Плотность сложения и набухания светло-каштановой почвы

Установлено, что почва в сухом состоянии обладает повышенной плотностью 1,3-1,45 г/см3. При смачивании почвы водой светло-каштановая почва увеличивается в объеме и разуплотняется на 8-15% до величины 1,1-1,25 г/см3. По мере высыхания почва сокращается в объеме и уплотняется. При этом в ней образуются большие трещины и наблюдается распад почвы на глыбы.

Введение

Степные районы Волгоградской области характеризуются недостаточной и неустойчивой влагообеспеченностью в наиболее ответственные фазы развития зерновых культур. Для оптимизации земледелия, наиболее чувствительного к метеорологическим факторам, важно знать региональные особенности проявления изменений в части тех метеорологических факторов, которые в наибольшей степени влияют на продукционный процесс ведущих сельскохозяйственных культур региона. Для Волгоградской области такой культурой является озимая пшеница.

Помимо влагообеспеченности на продуктивность культур оказывают физические свойства почвы.

Оценка физических свойств почв необходима как для характеристики почвенно-физических условий жизни растений, так и для научного обоснования различных агротехнических мероприятий. Особенно необходима она для направленного регулирования физических свойств почв в интенсивных системах земледелия.

Одной из важнейших характеристик почвы является оценка степени уплотнения по объемному весу и порозности. Наиболее благоприятные условия для большинства культурных растений создаются при объемном весе 1,0-1,2 г/см3. Эта величина, как правило, соответствует 55-60% порозности.

Дополнительной, но также важной характеристикой сложения почвы, является содержание в ней воздуха. По данным Качинского [1], Долгова [2,3] и других исследователей, при оптимальном сложении почвы порозность аэрации при полевой влагоемкости не должна быть ниже 15%. При меньшем содержании в почве воздуха условия роста большинства культурных растений ухудшаются.

Материалы и методы исследований

Исследования проводились на землях опытного поля НВНИИСХ, расположенных в светло-каштановой подзоне сухостепной зоны каштановых почв Нижнего Поволжья. Территория опытного поля – слабоволнистая равнина. Климат резко континентальный, ГТК 0,5-0,6, сумма среднесуточных положительных температур воздуха равна 3400-3500оС. Среднегодовое количество осадков 300-350 мм, среднегодовая температура воздуха – 7,8оС, амплитуда минимальных и максимальных температур колеблется от +43оС до -35оС.

Почвы низко обеспечены азотом, средне – фосфором и повышенно – калием. Содержание гумуса 1,2-2,0%, рН = 7-9 (табл. 1).

Таблица 1. Химический состав светло-каштановой почвы

Плотность почвы, ее порозность и структурное состояние взаимосвязаны и определяют в целом сложение почвы. Повышение агрономической ценности структуры почв, ее сохранение и улучшение направлены, прежде всего, на создание оптимального состава, на повышение механической прочности и водоустойчивости агрегатов (табл. 2).

Таблица 2. Структурный состав пахотного горизонта светло-каштановой почвы

Одним из наиболее доступных технологических приемов сохранения и улучшения структуры почвы является своевременная, т.е. проведенная при оптимальной влажности, культурная вспашка почв. Однако влияние вспашки неоднозначно. С одной стороны, вспашка разрыхляет почву и способствует образованию агрегатов, но с другой стороны переворачивая пласт, выносит на поверхность неводоустойчивые агрегаты, которые, подвергаясь воздействию водяных капель и текущей воды, быстро разрушаются.

Системы минимальной и нулевой обработки, в которых сорняки уничтожаются гербицидами, уменьшают разрушение агрегатов, но с другой стороны в них постепенно увеличивается плотность сложения агрегатов и сухой почвы. Это приводит к потере наиболее крупных пор, которые в большей мере ответственны за водопроницаемость и аэрацию почв.

При увлажнении почвы атмосферными осадками или поливной водой происходит набухание почвы и увеличение ее объема. Набухшая почва при высыхании сокращается в объеме с образованием больших трещин, это вызывает разрыв корней и распад почвы на глыбы. Величина набухания и усадки является важным показателем агрономической ценности почв. Она вызывает изменения водо- и воздухопроницаемости почвы, способствует разрушению или, наоборот формированию почвенной структуры. По величине набухания можно судить о свойствах твердой фазы почвы, ее гигроскопичности, содержанию солей, минералогическом составе, содержанию органического вещества и т.д.

Увеличение объема почвы происходит в результате впитывания воды кристаллической решеткой коллоидов, образованию кристаллогидратов, гидратации обменных оснований. Набухание выражается в увеличении объема коллоидов в результате раздвижения водой плоскостей кристаллической решетки глинистых минералов, а также вследствие гидратации поверхности кристаллических и атмосферных веществ. Особенно сильно набухают коллоиды, состоящие из минералов монтмориллонитовой группы.

Увеличение объема почвы при смачивании вызывает ее несколькими причинами, из которых следует указать в качестве главных: дисперсность почвы, минералогический состав высокодисперсных частиц, состав и количество поглощенных оснований, состав и количество гумуса, количество солей в почве, наконец, прочность почвенных агрегатов Н.И. Горбунов [4] связывает степень набухания с количеством гумуса. Он доказал, что гумусовые горизонты набухают сильнее безгумусных.

По данным Кузнецовой И.В. и Даниловой В.И. [5] наибольшей набухающей способностью обладают входящие в состав гумуса полуразложившиеся растительные остатки разной степени гумификации (детрит) обладающие свойствами гидрофильных коллоидов.

Результаты и обсуждения

Данные о набухании генетических горизонтов светло-каштановой почвы, выполненные в Нижне-Волжском НИИСХ, на приборе Васильева показали, что верхний горизонт, содержащий 1,78% гумуса, набухает значительно сильнее нижележащих горизонтов (табл. 3).

Таблица 3. Набухание горизонтов светло-каштановой почвы, % в зависимости от содержания гумуса

Обзор литературы по изучению факторов, определяющих набухание почв, показывает, что наряду с гранулометрическим составом ведущая роль в этом процессе принадлежит органическому веществу.

Из работ Кочериной Е.И. и других авторов [6], которые изучали состав и свойства гранулометрических фракций разных типов почв, набухание почв обусловлено в основном содержанием глинистой фракции.

Особенно актуальное значение процесс саморазуплотнения почв приобретает в последнее время с применением на полях технологий No-Till, где предусматривается посев полевых культур в стерню без проведения глубокого рыхления и механического разуплотнения поверхностных горизонтов. Особенно важное значение этот фактор имеет в районах с тяжелыми и солонцеватыми почвами. Почвы с разным механическим и структурным составом в результате процессов набухания – усадки, происходящей при их увлажнении и высыхания, стремятся к достижению некоторого равновесного состояния. Степень выраженности этих процессов для разных почв неодинаковая и определяется их свойствами и исходным физическим состоянием. Наибольшее разуплотнение почв в результате набухания – усадки наблюдается при высокой исходной плотности почвы, которая в большей степени связана с применением на полях тяжелой сельскохозяйственной техники. Процесс набухания – усадки - связан с определяющими свойствами гидрофильных коллоидов, содержание которых в единице объема увеличивается с увеличением плотности.

При невысоких плотностях увеличение объема твердой фазы почвы при набухании происходит в значительной мере за счет крупных пор, без существенного увеличения объема образца. При высокой плотности при снижении количества крупных пор и увеличении в объеме гидрофильных частиц в основном происходит за счет приращения ее внешнего объема. При этом на величину набухания существенное влияние оказывает структурное состояние почвы. Так почвенные агрегаты <0,25 мм в первую минуту набухают на 9,2%, а за сутки на 15,7%, в то время как агрегаты 1-2 мм прибавляют в объеме в первую минуту 5,6%, а за сутки 6,3% (табл. 4).

Таблица 4. Набухание светло-каштановой почвы, % в зависимости от структурного состава горизонта 0-10 см

Как показали исследования, величина набухания исследованной почвы при плотности насыпного образца равной 1,2 г/см3 увеличивается с утяжелением гранулометрического состава, увеличением в нем доли минералов с расширяющейся кристаллической решеткой и увеличением содержания в образцах органического вещества.

Выводы

По данным исследований установлено:

1. Светло-каштановая почва в сухом состоянии обладает повышенной плотностью 1,3-1,45 г/см3.

2. Весной при снеготаянии или летом при выпадении обильных осадков светло-каштановая почва увеличивается в объеме и разуплотняется на 8-15%.

3. Набухшая почва при высыхании сокращается в объеме с образованием больших трещин, что вызывает разрыв корней и распад почвы на глыбы.

4. Величина набухания светло-каштановой почвы увеличивается с утяжелением гранулометрического состава, увеличением доли минералов с расширяющейся кристаллической решеткой и увеличением содержания органического вещества.

Протопопов В.М., с. н. с., лаборатории земледелия и защиты растений,

НВ НИИСХ – филиал ФНЦ агроэкологии РАН