Характеристика теплового режима почвы, его значение в почвообразовании и плодородии почв

Типы теплового (температурного) режима почв. В зависимости от среднегодовой температуры и характера промерзания почвы В. Н. Димо (1972) выделяет 4 типа температурного режима почв: мерзлотный; длительно сезоннопромерзающий; сезоннопромерзающий; непромерзающий.

Мерзлотный тип температурного режима характерен для местностей, где среднегодовая температура профиля почвы имеет отрицательный знак (ряд провинций Евразиатской полярной и Восточно-Сибирской мерзлотно-таежной областей). В таких почвах преобладает процесс охлаждения, сопровождающийся промерзанием почвенной влаги до верхней границы многолетнемерзлых пород.

Длительно сезоннопромерзающий тип температурного режима проявляется на территориях, где преобладает положительная среднегодовая температура почвенного профиля. Глубина проникновения отрицательных температур не менее 1м, но смыкания пород сезонного промерзания с многолетнемерзлыми породами не наблюдается (не исключается отсутствие многолетнемерзлых пород). Длительность промерзания не менее 5 мес.

Сезоннопромерзающий тип температурного режима отличается положительной среднегодовой температурой почвенного профиля. Сезонное промерзание не более 5 мес. Подстилающие породы немерзлые.

Непромерзающий тип температурного режима наблюдается в местностях, где промерзание профиля почв и морозность не проявляются. К ним относятся теплая южноевропейская фация и области субтропического пояса.

Регулирование теплового режима. В сельскохозяйственной практике регулирование теплового режима имеет важное значение для обеспечения оптимальных условий роста растений. Улучшение теплового режима почв основывается на осуществлении приемов, регулирующих приток солнечной радиации, и приемов, ослабляющих или повышающих ее потери за счет теплоотдачи в атмосферу.

В летнее время в северных районах с повышенным увлажнением почв и меньшим притоком солнечной радиации эти мероприятия преследуют цель повышения температуры почвы, в южных засушливых – ее понижения.

К приемам, регулирующим приток солнечного тепла к поверхности почвы, относятся затенение почвы растительностью, мульчей, некоторые приемы обработки почвы (рыхление и прикатывание поверхности почвы), гребневые и грядковые посевы.

Растительный покров затеняет поверхность почвы, ослабляет приток к ней солнечного тепла и способствует понижению температуры. Поэтому в жарких районах ряд культур (табак, кофе) возделывают с затенением под пологом древесных пород. В этих же целях создают кулисы из высокостебельных растений и устраивают легкие навесы. В летний период лесные полосы понижают температуру почвы не только в самой полосе, но и в межполосном пространстве, что способствует большей устойчивости посевов к действию суховеев.

Мульчирование поверхности почвы торфом, соломой, мульчбумагой и другими материалами широко применяют для регулирования температуры почвы, особенно в овощеводстве. Мульчирование светлоокрашенной мульчей увеличивает альбедо и ослабляет нагревание, и, наоборот, темные материалы (черная мульчбумага, темная торфяная крошка) способствуют большему притоку тепла. Любое мульчирующее покрытие заметно снижает испарение, а следовательно, и расход тепла. При мульчировании сглаживаются суточные колебания температуры почвы.

Обработка почвы и рыхление поверхностного слоя способствуют более быстрому обмену тепла в почве. Шероховатая поверхность обработанной почвы днем сильнее поглощает солнечную энергию, но ночью больше ее и излучает по сравнению с плотной поверхностью. Рыхление почвы увеличивает ее теплопроводимость и уменьшает лучеиспускательную способность. Этот прием способствует снижению температуры почвы днем и сохранению тепла ночью.

В Нечерноземной зоне для более быстрого прогревания верхнего слоя почвы в овощеводстве применяют гребневые и грядковые посевы.

Полив – эффективный прием регулирования температуры почвы. При этом заметно снижается температура поверхностных слоев почвы. Осушение болотных торфяных почв приводит к повышению температуры верхних горизонтов в дневные часы летом и несколько снижает ночью по сравнению с неосушенными почвами. В районах северного земледелия при осушении торфяных почв заметно ухудшается их прогревание в весенне-летний период, так как улучшается аэрация и снижается теплопроводность. Поэтому на некоторой глубине осушенных почв длительно сохраняются мерзлотные прослойки, что замедляет развитие активных микробиологических процессов.

Радикальным приемом регулирования теплового режима в холодный период являются снежные мелиорации. Снегозадержание – одновременно важное средство накопления в почве влаги. Его широко применяют в засушливых и континентальных районах и других регионах, где снежный покров обычно невелик, а сильные морозы при небольшом снежном покрове могут сильно повредить посевы озимых, многолетние травы, плодово-ягодные культуры. При небольшом снежном покрове температура почвы на глубине залегания узла кущения озимых (около 3см) может достигать критических величин и вызывать повреждение или гибель растений.

Снегозадержание проводят с помощью лесных полос, кулис, высокой стерни, снегопахотой, установкой щитов и другими приемами, по возможности в ранние сроки.

Накопление снега снижает отрицательные температуры в почве и глубину их проникновения. Приемы регулирования теплового режима нужно осуществлять с учетом почвенно-климатических и погодных условий и особенностей возделываемых растений.

В овощеводстве для улучшения температурного режима почв применяют биотопливо, электрический, паровой и водяной обогрев.

В качестве биотоплива в теплицах, траншеях на глубину 20-25см вносят навоз, компоста, при разложении которых температура поднимается до 70°С, в результате чего обогревается активная часть почвогрунта. Такого же эффекта достигают при набивке навозом парников. При паровом и водяном обогреве почвы в теплицах под слоем культурной почвы на глубине 40-70см прокладывают трубы, по которым подают горячую воду или пар.

 

Кислотность почв: ее источники и формы. Методы борьбы с кислотностью почв.

Кислотно-основная характеристика почвы

Реакция почвы обусловлена наличием и соотношением в почвенном растворе водородных (Н+) и гидроксильных (ОН-) ионов и характеризуется рН – отрицательным логарифмом активности водородных ионов в растворе. В зависимости от состава растворенных веществ и характера их взаимодействия с твердой фазой почв, определяющих соотношение между концентрациями водородных и гидроксильных ионов в почвенном растворе, почвы могут иметь нейтральную (рН 7), кислую (рН<7)или щелочную (рН>7) реакцию.

Реакция почвы зависит от совокупного действия ряда факторов; химического и минералогического состава минеральной части почвы, наличия свободных солей, содержания и качества органического вещества, состава почвенного воздуха, влажности почвы, жизнедеятельности организмов. Важнейшим регулятором реакции почвы являются находящиеся в ней соли. Нейтральные, кислые, щелочные соли, переходя из твердой фазы в раствор при увлажнении и обратно при иссушении, оказывают соответствующее влияние на характер реакции почвенного раствора, что отзывается и на плодородии почв.

Одной из наиболее распространенных в почве минеральных кислот является угольная кислота. В зависимости от термодинамических условий и биологической активности она может поддерживать рН почвы в пределах 3,9-4,5-5,7. Режим углекислоты в почвах тесно связан с суточно-сезонными ритмами погоды, с активностью микроорганизмов.

При окислении сернистых металлов (сульфидов) в почвах и почвообразующих породах может образоваться серная кислота, которая вызывает сильное подкисление почв (при осушении мангровых или маршевых почв их рН может упасть с 7-8 до 2-3). Значительное подкисление почвенного раствора могут вызывать ненасыщенные катионами гуминовые кислоты и фульвокислоты (рН может снижаться до 3-3,5). Малоразложившиеся остатки органического вещества лесной подстилки имеют рН 3,5-5, мхов – 2,5-3. В результате жизнедеятельности грибов и бактерий, разложения растительного опада, выделения корнями или насекомыми в почве могут присутствовать свободные органические кислоты типа уксусной, щавелевой, лимонной и др.

В процессе своей жизнедеятельности растения, потребляя из почвы в различных пропорциях анионы и катионы, выделяя в почву эквивалентное количество ионов Н+, ОН-, НСО3- , СО32-, могут вызывать сдвиг реакции почвенного раствора в ту или иную сторону. Значительная роль в регулировании реакции почвенного раствора принадлежит микроорганизмам. Деятельность нитрификаторов может вызвать появление на короткое время в почвенном растворе азотной и азотистой кислот и снизить рН на 0,5-2,0. При разложении белков под воздействием микроорганизмов происходит поступление в раствор небольшого количества серной кислоты.

Кислотно-основные свойства любого соединения (кислота, основание или соль) оцениваются исходя из теории кислот и оснований Бренстеда-Лоури. Согласно этой теории кислотой считается любое вещество, способное отдавать протон (Н+), переходя при этом в сопряженное с ней основание. Основание – вещество, которое может присоединять протон, превращаясь в сопряженную с ним кислоту. В водных растворах кислоты отдают протоны воде, основания принимают протон от воды:

СН3СООН+Н2О=СН3СОО-+Н3О+

Отдавая протон воде, уксусная кислота превращается в основание СН3СОО-; вода, играя роль основания и принимая протон от СН3СООН, переходит в кислоту Н3О+.

Кислотные и основные свойства могут проявить молекулярные соединения (НСI – кислота, NН3 – основание), катионы [Рb(Н2O)42+ - кислота Рb(Н2O)3OН+ - основание] и анионы [НСО3- - кислота, СО32- - основание].

 

Кислотность почв

Различают актуальную (активную) и потенциальную кислотность почв в зависимости от того, при каком взаимодействии она проявляется.

Актуальная кислотность почвы обусловлена наличием водородных ионов (протонов) в почвенном растворе, активность которых зависит от свойств (ионной силы) раствора, влияющих на коэффициент активности иона. Актуальная кислотность почвы измеряется при взаимодействии почвы с дистиллированной водой [водный pH, pHH2O, pH (H2O)] при разбавлении 1:2,5 либо в пасте. Иногда рН почвы измеряют непосредственно в почве при естественной влажности, но для этого она должна быть достаточно увлажненной и гомогенной для обеспечения надежного контакта с измерительным электродом. Можно актуальную кислотность почвы измерять и колориметрически или путем титрования.

Потенциальная кислотность – способность почвы при взаимодействии с растворами солей проявлять себя как слабая кислота. Потенциальная кислотность определяется свойствами твердой фазы почвы, обусловливающей появление дополнительного количества протонов в растворе при взаимодействиях с удобрениями или химикатами.

Кислая реакция солевых вытяжек из почв объясняется появлением в растворе ионов водорода (гидроксония Н3О+) в результате вытеснения из почвенного поглощающего комплекса, а также взаимодействия с водой молекулярных кислот и гидратированных катионов. Гидратированные катионы при этом можно рассматривать как кислоты (Бренстед-Лоури). Наиболее сильные кислотные свойства в воде проявляют двух- и особенно трехзарядные катионы металлов:

Р Ка          р Кb

5,0   Аl(Н2O)63+ + Н2O     А1(Н2O)5ОН2++ Н3О+    9,0

3,8   Сг(Н2O)63+ + Н2O     Сг (Н2O)5ОН2++ Н3О+   10,2

2,2   Fе(Н2O)63+ + Н2O        Fе(Н2O)5ОН2++ Н3О- -   11,8

В зависимости от характера взаимодействующего с почвой раствора различают две формы потенциальной кислотности почв – обменную и гидролитическую, характеризующиеся как последовательные этапы выделения в раствор дополнительных количеств протонов из твердой фазы.

Обменная кислотность обнаруживается при взаимодействии с почвой растворов нейтральных солей. При этом происходит эквивалентный обмен катиона нейтральной соли на ионы водорода, алюминия и другие, находящиеся в поглощающем комплексе. Обычно для определения обменной кислотности почв используют 1 н. раствор КС1 (рН около 6,0).

Природа обменной кислотности зависит от состава и свойств почвенных коллоидов. Кислотность органических почвенных коллоидов (гумусовые кислоты) обусловлена главным образом обменным водородом, причем непосредственным источником обменного водорода служат органические кислоты, включая гумусовые, и угольная кислота. При взаимодействии с коллоидами водород этих кислот внедряется в их диффузный слой, занимая место оснований, которые выщелачиваются или выпадают в осадок:

[ППК2-] Са2+ + R(СООН)2        [ППК2-] 2Н+ + R(СОО-)2Са

[ПИК2-] Са2+ +Н2СО3         [ППК2-] 2Н+ + СаСO3

Кислотность минеральных коллоидов связана с наличием в почвенном поглощающем комплексе обменных ионов водорода, алюминия или железа. Источником обменных алюминия и железа служат ионы кристаллической решетки глинистых минералов и гидроксидов, мобилизуемые органическими кислотами или присутствующие в почвенном растворе и также внедряющиеся в диффузный слой почвенных коллоидов

При взаимодействии кислой почвы с раствором хлорида калия в результате обмена калия на водород в растворе появляется соляная кислота, а при обмене на алюминий – хлорид алюминия (111)

[ППК-] Н+ + КС1       [ППК-] К+ + НС1,

[ППК3-] А13+ + ЗКС1        [ППК3-] ЗК+ + А1С1з

А1С1з – это соль слабого основания и сильной кислоты, гидролитически расщепляющаяся с образованием соляной кислоты и гидроксида алюминия