Понятие о плодородии почвы

Лекция ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ. 1. Общие понятия о плодородии почвы. Повышение продуктивности древесных насаждений одна из важнейших задач лесного хозяйства Продуктивность древесных насаждений того или иного состава зависит от плодородия почвы и от климатических условий. Из климатических условий главное место занимают условия увлажнения , влияющие через водный режим и тепловые условия, влияющие непосредственно. Плодородие – существенный качественный признак, отличающий почву от горной породы. Академик В. Р. Вильямс называл плодородием способность почвы обеспечивать растения в максимальных потребных количествах питательными веществами и влагой. Нельзя конечно утверждать, что горная порода полностью лишена плодородия. Даже на поверхности скал могут поселяться бактерии , грибы и лишайники Однако их органическая масса ничтожно мала, следовательно плодородие горных пород очень, очень низкое. Но, с течением времени их плодородие будет увеличиваться Мы уже говорили, что в процессе большого геологического круговорота веществ формируется кора выветривания , которая заселяется живыми и растительными организмами, постепенно изменяясь от самых низших до высших растений и животных С течением времени, с поселением растительных организмов , в процессе малого биологического круговорота веществ идет процесс образования почвы, как самостоятельного тела природы. Со временем, в результате малого биологического круговорота, нарастает концетрация и количество питательных веществ, появляется азот, которого в горной породе не было и участки заселяются высшей растительностью. С момента появления высших растений с их энергичной фотосинтетической деятельностью сопряжено резкое увеличение количества органического вещества поступающего в почву. По видимому этот момент и следует считать началом качественного превращения верхних слоев коры выветривания в почву. Биологический круговорот зольных веществ является тем процессом, который на длительное время задерживает в верхних слоях коры выветривания , превратившихся в почву, многие существенно важные для растений питательные вещества., предохраняя их от вымывания, которому они могли бы подвергаться в большом геологическом круговороте веществ. Иными словами, биологический круговорот зольных элементов является причиной возникновения, развития, поддержания плодородия почвы в той ее части, которая определяется обеспеченностью растений зольными элементами. Кроме этого, результатом биологического круговорота является не только накопление зольных элементов и азота, но и переработкой их в более доступную для растений форму. Кроме влаги и зольных элементов, почва должна обеспечить растения и кислородом. Обеспеченность растений кислородом- важный элемент плодородия. Но, следует указать, что кислород и влага в почве являются как бы 1 антогонистами. Чем больше в почве влаги, тем труднее проходит в нее воздух – как источник кислорода. Антогонизм между влагой и воздухом в почве можно разрешить хорошей структурой (комковатая) почвы, для которой характерно заполнение внутриагрегатных пространств – влагой, а межагрегатных простанств – воздухом. Существенным условием плодородия почвы является также отсутствие в почве некоторых веществ, вредных для растений. Например многие растворимые соли – сернистые соединения, хлоридные соли и т. д. Низкая кислотность и высокая щелочность также вредны. Следовательно, понятие плодородие почвы многогранное. В настоящее время выделены следующие виды плодородия почвы: 1) Естественное (природное) плодородие – плодородие, которым обладает почва в природном состоянии без вмешательства.человека. 2). Искусственное плодородие – плодородие, которым обладает почва в результате воздействия на нее целенаправленной человеческой деятельности (вспашка, культивация, внесение минеральных и органических удобрений, осушение, полив и т. д.). 3). Потенциальное плодородие – суммарное плодородие почвы, определяемое ее свойствами, как приобретенными в процессе почвообразования, так и созданными или измененными человеком. 4) Эффективное плодородие – это та часть потенциального плодородия , которая реализуется в виде урожая растений при данных климатических (погодных) и технико – экономических (агротехнологических) условиях. 5)..Относительное плодородие – плодородие почвы в отношении к какой – то определенной группе растений. 6). Экономическое плодородие – экономическая оценка почвы в связи с ее потенциальным плодородием и экономическими характеристиками земельного участка 7). Воспроизводство плодородия – совокупность природных почвенных процессов или система целенаправленных мелиоративных или агротехнических воздействий для поддержания почвенного плодородия на уровне, приближающимся к потенциальному плодородию. 2.Лимитирующие факторы и основные мелиоративные приемы повышения плодородия почвы. Благодаря многолетним исследованиям выявлены основные лимитирующие факторы, которые и определяют плодородие почв. Разработаны приемы (виды мелиорации) направленные на поддержания и повышения плодородия почв, которые приведены в виде простой таблицы ниже. Лимитирующий фактор Избыточная плотность Избыточная кислотность Избыточная щелочность 2 Мелиоративные приемы Оструктуривание, рыхление, травосеяние Известкование Гипсование, кислотование, внесение физиологически кислых удобрений Избыток солей Высокая глинистость Недостаток тепла Недостаток воды Недостаток минерального питания Избыток воды Недостаток аэрации Пестрота микрорельефа Большой уклон поверхности Малый окультуренный слой почвы ограниченный внутрипочвенными прослоями Токсикоз химический Токсикоз биологический Промывка на фоне глубокого дренажа Пескование, оструктуривание, глубокое рыхление Тепловые мероприятия – мульчирование, снегонакопление, лесополосы, пленочные и другие укрытия Орошение, агротехнические приемы накопления воды – чистый пар, защита от испарения Внесение минеральных и органических удобрений Осушение, дренаж Дренаж, оструктуривание, щелевание Планировка поверхности Террасирование, перемешивание культур Постепенное углубление с применением плантажа ,глубокое рыхление, взрывная мелиорация Химическая и агротехническая мелиорация Химическая и биологическая мелиорации , севообороты, парование. 2. Круговорот зольных веществ и азота под лесной растительностью Как известно растения получают из почвы зольные элементы (эти элементы остающиеся после сжигания органики) – Ca, Fe, Cl, K, Na, Al, Si, Ma, Mg и другие. К ним следует отнести и азот, хотя к зольным он не относится , так как при сжигании улетучивается Кроме перечисленных основных элементов, растения потребляют такжетак называемые микроэлементы. К ним относятся: мед, бор, иод, фтор и др. Микроэлементы, хотя потребляются в ничтожных количествах, растениям необходимы. Без них растения болеют и погибают. Зольные элементы и азот поступают в растения в виде ионов, которые могут находиться в почвенном растворе или в обменном состоянии. В таком случае они поглощаются растениями беспрепятственно. Однако некоторые элементы находятся в почве в виде труднорастворимых в воде соединений. В почвенном растворе они дают весьма низкие концентрации, не обеспечивающие потребности растений В таких случаях растения 3 вынуждены усваивать эти элементы из твердой фазы почвы. Например: Источником азота являются NH4, NH3, NO3.находящихся в почвенном растворе, помимо этого в снабжении растений азотом большую роль играет микориза.. Ca, K, Na, Mg – находятся в почвенном растворе в виде свободных ионов каких – либо хорошо растворимых солей, они же встречаются в виде обменных катионов, которые также могут усваиваться растениями. Кроме этого, источником кальция могут служить ионы труднорастворимых солей; карбоната кальция (кальцит), и сульфата кальция (гипс). А вот ионы фосфора РО4, НРО4, Н2РО4, как правило встречаются в форме труднорастворимых солей. В виду малой концентрации свободных ионов фосфора растения вынуждены извлекать их из нерастворимой части солей. Таким образом, способность почвы обеспечивать растения тем или иным зольным элементом и азотом зависит не от общего запаса данного элемента в почве, а от присутствия определенных его соединений, которые могут усваиваться растениями. Процесс усвоения растениями ионов представляет собой не простое поглощение их, а поглощение обменное. Это заключается в том, что усваивая то или иное количество ионов, растение отдает в обмен на них эквивалентное количество других катионов или анионов. Такими ионами являются чаще всего ионы Н+, и НСО3-, которые образуются в результате выделения корнями углекислоты . Растения могут выделять и другие ионы, например катионы кальция В результате избирательной способности растений, в процессе в процессе их развития, состав золы растений будет резко отличаться от состава рыхлых пород, см табл. Таблица Состав золы древесных и травянистых растений и состав бескварцевой части рыхлых пород (в % от веса прокаленного вещества) Объект SiO2 исследований Древесина 8,1 бука Листья бука 32,5 Хвоя сосны 14,0 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O P2O5 SO3 -- 48,6 13,0 15,7 3,1 9,7 0.7 44,1 6,6 1,1 5,6 1.9 --- 8,4 2,8 8,8 40,5 10,4 5,3 10,4 4,4 3.6 7,9 Древесина сосны Красный клевер Луговое сено 4 3,3 2,7 28,7 -- 0,7 --- 1,1 1,5 60 6 10,3 15,7 1,3 34,9 10,9 32,3 2,0 15,9 6,9 26,7 3,7 1.6 6,5 9,6 3.2 7,1 5.2 Ленточная глина Озовый песок 53,1 25,9 10,0 1,8 3,2 4,8 1,9 0,01 0.02 59,2 23,4 3,7 2,7 0,5 6,3 4,1 0,12 0.06 Из таблицы видно, что в растениях резко увеличиваются содержание Са, Мg, К,отсутствует алюминий. Содержание кремнезема резко снижается по сравнению с породой. Увеличивается содержание фосфора, а содержание железа практически остается без изменений. Следует отметить, что поглощение обменных ионов растениями разных видов (требовательность в питательных веществах) будет весьма различаться., Избирательная способность растений разных видов хорошо прослеживается по данным таблицы. Таблица Количество (г)зольных элементов, лиственными породами одинакового возраста (48 лет), растущих на одной и той же почвы. Порода Дуб Ясень Вяз Клен SiO2 124 63 80 24 CaO 2450 597 817 191 MgO K2O P2O5 NO3 278 672 190 1350 119 312 195 280 56 302 207 189 15 67 56 53 Потребность в зольных элементах у разных пород весьма различна, что и видно из данных таблицы. Установлено, что наибольшей потребностью в общем обладают широколиственные породы, несколько меньше требоваптельна ель, и значительно меньше – сосна. Этим и обусловлено, что условия произрастания у сосны весьма различны, от болота до сухих песков. Растения не только поглощают зольные вещества и азот из почвы, ни и часть их возвращают в почву. Возврат в почву элементов зависит, главным образом, от возраста древостоев Установлено, что молодые древостои ежегодно возвращают в почву до 50% зольных потребленных веществ, а старые (особенно перестойные) –до90%.. Зольные вещества поступающие в почву (возвращенные) в виде опада, в процессе его распада, находятся в почве в виде свободных ионов и доступны для растений. Этим и объясняется, что наиболее насыщенные корнями нижние слои подстилки и гумусовый коризонт, где накапливается наибольшее количество зольных элементов и азота в доступных для растений формах. В этом и заключается сущность круговорота зольных элементов и азота в почве. 5 3. Продуктивность лесных насаждений Продуктивность лесных насаждений и круговорот в них зольных элементов и азота различны. На них оказывают влияние почвенные условия и климатические условия. Запасы биомассы возрастают от северной тайги к южной и дальше к широколиственным лесам Взрастает также круговорот веществ и азота от севера к югу. В сельском хозяйстве плодородие почвы оценивается урожаем культур. В лесном хозяйстве оценка плодородия почвы проводится по различным показателям. Оценивают по приросту древесины в год (м3/ га), по общему запасу древесины (м3\ га), по общему запасу биомассы (м3\ га), по классу бонитета, как основного показателя продуктивности насаждений. Класс бонитета характеризует условия места произрастания и устанавливается по средней высоте древостоя и его возраста. В лесоводстве приняты пять основных классов бонитета (I, II, III, IV, V), и дополнительные (Iа, Iб, и Vа, Vб). Наивысшая продуктивность леса характеризуется I, Iа, Iб – классами бонитета. Учет состава насаждений и его продуктивности, тщательный анализ особенностей почв позволяет дать более правильную оценку плодородия лесных почв. Рассмотрим приемы повышения плодородия лесных почв, Эти приемы значительно отличаются от приемов применяемых в сельском хозяйстве. 1)Изменение состава насаждений – один из наиболее эффективных мероприятий , направленных на повышение плодородия почвы. Вводя в хвойный лес лиственные породы мы прежде всего улучшаем условия разложения растительного опада. Более быстрое разложение опада приводит к более быстрому возврату в почву зольных веществ и азота, необходимого для растений. Ускоренное разложение опада уменьшает кислотность подстилки, ее количество и мощность, это приводит к улучшению азотообмена, улучшает кислородный режим. Лиственные породы , как правило, обладают более глубокой корневой системой по сравнению, например, с елью В результате ввода лиственных пород в ельники приводит к рыхлению нижних слоев, что улучшает водный режим. Они же, корни лиственных пород из нижних слоев, за счет круговорота веществ переносят зольные элементы в верхние слои. Особенно эффективно вводить в хвойные насаждения липу – ее листья накапливают много фосфора и кальция, а по азоту уступает только ольхи. Поэтому листья липы улучшают разложение хвойной подстилки, снижают кислотность, способствуют образованию муль – гумуса. Другой почвоулучшающей породой для широкого ареала является береза. Еще Ломоносов отмечал, что береза поселяющая в северных ельниках обогащает почву гумусом. Для обогащения почвы азотом необходимо вводить в насаждения ольху белую и желтую акацию, ивняк, дрок, люпин (в питомниках). 6 2) Реконструкция насаждений – это перевод малоценных насаждений в высоко производительные. 3) Осушение – в лесах с избыточным увлажнением, один из самых эффективных видов мелиорации повышения продуктивности лесов Осушение понижает уровень почвенно – грунтовых вод, что приводит к более быстрому разложению лесного опада или же накопившегося торфа, способствует углублению корневых систем и, соответственно, ветроустойчивости деревьев. По литературным данным прирост на осушенных площадях может достигать 4 – 5 иногда 6 – 11 м3\га., а класс бонитета возможно повысить с V- Vб до I – II. При этом надо помнить что осушение болот с зольностью 2,5 – 3,0 % и ниже не целесообразно без дополнительной мелиорации. 4) Перемешивание подстилки с минеральной частью почвы – дает хороший эффект по причине более быстрого разложения подстилки, способствует более быстрому возобновлению 5) Улучшение водного режима в условиях недостатка влаги – возможно регулировать изреживанием древостоя, а в условиях питомников, парков и т. д. использовать полив. 6) Несколько труднее обстоит дело при создании леса на нелесных площадях, особенно в условиях сухого климата, допустим лесные полосы в зоне степей. Здесь самым важным является подбор пород деревьев и кустарников, необходимо подбирать засухо – солеустойчивые, кроме того здесь надо использовать сельскохозяйственные приемы – обработка почвы, снегозадержание, гипсование засоленных почв и другие приемы. Важное место при создании таких посадок занимает заражение почвы микоризой, то есть внесение на эти почвы лесного грунта. 7