ОРГАНІЧНА РЕЧОВИНА ҐРУНТУ
ТЕМА 4. АГРОЕКОЛОГІЧНА ОЦІНКА ҐРУНТІВ
ПЛАН
1. БУДОВА ҐРУНТОВОГО ПРОФІЛЮ.
2. ОРГАНІЧНА РЕЧОВИНА ҐРУНТУ.
3. ГРАНУЛОМЕТРИЧНИЙ СКЛАД ҐРУНТУ.
4. СКЛАД ҐРУНТУ І ВОДОПРОНИКНІСТЬ.
5. СТРУКТУРНА БУДОВА ҐРУНТУ.
6. ТИПИ ВОДНОГО РЕЖИМУ ҐРУНТУ.
7. ОЦІНКА ВОЛОГОЗАБЕЗПЕЧЕНОСТІ ҐРУНТІВ.
8. ОКИСНО-ВІДНОВНИЙ СТАН ҐРУНТУ.
БУДОВА ҐРУНТОВОГО ПРОФІЛЮ.
При оцінці ґрунтових умов важливо враховувати властивості не тільки гумусових шарів, а й усього ґрунтового профілю до материнської породи. При цьому необхідно враховувати потужність гумусової частини, орного шару, розміщення і властивості різних шарів, особливо ущільнених, перезволожених, солонцюватих, засолених, розвиток плужної підошви і т. ін.
У практиці землеробства добре відома особлива роль гумусового шару в формуванні врожаю. Картограми потужності цього шару дозволяють правильно вибирати глибину обробітку грунтів і шляхи їх окультурення.
На чорноземних ґрунтах оцінка коренеобжитого шару проходить з точки зору більш повного використання потужних гумусових шарів де шляхом підбору культур з глибоко проникаючими кореневими системами для можливого використання запасів вологи і мінеральних елементів.
Найбільш несприятливо складаються умови в ґрунтах з близьким розміщенням щільних порід, в яких розвиток кореневої системи неможливий (вапняки, мергель, граніти, глинисті сланці та третичні глини з високою щільністю).
Потужність коренеобжитого шару оцінюють з урахуванням кліматичних, геоморфологічних умов, а також з врахуванням вимог рослин.
На грунтах з елювіально-ілювіально-диференційованим профілем головне завдання — перебороти значущість ілювіальних шарів. Чим більше виявлене ілювіальне, тим більш значущим є застосування меліоративних заходів, створення достатньо потужного орного шару. Оптимальна глибина орного шару неоднакова для різних культур.
Створення глибокого орного шару за допомогою ярусних та інших меліоративних обробітків суттєво покращує їх водно-фізичні властивості. Цим в подальшому складаються сприятливі передумови для мінімалізації їх обробітку.
ОРГАНІЧНА РЕЧОВИНА ҐРУНТУ.
Вміст і запаси органічної речовини в ґрунтах традиційно є основним критерієм оцінки ґрунтової родючості. Органічна речовина в цілому і окремі її групи різнобічно впливають на агрономічні властивості і режими грунту. Циклічні процеси синтезу і трансформації органічної речовини в агроекосистемі лежать в основі біогеохімічних колообігів усіх біофільних елементів. У свою чергу, ці процеси виконують важливу роль у відтворенні властивостей ґрунту, що є основою його родючості.
Органічна речовина ґрунту в більшій мірі визначає поживний режим ґрунту, впливаючи безпосередньо на нього як джерело елементів живлення, і бічне, обумовлене дією різних груп органічних речовин на фізико-хімічні і водно-фізичні властивості ґрунтів. На ґрунтах, збагачених органічною речовиною, помітно знижуються втрати елементів мінерального живлення добрив. Органічна речовина в значній мірі визначає ємність поглинання катіонів, обумовлену карбоксильними групами, а при лужній реакції середовища — додатково спиртовими і фенольними групами. Велике значення має комплексноутворююча здатність органічної речовини. З цим пов'язане утворення агрономічної цінної структури ґрунту, збільшення вологоємності. Відомий стимулюючий вплив гумусових речовин на ріст і розвиток рослин.
Гумусний стан ґрунтів характеризують вмістом гумусу в орному шарі, запасами в шарі 0—100 м, відношенням С : 14, тобто збагаченістю азотом, та відношенням вуглецю гумінових кислот до вуглецю фульвокислот, в відповідно до якого визначається тип гумусу .
На різних етапах інтенсифікації землеробства зв'язок між вмістом гумусу в грунті і врожайністю рослин має різний характер. Традиційне уявлення про зв'язок гумусу з урожайністю склалося при відносно низькому рівні інтенсифікації землеробства, за умов помірного застосування добрив, коли ґрунтовий гумус залишався єдиним або основним джерелом тих або інших елементів мінерального живлення рослин.
В міру підвищення рівня інтенсифікації землеробства цей зв'язок помітно ускладнюється. За умов оптимального забезпечення вологою, мінеральними елементами живлення, сприятливому співвідношенні механічних елементів і глинистих мінералів зв'язок часто не проявляється або слабо виявлений. У посушливих умовах залежність продуктивності ґрунтів від їх гумусового стану проявляється помітніше в зв'язку з тим, що з підвищенням вмісту гумусу зростає вологоємність ґрунтів і відповідно збільшуються запаси продуктивної вологи, зменшується випарування, так як покращується водний режим.
При високому рівні інтенсифікації землеробства вплив органічної речовини ґрунту на врожайність проявляється через складні системні взаємодії, що обумовлюють дозволяючу здатність ґрунту по відношенню до наростаючої хімізації. У зв'язку з цим поряд з фізико-хімічними питаннями на перший план виходять і екологічній, особливо для подолання великого пестицидного навантаження.
Дуже важливі також енергетичний і економічний аспекти проблеми. За інтенсивного землеробства умови для скорочення витрат механічної енергії на обробіток ґрунту в значній мірі визначаються гумусовим станом. Ґрунт відрізняється сприятливими властивостями не лише тому, що має високий вміст гумусу, а й тому, що йому сприяє сукупність сприятливих природних факторів, які визначають його родючість відповідно до накопичення гумусу.
3. ГРАНУЛОМЕТРИЧНИЙ СКЛАД ҐРУНТУ.
Гранулометричний склад, тобто співвідношення в ґрунті механічних елементів різних розмірів (гранулометричних фракцій), впливає практично на всі його властивості.
Найбільш активна частина ґрунту — гранулометрична фракція < 0,001 мм, збагачена гумусом, елементами зольного і азотного живлення рослин, відіграє основну функцію в формуванні поглинальної здатності і структуроутворенні. Ця фракція різко відрізняється від інших перевагою глинистих мінералів над первинними, з яких в основному зустрічається кварц.
Оптимальне поєднання глинистих мінералів з певною часткою монтморілонітових з достатнім вмістом гумусу, сполук заліза, кальцію, сприятливий склад обмінних основ створюють передумови для формування водостійкої структури. Проте ефект може бути протилежним при розвитку відновлюваних процесів внаслідок перезволоження, при насиченні ґрунтового поглинального комплексу воднем, натрієм, при малих кількостях гумусу і високому вмісту монтморілонітових мінералів.
Мілкопилова фракція (0,005—0,001 мм) близька до попередньої фракції за вмістом гумусу, складається з вторинних і первинних матеріалів, здатна до коагуляції і структуроутворення, але в значно меншій мірі, ніж мулиста фракція. Надлишок неагрегатованого мілкого пилу сприяє ущільненню ґрунту, збільшення набухання і осідання, погіршенню водопроникності та утворенню тріщин.
Фракція середнього пилу (0,01—0,005 мм) не здатна до коагулювання і структуроутворення, але внаслідок підвищеного вмісту слюди, яка надає їй пластичності, зв'язності, утримує вологу, характеризується слабкою водопроникливістю.
Фракція великого пилу (0,05—0,01 мм) за мінералогічним складом наближається до піщаної, має невисоку вологоємність, мало набухає.
Ґрунти, збагачені фракціями великого і середнього пилу, легко розпилюються, здатні до ущільнення.
Піщана фракція (1—0,05 мм) містить в основному кварцові та польові шпати, які мають високу водопроникність з дуже низькою поглинальною здатністю. Для польових культур придатні піски з вологоємністю не менше 10 %, для лісових — не менше 3—5 %.
Співвідношення цих фракцій покладено в основну класифікації ґрунтів за гранулометричним складом, розробленої М.О.Качинським. Ця класифікація створена з посиланням на генезис ґрунтів з урахуванням того, що один і той самий вміст фізичної глини (частки < 0,01 мм) по-різному впливає на властивості підзолистих, чорноземних, ґрунтів, для яких подані різні шкали. Згідно з ними, наприклад, при вмісту фізичної глини 55 % підзолистий ґрунт відносять до легкосуглинних, чорноземні — до важкосуглинних.
Класифікація ґрунтів за гранулометричним складом основується виключно на відносному вмісті в ґрунті механічних фракцій .
За цією шкалою за основу взяті дев'ять основних різновидностей ґрунтів за гранулометричним складом — від рихлопіщаних до важкоглинистих з додатковим виділенням різновидностей нижчих рангів по одній переважаючій фракції: піщаній (1,0-0,05 мм), крупнопилуватій (0,05—0,01 мм), пилуватій (0,01—0,001 мм) та муловатій (менше 0,001 мм). ся більш високою продуктивною здатністю і міцніше закріплюють утворені гумусові речовини. Тому важкі грунти завжди більше гумусовані в порівнянні з легкими. Наприклад, типові чорноземи важкосуглинні містять 7—9 % гумусу, легкосуглинні — 4—5 %, а супіщані — 2,5—3 %.
Більш низька поглинальна здатність легких ґрунтів обумовлює понижену їх буферність і відповідно різке підвищення концентрації ґрунтового розчину, більш швидке їх підкислення під впливом фізіологічно кислих добрив.
Порівнюючи багаторічні дані по гранулометричному складу ґрунтів і врожайності зернових культур у зональному плані, М. О. Качинський розробив десятибальну систему оцінки основних типів і підтипів ґрунтів . Найбільш високим бонітетом серед підзолистих ґрунтів характеризуються легкосуглинні різновидності, досить близькі до них супіщані в перезволожених і холодних районах. Ці категорії більш теплі, краще прогріваються, більш водопроникні, достигають раніше, ніж глинисті і важкосуглинні, легше обробляються. З сірих лісових вищу оцінку одержують важкосуглинні ґрунти, з чорноземів — глинисті різновидності, найбільш гумусовані і оструктурені, та з доброю агрегатністю.
4. СКЛАД ҐРУНТУ І ВОДОПРОНИКНІСТЬ.
Склад, або будова ґрунту характеризується щільністю та щілинністю. Щільність ґрунту, або об'ємна маса, в значній мірі визначає його водний і повітряний режим, біологічну активність, безпосередньо впливає на розвиток кореневих систем рослин.
Вона залежить від мінералогічного, гранулометричного складу ґрунту, вмісту органічної речовини і особливо від структурного стану.
Щільність ґрунту є основним кількісним показником фізичного стану ґрунту.
Об'ємна маса орного шару ґрунту переважено знаходиться в межах 1,1—1,4 г/см3, але відхилення від цих значень можуть бути дуже значними, що помітно позначається на умовах життя рослин та ґрунтових організмів.
Важлива характеристика складу ґрунту — вміст у ньому повітря. За умов оптимальної будови ґрунту ступінь аерації при польовій вологоємності не повинна бути нижчою за 15 %. При меншому вмісті в ґрунті повітря умови росту більшості культурних рослин погіршуються. При ущільненні ґрунту погіршується його аерація та підвищується частка недоступної вологи. При щільності 1,5—1,6 г/см на частку доступної вологи припадає лише 5—10 % об'єму ґрунту, причому ця вода має місце тільки при високому вмісту вологи. Чим сухіший ґрунт, тим більше пригнічуються рослини від підвищення щільності.
Нормальний газообмін ґрунту порушується при щільності понад 1,45г/см3 внаслідок зменшення кількості мікрощілин і великих капілярів.
Пригнічення рослин від надлишкової щільності ґрунту проявляється в зниженні схожості, послабленні забарвлення листя, деформації коренів і бульб, зниженні росту рослин.
Несприятливо впливає на розвиток рослин і надто рихлий стан ґрунту.
Створювана системою обробітку щільність ґрунту, спочатку близька до оптимальної, в процесі вегетації змінюється до рівноважної. Величина цієї розбіжності тим більша, чим помітніше рівноважна щільність відрізняється від оптимальної. Для чорноземів з високими показниками структурного стану різниця між оптимальною і рівноважною щільністю для більшості культур досить мала, що визначає значні можливості мінімалізації основного обробітку ґрунту .
Щільність ґрунту в значній мірі визначає його водопровідність. При цьому загальний об'єм щілин у важких ґрунтах непомітно впливає на процес фільтрації. Рух води проходить не по всіх щілинах, а в основному по тих, де їх діаметр понад 100 мкм.
Оцінка водопровідності ґрунту проводиться з урахуванням природних і виробничих умов. Меліоратори розділяють зрошувані землі за швидкістю поглинання води на три великі групи:
• значної водопроникності, що поглинають за першу годину
понад 150 мм води;
• середньої водопроникності, що поглинають за першу годину
50—150 мм води;
• слабкої водопроникності, що поглинають за першу годину
менше як 50 мм води.
Для умов звичайного природного поглинання дощової води існує шкала водопроникності ґрунтів .
Водопроникність мерзлих ґрунтів в значній мірі залежить від вологості та глибини промерзання. Коли грунт замерз при вологості 60—70 % від позної вологоємності, він є водонепроникним. За меншості зволоження вода замерзає в ґрунті розрізненими кристалами, що забезпечує його водопроникність. Для її забезпечення доцільно проводити глибокі обробітки або щілювання перед входом у зиму.
5. СТРУКТУРНА БУДОВА ҐРУНТУ.
Під структурністю ґрунту розуміють його здатність розпадатися на агрегати під впливом механічних дій. Структура ґрунту — сукупність агрегатів різної величини, форми, щілинності, механічної міцності та водостійкості. При оцінці структури відрізняють морфологічне її розуміння від агрономічного.
Для агрономічної оцінки структури М.І. Савіновим запропонована класифікація, згідно з якою до агрономічно цінних відносяться агрегати розміром 0,25—10 мм. Більші ґрунтові окремості вважаються глибистою частиною ґрунту, а мілкіші — розпиленою. Ці три частини ґрунту діляться на види .
Відношення маси грудочок діаметром 0,25—10 мм до маси решти фракцій зветься коефіцієнтом структурності.
Найкращі водно-повітряні властивості ґрунту степової зони, складаються при розмірі агрегатів 0,25—3 мм, дерново-підзолистих — при 0,5—5 мм.
При оцінці стійкості ґрунту проти дефляції враховують вміст агрегатів розміром більше 1 мм в шарі 0-5 см.
Важливішими умовами агрономічної цінності структури є водотривкість та пористість (понад 45 %).
Вміст водостійких агрегатів в орному шарі чорноземів знаходиться в мажах 40—60 %, що визначає стійкість складання і оптимальні значення щільності ґрунту для багатьох культур. Зменшення вмісту водостійких агрегатів у типових чорноземах нижче 40 % негативно позначається на деяких фізичних властивостях, і в першу чергу на водопроникності. При зниженні кількості водотривких агрегатів з 45—55 до 30 % водопроникність знижується в 3 рази.
Нестійкість будови дерново-підзолистих ґрунтів пов'язана з невисоким вмістом в них водостійких агрегатів, який змінюється від 15—17 % під просапними культурами до 20-30 % під зерновими і до 30—40 % під багаторічними травами. Ця мінливість особливо помітно проявляється в екстремальних за погодними умовами роках. Дерново-підзолисті суглинкові ґрунти з вмістом водостійких агрегатів менше як 20 % можуть ущільнюватись в орному шарі в роки з надлишковим зволоженням до 1,5—1,6 г/см3. Оптимальна для вимогливих культур будова дерново-підзолистих ґрунтів досягається при вмісті водостійких агрегатів (> 0,25 мм) понад 40 %.
Орієнтовно оптимальний вміст водостійких агрегатів — рівень 75—80 %. При більш високий кількості водостійких агрегатів значно зростає щілинність аерації, в наслідок зростає непродуктивна витрата вологи на фізичне випарування.
Нижня межа інтервалів вмісту водостійких агрегатів відноситься до малогумусних ґрунтів поліської зони, а верхня — до високогумусних ґрунтів лісостепової та степової зон.
Агрономічне значення структури має декілька положень:
8. У структурних ґрунтах складається найбільш сприятливий
водно-повітряний режим завдяки раціональному поєднанню ка
пілярної і некапілярної щілинності. Наявність некапілярних щі
лин сприяє зменшенню випаровування вологи з поверхні.
9. Достатня аерація при наявності доступної вологи створює
кращі умови для активізації мікробіологічних процесів, упере
дження денітрифікації, мобілізації поживних речовин.
10. Завдяки зменшенню поверхневого стікання на структурних
ґрунтах зменшується змив і розмив, а структурні агрегати понад
1 мм стійко протистоять дефляції.
11. Агрономічно цінна структура забезпечує краще проростання насіння і розміщення кореневої системи в ґрунтовій товщі.
12. На структурних ґрунтах зменшуються енергетичні витрати
на механічний обробіток, створюються умови його мінімалізації.
Процеси структуроутворення в ґрунтах протікають під впливом фізико-хімічних, хімічних та біологічних факторів.
До фізико-механічних факторів відноситься поділ ґрунту на агрегати в наслідок зміни об'єму і тиску при змінному висушуванні і зволоженні, замерзанні і відтаюванні води в ньому, тиску коренів рослин, діяльності тварин та впливу ґрунтообробних знарядь. Розрихлюючий вплив на ґрунт проморожування виявляється тільки при оптимально вологому його стані. При замерзанні перезволоженого ґрунту, навпаки, відбувається розрив структурних окремостей, а промерзання сухого ґрунту не впливає на його подрібнення.
Фізико-хімічні фактори структуроутворення — коагуляція і цементуючий вплив ґрунтових колоїдів. При цьому водостійкість забезпечується лише склеюванням часток органічними колоїдами при їх коагуляції дво- і тривалентними катіонами. Агрегати, створені за участі тільки мінеральних колоїдів, не водостійкі. Найбільш водостійка структура утворюється при взаємодії гумінових кислот з мінералами.
Серед хімічних факторів оструктурення важливе значення має цементація агрегатів формами заліза при зміні відновних умов окислювачами в періодично перезволожуваних ґрунтах. Такі агрегати при високій водостійкості мають малу щілинність (< 40 %), тому що частина об'єму щілин поступово заповнюється гідроксидом заліза.
Основне значення в структуроутворенні належить біологічним факторам, тобто рослинності і організмам, що населяють ґрунт (особливо дощові черв'яки).
Ґрунтові агрегати, сформовані під впливом різних факторів, не можуть мати однакову стабільність. Грудочка ґрунту, склеєна гуміновими речовинами, стійкими до мікроорганізмів, помітно повільніше руйнується, ніж агрегат, сформований під впливом білків, бактеріальних слизів та деяких міцеліїв.