попутно идет минерализация, то есть переход изначально недоступной органики в усваиваемую растениями форму. И она тесно связана с гумификацией, то есть с выработкой наиболее ценного почвенного компонента — гумуса. В этом процессе также активное участие может принимать микрофлора («отвечающая» за первичное расщепление неподатливых соединений).