АГРОИНФормация

Агропортал - все для специалистов агропромышленного комплекса

Почвенные условия среды обитания растений

Рост и развитие сельскохозяйственных растений обусловлены не только наличием в достаточной степени рассмотренных выше факторов жизни растений, но и теми условиями, в которых они произрастают и которые определяют наиболее полное использование растениями этих факторов. Все эти условия можно разделить на три группы: почвенные, т. е. особенности, свойства и режимы конкретных почв, отдельных почвенных участков, на которых возделываются сельскохозяйственные культуры; климатические — количество и режим выпадающих осадков, температурные, погодные условия отдельных сезонов, особенно вегетационного периода; организационные — уровень агротехники, сроки и качество проведения полевых работ, выбор для возделывания тех или иных культур, порядок их чередования на полях и т. п.

Каждая из этих трех групп условий может быть решающей в получении конечной продукции возделываемых культур в виде ее урожая. Однако если учитывать, что средние многолетние климатические условия характерны для данной местности, что земледелие ведется на высоком или среднем уровне агротехники, то становится очевидным, что определяющим условием формирования урожая становятся почвенные условия, свойства и режимы почв.

Основными свойствами почв, с которыми тесно связаны рост и развитие отдельных сельскохозяйственных растений, являются химические, физико-химические, физические, водные свойства. Они обусловлены минералогическим и гранулометрическим составом, генезисом почв, неоднородностью почвенного покрова и отдельных генетических горизонтов и имеют определенную динамику во времени и пространстве. Конкретное знание этих свойств, преломление их через требования самих сельскохозяйственных культур, позволяет дать правильную агрономическую оценку почвы, т. е. оценить ее с точки зрения условий возделывания растений, проводить необходимые мероприятия по улучшению их применительно к отдельным сельскохозяйственным культурам или к группе культур.

Среди химических и физико-химических свойств почв первостепенное значение для развития культурных растений и формирования урожая имеют содержание в почве гумуса, реакция почвенного раствора, содержание подвижных форм алюминия и марганца, общие запасы и содержание легкодоступных для растений элементов питания, содержание в почве легкорастворимых солей и поглощенного натрия в токсичных для растений количествах и др.

Гумус играет важную и разностороннюю роль в формировании агрономических свойств почв: он выступает как источник элементов питания растений и прежде всего азота, оказывает влияние на реакцию почвенного раствора, емкость катионного обмена, буферную способность почвы. С содержанием гумуса связана интенсивность деятельности полезной для растений микрофлоры. Общеизвестно значение органического вещества почвы в улучшении ее структурного состояния, формировании агрономически ценной структуры — водопрочных пористых агрегатов, в улучшении водного и воздушного режимов почв. Работами многих исследователей выявлена прямая зависимость между содержанием в почвах гумуса и урожайностью сельскохозяйственных культур.

Одним из важнейших показателей состояния почвы и пригодности ее для возделывания культур является реакция почвенного раствора. В почвах различного типа и степени окультуренности кислотность и щелочность почвенного раствора варьируют в очень широких пределах. Различные сельскохозяйственные культуры неодинаково реагируют на реакцию почвенного раствора и лучше всего развиваются при каком-то определенном интервале pH (табл. 11).

Большинство возделываемых сельскохозяйственных растений успешно произрастают при реакции почвенного раствора, близкой к нейтральной. К ним относятся пшеница, кукуруза, клевер, свекла, из овощных — лук, салат, огурцы, фасоль. Картофель предпочитает слабокислую реакцию, брюква хорошо растет на кислых почвах. Нижняя граница реакции почвенного раствора для произрастания гречихи, чайного куста, картофеля находится в пределах pH 3,5—3,7. Верхняя граница роста, по данным Д. Н. Прянишникова, для овса, пшеницы, ячменя находится в пределах pH почвенного раствора 9,0, для картофеля и клевера — 8,5, люпина — 7,5. Такие культуры, как просо, гречиха, озимая рожь, могут успешно развиваться в довольно широком интервале значений реакции почвенного раствора.

Неодинаковая требовательность сельскохозяйственных культур к реакции почвенного раствора не позволяет считать оптимальным какой-то единый интервал pH для всех почв и всех видов сельскохозяйственных культур. Однако регулировать pH почв применительно к каждой отдельной культуре практически невозможно, особенно при их чередовании на полях. Поэтому условно выбирают тот интервал pH, который близок к требованиям главных культур зоны и обеспечивает наилучшие условия доступности элементов питания для растений. В Германии таким интервалом принят диапазон 5,5—7,0, в Англии — 5,5—6,0.

В течение роста и развития растений отношение их к реакции почвенного раствора несколько изменяется. Наиболее чувствительны они к отклонениям от оптимального интервала в ранней фазе своего развития. Так, кислая реакция наиболее губительна в первый период жизни растений и становится менее вредной или вообще безвредной в последующие периоды. Для тимофеевки наиболее чувствительный период к кислой реакции около 20 сут после прорастания, для пшеницы и ячменя — 30, для клевера и люцерны — около 40 сут.

Непосредственное влияние кислой реакции на растения связано с ухудшением синтеза в них белковых веществ и углеводов, накоплением большого количества моносахаридов. Процесс превращения последних в дисахариды и другие более сложные соединения задерживается. Кислая реакция почвенного раствора ухудшает питательный режим почвы. Наиболее благоприятная реакция для усвоения растениями азота pH 6—8, калия и серы — 6,0—8,5, кальция и магния — 7,0—8,5, железа и марганца — 4,5—6,0, бора, меди и цинка — 5—7, молибдена — 7,0—8,5, фосфора — 6,2—7,0. В кислой среде фосфор связывается в труднодоступные формы.

Высокий уровень содержания в почве питательных элементов ослабляет отрицательное действие кислой реакции. Фосфор физиологически «нейтрализует» вредное действие водородных ионов в самом растении. Действие реакции почв на растения зависит от содержания в почве растворимых форм кальция, чем его больше, тем меньший вред повышенной кислотности.

Кислая реакция вызывает подавление деятельности полезной микрофлоры и часто активизирует вредную микрофлору в почве. Резкое подкисление почвы сопровождается подавлением процесса нитрификации и, следовательно, тормозит переход азота из недоступного в доступное для растений состояние. При pH меньше 4,5 клубеньковые бактерии перестают развиваться на корнях клевера, а на корнях люцерны они прекращают свою деятельность уже при pH, равном 5. В почвах с повышенной кислотностью или щелочностью резко замедляется, а затем и полностью прекращается деятельность азотфиксирующих, нитрифицирующих бактерий и бактерий, способных переводить фосфор из недоступных и труднодоступных форм в усвояемые, легкодоступные для растений. В результате этого уменьшается накопление биологически связанного азота, а также доступных соединений фосфора.

Особенно тесно связана реакция среды с подвижными формами в почве алюминия и марганца. Чем кислее почва, тем больше в ней подвижных алюминия и марганца, которые отрицательно влияют на рост и развитие растений. Вред от алюминия в подвижной его форме по своим размерам часто превосходит вред, вызываемый непосредственно актуальной кислотностью, ионами водорода. Алюминий нарушает у растений процессы закладывания генеративных органов, оплодотворения и налива зерна, а также обмена веществ. В растениях, выращенных на почвах с большим содержанием подвижного алюминия, часто уменьшается содержание сахаров, тормозится превращение моносахаров в сахарозу и более сложные органические соединения, резко увеличивается содержание небелкового азота и самих белков. Подвижный алюминий задерживает образование фосфотидов, нуклеопротеидов и хлорофилла. Он связывает в почве фосфор, отрицательно влияет на жизнедеятельность полезных для растений микроорганизмов.

Растения обладают разной чувствительностью к содержанию в почве подвижного алюминия. Одни без вреда переносят относительно высокие концентрации этого элемента, а другие при тех же концентрациях погибают. Высокой стойкостью к подвижному алюминию обладают овес, тимофеевка, средней — кукуруза, люпин, просо, чумиза, повышенной чувствительностью характеризуются яровая пшеница, ячмень, горох, лен, турнепс и наиболее чувствительны — свекла сахарная и кормовая, клевер, люцерна, озимая пшеница.

Количество подвижного алюминия в почве находится в большой зависимости от степени ее окультуренности и от состава применяемых удобрений. Систематическое известкование почв, применение органических удобрений приводят к уменьшению и даже полному исчезновению подвижного алюминия в почвах. Высокий уровень обеспеченности растений фосфором и кальцием в первые 10—15 дней, когда растения наиболее чувствительны к алюминию, существенно ослабляет его отрицательное действие. В этом, в частности, заключается одна из причин высокого эффекта рядкового внесения суперфосфата и извести на кислых почвах.

Марганец относится к числу элементов, необходимых растениям. В ряде почв его не хватает, и в этом случае вносятся марганцевые удобрения. В кислых же почвах марганца содержится часто в избыточном количестве, что вызывает его отрицательное действие на растения. Большое количество подвижного марганца нарушает в растениях углеводный, фосфатный и белковый обмен, отрицательно влияет на закладывание генеративных органов, процессы оплодотворения, а также налива зерна. Особенно сильное отрицательное действие подвижного марганца наблюдается во время зимовки растений. Культурные растения по их восприимчивости к содержанию в почве подвижного марганца располагаются в том же порядке, что и по отношению к алюминию. Высокоустойчивыми являются тимофеевка, овес, кукуруза, люпин, просо, турнепс; чувствительными — ячмень, яровая пшеница, гречиха, репа, фасоль, свекла столовая; высокочувствительными — люцерна, лен, клевер, рожь озимая, пшеница озимая. У озимых культур высокая чувствительность проявляется лишь в период их зимовки.

Количество подвижного марганца зависит от кислотности почвы, ее влажности и аэрации. Как правило, чем кислее почва, тем больше в ней содержится марганца в подвижной форме. Резко увеличивается его содержание в условиях избыточной влажности и плохой аэрации почв. Именно поэтому особенно много подвижного марганца содержится в почвах ранней весной и осенью, когда влажность наиболее высокая, летом количество подвижного марганца уменьшается. Чтобы устранить избыток марганца, почвы известкуют, вносят органические удобрения, суперфосфат в рядки и лунки, устраняют избыточное увлажнение почвы.

Во многих северных районах имеются ожелезненные солончаковые почвы и солончаки, в которых содержатся высокие концентрации железа. Наиболее вредны для растений высокие концентрации в почвах оксида железа (III). Сельскохозяйственные растения по-разному реагируют на высокие концентрации валового содержания оксида железа (III). Содержание его до 7% практически не влияет на рост и развитие растений. На ячмень не оказывает отрицательного влияния содержание F2O3 даже в количестве 35%. Поэтому, когда в пахотный горизонт вовлекаются ортзандровые горизонты, содержащие, как правило, не более 7% оксида железа (III), это не оказывает отрицательного действия на развитие растений. В то же время рудяковые новообразования, содержащие значительно больше оксида железа, вовлекаемые в пахотный горизонт, например при его углублении, и увеличивающие содержание оксида железа в нем более чем на 35%, отрицательное действие могут оказать на рост и развитие сельскохозяйственных культур из семейства астровых (сложноцветных) и бобовых.

Вместе с тем следует иметь в виду, что почвы с высоким содержанием в автоморфных условиях оксида железа (III), не оказывающего отрицательного действия на рост и развитие растений, являются потенциально опасными при избыточном увлажнении этих почв. В таких условиях оксиды железа (III) могут переходить в форму оксида железа (II). Поэтому в таких почвах недопустимо, чтобы избыточное увлажнение, затопление почв превышало свыше 12 ч для зерновых культур, 18 — для овощных, для трав — 24— 36 ч.

Таким образом, содержание оксидов железа (III) в почвах безвредно для растений в условиях оптимального увлажнения. Однако во время и после затопления таких почв они могут служить источником поступления в почвенный раствор значительных количеств оксида железа (II), которые вызывают угнетение растений или даже их гибель.

Среди физико-химических свойств почв, влияющих на рост и развитие растений, большое влияние оказывают состав обменных катионов и емкость катионного обмена. Обменные катионы являются непосредственными источниками элементов минерального питания растений, обусловливают физические свойства почв, ее пептизируемость или агрегированность (обменный натрий вызывает образование почвенной корки, ухудшает структурное состояние почвы, в то время как обменный кальций способствует формированию водопрочной структуры и ее агрегированности). Состав обменных катионов в различных типах почв изменяется в широких пределах, что обусловлено процессом почвообразования, водно-солевым режимом и хозяйственной деятельностью человека. Практически все почвы в составе обменных катионов содержат кальций, магний, калий. В почвах с промывным режимом и кислой реакцией присутствуют ионы водорода и алюминия, в почвах засоленного ряда — натрий.

Содержание натрия в почвах (солонцах, многих солончаках, солонцеватых почвах) способствует повышению дисперсности и гидрофильное™ твердой фазы почвы, часто сопровождающейся увеличением щелочности почв, если имеются условия для отдиссоциации обменного натрия. При наличии большого количества в почвах легкорастворимых солей, когда диссоциация обменных катионов подавлена, даже высокое содержание обменного натрия не приводит к появлению признаков солонцеватости. Однако в таких почвах высока потенциальная опасность осолонцевания, которая может реализоваться, например, при орошении или промывках, когда удаляются легкорастворимые соли.

Сложившийся в естественных условиях состав обменных катионов может существенно изменяться при сельскохозяйственном использовании почв. Большое влияние на состав обменных катионов оказывают внесение минеральных удобрений, орошение почв и их осушение, отражающееся на солевом режиме почв. Целенаправленное регулирование состава обменных катионов осуществляют при гипсовании и известковании.

В южных районах почвы могут содержать различное количество легкорастворимых солей. Многие из них являются токсичными для растений. Это карбонаты и бикарбонаты натрия и магния, сульфаты и хлориды магния и натрия. Особенно токсична сода при содержании в почвах даже в небольших количествах. Легкорастворимые соли влияют на растения по-разному. Одни из них препятствуют плодообразованию, нарушают нормальное течение биохимических процессов, другие разрушают живые клетки. Кроме того, все соли повышают осмотическое давление почвенного раствора, вследствие чего может возникнуть так называемая физиологическая сухость, когда растения не способны усваивать влагу, имеющуюся в почве.

Основным критерием солевого режима почв является состояние произрастающих на них сельскохозяйственных культур. По этому показателю почвы разделяются на пять групп по степени засоления (табл. 12). Определение степени засоления проводится по содержанию в почве легкорастворимых солей в зависимости от типа засоления почвы.

Среди пахотных почв, особенно в таежно-лесной зоне, широко распространены почвы разной степени заболоченности, гидроморфные и полугидроморфные минеральные почвы. Общей особенностью таких почв является систематическое различное по продолжительности избыточное их увлажнение. Чаще всего оно носит сезонный характер и наблюдается весной или осенью и реже летом при продолжительных дождях. Различают переувлажнение, связанное с воздействием грунтовых или поверхностных вод. В первом случае избыточное увлажнение обычно затрагивает нижние горизонты почв, а во втором — верхние. Для полевых культур наибольший вред наносит поверхностное увлажнение. Как правило, урожай озимых культур на таких почвах во влажные годы снижается, особенно при низкой степени окультуренности почв. В засушливые годы при недостаточном увлажнении в целом за вегетационный период на таких почвах могут быть и более высокие урожаи. Для яровых культур, особенно овса, кратковременное увлажнение не оказывает отрицательного влияния, а иногда при этом отмечаются более высокие урожаи.

Избыточнее увлажнение почв вызывает в них развитие глеевых процессов, с проявлением которых связано возникновение в почвах ряда неблагоприятных свойств для сельскохозяйственных растений. Развитие оглеения сопровождается восстановлением окислов железа (III) и марганца и накоплением их подвижных соединений, отрицательно влияющих на развитие растений. Установлено, что если в нормально увлажненной почве содержится 2—3 мг подвижного марганца на 100 г почвы, то при длительном избыточном увлажнении его содержание достигает 30—40 мг, что уже токсично для растений. Избыточно увлаженные почвы характеризуются накоплением сильногидратированных форм железа и алюминия, которые являются активными адсорбентами фосфат-ионов, т. е. в таких почвах резко ухудшается фосфатный режим, что выражается в очень низком содержании легкодоступных для растений форм фосфатов и в быстром превращении доступных и растворимых фосфатов фосфорных удобрений в труднодоступные формы.

В кислых почвах избыточное увлажнение способствует повышению содержания подвижного алюминия, который, как уже отмечалось, весьма отрицательно влияет на растения. Кроме того, избыточное увлажнение способствует накоплению в почвах низкомолекулярных фульвокислот, ухудшает условия воздухообмена в почвах, а следовательно, нормальное снабжение корней растений кислородом и нормальную жизнедеятельность полезной аэробной микрофлоры.

Верхним пределом влажности почв, обусловливающим неблагоприятные эколого-гидрологические условия произрастающих растений, обычно считается влажность, соответствующая ППВ (предельной полевой влагоемкости, т. е. максимальному количеству влаги, которое однородная или слоистая почва может удержать в относительно неподвижном состоянии после полного обводнения и свободного стекания гравитационной воды при отсутствии испарения с поверхности и тормозящего на сток грунтовых вод или верховодки). Избыточное увлажнение опасно для растений не поступлением гравитационной влаги в почву, а прежде всего и главным образом нарушением газообмена корнеобитаемых слоев и резким ослаблением их аэрации. Воздухообмен и перемещение кислорода в почве могут происходить при содержании воздухоносных пор в почве, равном 6—8%. Такое содержание воздухоносных пор в почвах различного генезиса и состава имеет место при самых различных значениях влажности, как превышающих значения ППВ, так и ниже этого значения. В связи с этим критерием оценки экологически избыточного увлажнения почв можно считать влажность, равную полной вместимости всех пор за вычетом 8% для пахотных горизонтов и 6% для подпахотных.

За нижний предел влажности почв, тормозящий рост и развитие растений, принимается влажность устойчивого завядания растений, хотя такое торможение может отмечаться и при более высокой влажности, чем влажность завядания растений. Для многих почв качественное изменение доступности влаги для растений соответствует 0,65—0,75 ППВ. Поэтому в общем виде считается, что диапазон оптимального содержания влаги для развития растений соответствует интервалу от 0,65—0,75 ППВ до ППВ.

Среди физических свойств почв большое значение для нормального развития растений имеют плотность сложения почвы и структурное ее состояние. Оптимальные значения плотности почв различны для разных растений и зависят также от генезиса и свойств почв. Для большинства культур оптимальные значения плотности сложения почв соответствуют значениям 1,1 —1,2 г/см3 (табл. 13). Слишком рыхлая почва может повредить молодые корни в момент ее естественной усадки, слишком плотная — препятствует нормальному развитию корневой системы растений. Агрономически ценной структурой считается такая, когда почва представлена агрегатами размером 0,5—5,0 мм, которые характеризуются водопрочной и пористой структурой. Именно в такой почве могут быть созданы наиболее оптимальные воздушные и водные условия для произрастания растений. Оптимальное содержание в почве воды и воздуха для большинства растений составляет примерно 75 и 25% соответственно от общей порозности почвы, которая в свою очередь может изменяться во времени и зависит от природных условий, обработок почвы. Оптимальные значения общей порозности для пахотных горизонтов почв составляют 55—60% от объема почвы.

Изменения плотности сложения почвы, ее агрегированности, содержание химических элементов, физико-химические и другие свойства почв различны в отдельных горизонтах почв, что связано в первую очередь с генезисом почв, а также хозяйственной деятельностью человека. Поэтому с агрономической точки зрения важно, каково строение почвенного профиля, наличие определенных генетических горизонтов, их мощность.

Верхний горизонт пахотных почв (пахотный горизонт), как правило, больше обогащен гумусом, содержит больше элементов питания растений, особенно азота, характеризуется более активной микробиологической деятельностью по сравнению с нижележащими горизонтами. Под пахотным горизонтом расположен горизонт, часто обладающий рядом неблагоприятных для растений свойств (так, подзолистый горизонт имеет кислую реакцию, солонцовый горизонт содержит большое количество токсичного для растений поглощенного натрия и т. п.) и в целом с более низким плодородием, чем верхний горизонт. Поскольку свойства этих горизонтов резко различны с точки зрения условий развития сельскохозяйственных растений, то понятно, насколько большое значение для развития растений имеют мощность верхнего горизонта и его свойства. Особенностью развития культурных растений является и то, что почти вся их корневая система сосредоточена в пахотном слое: от 85 до 99% всей корневой системы сельскохозяйственных растений на дерново-подзолистых почвах, например, сосредоточена в пахотном слое и почти более 99% развивается в слое до 50 см. Поэтому урожай сельскохозяйственных культур во многом определяется прежде всего мощностью и свойствами пахотного слоя. Чем мощнее пахотный горизонт, тем больший объем почвы с благоприятными свойствами охватывает корневая система растений, тем в лучших условиях обеспечения элементами питания и влаги они находятся.

Для устранения свойств почв, неблагоприятных для роста и развития растений, все агротехнические и другие мероприятия, как правило, на каждом конкретном поле проводятся однотипно. Это б определенной степени позволяет создавать одни и те же условия для произрастания растений, равномерного их созревания и одновременной уборки урожая. Однако даже при высокой организации всех работ практически трудно достигнуть того, чтобы на всей территории поля все растения были в одной и той же стадии развития. Это особенно касается почв таежно-лесной и сухостепной зон, где особенно сильно проявляются неоднородность, комплексность почвенного покрова. Такая неоднородность в первую очередь связана с проявлением природных процессов, факторов почвообразования, неровностями рельефа. Хозяйственная деятельность человека, с одной стороны, способствует выравниванию пахотного горизонта почв по своим свойствам на данном поле в результате обработки почв, внесения удобрений, возделывания на данном поле одной культуры в течение вегетационного периода, а следовательно, и одних и тех же приемов ухода за растениями. С другой стороны, хозяйственная деятельность в определенной степени также способствует созданию неоднородности пахотного горизонта по тем или иным свойствам. Это связано с неравномерностью внесения в первую очередь органических удобрений (связанное с отсутствием достаточного количества техники для равномерного его распределения по полю); с обработкой почвы, когда образуются свальные гребни и развальные борозды, когда различные участки поля находятся в различном состоянии влажности (часто не в оптимальном для обработки); с неравномерной глубиной обработки почвы и т. д. Исходная неоднородность почвенного покрова в первую очередь обусловливает схему нарезки полей именно с учетом различий свойств и режимов различных его участков.

Свойства почв меняются в зависимости от применяемых агротехнических приемов, характера проведения мелиоративных работ, вносимых удобрений и т. д. Исходя из этого, в настоящее время под оптимальными параметрами почв понимается такое сочетание количественных и качественных показателей свойств и режимов почв, при котором могут быть максимально использованы все жизненно важные для растений факторы и наиболее полно реализованы потенциальные возможности выращиваемых сельскохозяйственных культур при наивысшем их урожае и качестве.

Рассмотренные выше свойства почв обусловлены их генезисом и хозяйственной деятельностью человека, и они в совокупности и во взаимосвязи определяют такую важную характеристику почвы, как ее плодородие.

You are here