Ґрунт як система

РОЗДІЛ 8. ОСНОВИ ҐРУНТОЗНАВСТВА, АГРОФІЗИКИ

ТА АГРОХІМІЇ

Ґрунт (власне, родючий ґрунт)– поверхневий шар суші земної кулі, який утворився в результаті взаємодії гірських порід, живих та мертвих організмів (рослинності, тварин, мікроорганізмів), сонячного тепла й атмосферних опадів та чинників, похідних від них, найважливіший компонент усіх наземних біоценозів та біосфери Землі в цілому, особливе природне утворення, яке має тільки для нього характерну будову, склад та властивості, систему внутрішніх і зовнішніх функціональних зв’язків. Найважливіша властивість ґрунту – його родючість. Для цього ґрунт повинен мати достатню кількість поживних речовин та запас води, необхідний для живлення рослин.

Фактори ґрунтоутворення – елементи природного середовища, під впливом яких утворюються ґрунти. Це ґрунтоутворювальні породи, рослинні й тваринні організми, мікроорганізми, клімат, рельєф, вік, вода (ґрунтова та материнської породи), господарська діяльність людини.

Ґрунти поділяють на зональні, що формуються тільки в певній кліматичній зоні, та азональні, які, у свою чергу, поділяють на інтразональні (зустрічаються в різних зонах як включення) та екстразональні (проникають з іншої зони по елементах рельєфу).

Основні зональні типи ґрунтів України з півночі на південь такі: дерново-підзолисті, які переважають у Поліссі; сірі лісові, поширені в лісостеповій зоні та Поліссі; чорноземні, що розміщуються широкою смугою в межах двох зон (лісостепової й степової), пересікаючи країну з заходу на схід; каштанові, які зустрічаються в рівнинному сухому степу. У гірських районах формуються бурі лісові ґрунти (буроземи), поширені в гірських лісових районах Криму та Карпат, а також на рівнинних територіях Закарпатської низовини та Прикарпаття, коричневі ґрунти, поширені на південному схилі головного пасма Кримських гір та в областях із середземноморським кліматом.

Інтразональними ґрунтами є лучні, болотні та перехідні між ними лучно-болотні, що формують групу гідроморфних ґрунтів, які зустрічаються в усіх природних зонах країни, а також ґрунти солонцево-солончакового ряду, що утворюються на багатих легкорозчинними солями породах (переважно морських відкладах) або в місцях виходу на поверхню мінералізованих вод. Залежно від рівня залягання сольового горизонту їх поділяють на солонці, солончаки та солоді.

Екстразональні ґрунти – це зональні ґрунти, які долинами річок та балками переміщуються на південь.

У Дніпропетровській області зональні ґрунти представлені чорноземами (з півночі на південь – чорноземи типові, звичайні та південні) і темно-каштановими ґрунтами. До інтразональних ґрунтів належать алювіальні, заплавно-лучні, чорноземно-лучні, болотні оглеєні, ґрунти солонцево-солончакового ряду. До екстразональнихналежать дерново-борові ґрунти піщаних терас річок та чорноземи лісові, які розвиваються в ярово-балкових системах.

Тепловий режим ґрунту залежить від кількості теплових променів, отримуваних землею від сонця, і теплових властивостей ґрунту, а саме його здатності поглинати променеву енергію, теплоємності й теплопровідності, його вологості, наявності рослинності, відбивання та випромінювання ґрунтом теплової енергії в атмосферу (альбедо). Тепловий режим ґрунту впливає на біологічні процеси, а отже на ґрунтоутворення. У свою чергу, рослинний покрив, який відокремлює ґрунт від атмосфери, впливає на його тепловий режим.

Водний режим ґрунту – цесукупність усіх явищ, які визначають потрапляння, рух, витрати й використання рослинами ґрунтової вологи. Джерелами води є: атмосферні опади; пара, конденсована з повітря; ґрунтові води; полив. Витрати води зумовлюють: поверхневий стік; поглинання рослинами; випаровування з поверхні рослин та ґрунту; затримання вологи, яку випаровують рослини; внутрішньоґрунтовий стік та верховодка; стікання в ґрунт води (ґрунтовий стік). Значну роль відіграють такі властивості ґрунту, як водопроникність, водозатримувальна здатність, умови клімату й погоди, характер природних рослинних формацій, на оброблених ґрунтах –особливості культурних рослин та агротехніка їх вирощування.

Виділяють такі основні типи водного режиму ґрунтів: промивний, періодично-промивний, ерозійно-промивний, непромивний, випітний, застійний, намивний, мерзлотний (кріогенний) та сезонно-мерзлотний.

Види води в ґрунтах такі: вільна (гравітаційна); пароподібна; лід; хімічно зв’язана (конституційна); кристалогідратна; капілярна; гігроскопічна; максимально гігроскопічна; плівкова (молекулярна); внутрішньоклітинна. Для рослин доступна гравітаційна та капілярна вода.

До водно-фізичних властивостей ґрунту,зокремадо загальних фізичних властивостей, відносять щільність твердої фази, об’ємну масу та пористість (шпаруватість, порожнинність), які бажано визначати в ґрунті першочергово. Іноді визначають зв’язність, липкість, повітряну проникність, повітряну ємність, водоємність (уміст польової вологи, гігроскопічної вологи, максимальної гігроскопічної вологи), водопроникність, водопіднімальну здатність.

Важливою властивістю ґрунтів є їх поглинальна здатність. Поглинальною здатністю називають здатність ґрунту утримувати та поглинати з ґрунтового розчину різні речовини. Мінеральні сполуки розкладаються в ґрунтовому розчині на катіони й аніони. Ґрунт неоднаково поглинає іони мінеральних сполук, використовувані корінням рослин. Тому забезпеченість рослин ґрунтовими поживними речовинами залежить не тільки від типу ґрунту, водно-повітряного та теплового режиму, але й від його поглинальної здатності.

Забезпеченість рослин поживними речовинами визначають за вмістом легкодоступних форм цих речовин у ґрунті. Зокрема, встановлюють вміст у ґрунті нітратного азоту (NО₃), рухомих форм фосфору (Р₂О₅) та обмінного калію (К₂О).

Рослини за вимогливістю до поживних речовин поділяють на декілька груп: евтрофи (люблять забезпечені ґрунти); мезотрофи (люблять ґрунти середньої забезпеченості); оліготрофи (слабкозабезпечені ґрунти); нітрофіли (вибагливі до вмісту нітрату); азотобактери (виробляють власний азот за допомогою симбіотичних бактерій – фіксаторів азоту). Оптимальна кількість азоту в ґрунтах Дніпропетровської області – 10,1–12 мг/1 кг ґрунту, фосфору – 150–200 мг/кг ґрунту, калію – 120–180 мг/кг ґрунту. Якщо ця кількість менша, то необхідне внесення добрив.

Значно впливає на досяжність для рослин поживних речовин реакція ґрунтового розчину– рН (або актуальна кислотність). Так, рН < 7 свідчить про кислу реакцію, рН = 7 – про нейтральну, а рН > 7 – про лужну реакцію ґрунтового розчину. Реакція ґрунтових розчинів різних ґрунтів коливається від 3 до 11. Підвищення кислотності та лужності пригнічує більшість культурних рослин. Але є винятки, оскільки існують рослини-ацидофіли (люблять кислі ґрунти – більшість верескових, актинідії, ялини, гебе, ялівець звичайний, берези), алкафоби (бояться наявності лугу – верескові, гебе), алкафіли (люблять лужні ґрунти – робінії, гледичії, дуби), галофіли (витримують високу лужність та високу концентрацію натрію – тамарикси, мірикарії, кермеки, солероси, шведка).

Агрегатну фазу ґрунту умовно за складом можна поділити на чотири фази: тверду, рідку, газоподібну та живу. Тверда фаза складається з мінеральних та органічних речовин. Рідка фаза – вода та розчинені в ній солі, органічні речовини. Газоподібна фаза – повітря, яке займає вільні від води пори. Жива фаза – бактерії, гриби, водорості та протисти, що живуть у ґрунті.

Тверда фаза складається з частинок різної величини, які називають механічними елементами. Серед них за розмірами виділяють фізичний пісок та фізичну глину, співвідношення яких становить гранулометричний склад ґрунту. Фізичним піском називають усі механічні елементи розміром від 0,01 до 1 мм в діаметрі, а фізичною глиною – усі частинки, дрібніші 0,01 мм. Великі механічні елементи (діаметром понад 1 мм) складають кам’янистий скелет ґрунту. Вміст у ґрунті фізичного піску та фізичної глини, виражений у відсотках від загальної маси абсолютно сухого ґрунту, визначає гранулометричний склад ґрунту.

За гранулометричним складом ґрунти поділяють на піщані розпушені (вміст фізичної глини не більший 5%), піщані зв’язні (5–10 %), супіщані (10–20 %), легкосуглинисті (20–30 %), середньосуглинисті (30–45 %), важкосуглинисті (45–60 %), легко-, середньо- і важкоглинисті (понад 60 %). Гранулометричний склад впливає на агрономічні властивості. В агрономічній практиці піщані та супіщані ґрунти називають легкими, оскільки вони легко піддаються обробці, а суглинисті та глинисті – важкими (обробка їх пов’язана з великими енергетичними затратами). Легкі ґрунти розпушені, добре пропускають вологу та повітря, весною швидко прогріваються, але вони погано утримують воду, бідні елементами живлення рослин. Важкі ґрунти щільні, погано пропускають вологу та повітря, весною прогріваються повільно, тому їх обробку починають пізніше. Уміст елементів живлення в них вищий, ніж у піщаних та супіщаних. Серед рослин є певні групи, на які по-різному впливає гранулометричний склад ґрунту. Існують рослини, які люблять важкі ґрунти, – дуб, ясен, липа, клен. Є ті, що люблять легкі ґрунти, – псамофіти(люблять піщані ґрунти – зіновать руська, сосна звичайна, види берези). Крім того, є групи рослин, які ростуть на скельних ґрунтах, – петранти (сосна гірська, ялівець високий, ялівець смердючий, білотка альпійська, дзвоники карпатські).

Механічні елементи ґрунту можуть склеюватися в агрегати, або грудочки різної величини та форми, що утворюють структуру. Піщані та супіщані ґрунти, що складаються з не склеєних механічних елементів, називають безструктурними. Від структури ґрунтів, особливо водостійкої (переважання в ґрунтово-поглинальному комплексі Са²⁺ та Мg²⁺, відповідно коагуляція необоротна, за типом цементу), тобто стійкої до розмиву водою, залежать умови життя рослин та родючість ґрунту. Агрономічно цінні ґрунти складаються зі агрегатів розміром від 0,25 до 10 мм, пористої, водостійкої (горіхувата та грудочкувата) структури. Такий ґрунт досить розпушений, добре пропускає та повільно випаровує воду. Запливання поверхні з утворенням ґрунтової кірки на таких ґрунтах не буває. У них немає активного поверхневого стоку води та виносу частинок разом з поживними речовинами (ерозії). Навіть у разі сильних вітрів структурний ґрунт не розсипається, його легко обробляти, він добре кришиться. Структурні ґрунти звичайно більш родючі, ніж безструктурні. Є також ґрунти, які мають структуру, нестійку у випадку намокання, що складається з великих структурних одиниць (грудкуваті, пластинчасті, монолітні, шаруваті). У них домінують катіони Na⁺, K⁺ (солонці та солончаки), H⁺ (ґрунти підзолистого ряду). На таких ґрунтах рослини вирощують із великими затратами (хімічна та фізична меліорація). На структуру ґрунту позитивно впливає крім механічного складу також наявність гумусу. Найкраща структура в чорноземів.

У тверду фазу ґрунту поряд з мінеральними речовинами входить гумус, або перегній (органічні сполуки, які утворюються в процесі розкладу органічних залишків). У гумусі зосереджено більшість запасів елементів живлення, проте в недоступній для рослин формі. Перехід їх у доступну форму йде повільно під дією мікроорганізмів. Уміст гумусу у верхньому шарі різних ґрунтів коливається від 1 до 5 %, рідше – до 15 %. Оптимальний вміст гумусу – 3,1–4,0 %. Чорноземні ґрунти бувають: слабкогумусні – до 2 % органічного вуглецю; малогумусні – до 6 %; середньогумусні – до 9 %; багатогумусні – понад 9 %. Якщо його менше, то потрібно вносити органічні добрива.

Гумус складається з гуміну (нерозчинних бітумних речовин), гумусових кислот (гумінових та фульвокислот), а також солей кислот – гуматів та фульватів. Високий уміст фульвокислот свідчить про наявність у ґрунтово-поглинальному комплексі Na⁺, K⁺ та H⁺, які спричиняють формування поганої структури ґрунту та зниження рівня врожайності. Співвідношення вуглецю гумінових кислот та фульвокислот є важливим показником: коли воно стає меншим 1, то родючість ґрунту знижується внаслідок виносу рухомих фульвокислот з верхнього шару ґрунту (С_ГК/С_ФК < 1), а якшо більшим 1, то родючість є нормальна (С_ГК/С_ФК > 1).

Усі процеси в ґрунті відбуваються за участі води. Вона становить необхідну умову життя рослин. Вода в ґрунті разом із речовинами, що в ній перебувають, утворює ґрунтовий розчин, із якого рослини здатні отримувати необхідні елементи живлення. Проте ґрунтовий розчин може бути небезпечний для рослин. Якщо у водній витяжці ґрунту кількість розчинених солей на 100 г ґрунту сягає 0,25–0,3 %, то йдеться про імовірне його засолення. Особливо небезпечні в складі водної витяжки катіони Na⁺, K⁺ та аніони – карбонати, гідрокарбонати, хлориди і сульфати (СО₃^–, НСО₃^–, Cl^–, SO₄^2–). У сполученнях вони здатні утворювати отруйні для рослин солі – гідрокарбонати, карбонати та хлориди калію й натрію, меншою мірою – хлорид магнію та сульфати натрію і калію. Доброю ознакою є те, що сумарний вміст Na⁺ та K⁺ не перевищує сумарного вмісту Са²⁺ і Mg²⁺.
У противному разі необхідна хімічна та фізична рекультивація земель. Несприятливий також уміст у водній витяжці лучних та болотних ґрунтів іонів А1³⁺ та Fe³⁺, що є токсичні для більшості рослин, переважно з глибокою кореневою системою. За суми сухого залишку понад 0,25 % виникає необхідність аналізу поглинутих основ, що входять у ґрунтово-поглинальний комплекс, для розробки відповідних заходів з хімічної меліорації. Сукупність органічних та мінеральних колоїдних частинок ґрунту (гумусові речовини, глинисті мінерали й гідроксиди заліза та алюмінію), що бере участь в обмінному поглинанні катіонів, називають ґрунтово-поглинальним комплексом. Ознакою засолення є також наявність у водній витяжці високих концентрацій іона Na⁺, меншою мірою – іона K⁺. Переважання Са²⁺ у витяжці свідчить про незасоленість ґрунтів, але при цьому можлива висока алкілованість, небажана для деяких рослин (верескові та ін.). У нормі сумарний вміст Na⁺ та K⁺ не повинен переважати сумарного вмісту Са²⁺ та Mg²⁺ у мілімоль-еквівалентах.

Залежно від вмісту солей у ґрунті в ході даного аналізу виділяють несолонцюваті ґрунти (менше 3–5 % Na⁺), слабкосолонцюваті (5–10 %), солонцюваті (10–20 %) та сильнозасолені ґрунти (більше 20 %). За рівнем залягання засоленого горизонту виділяють кіркові солонці (горизонт засолення – на глибині 7 см), середньостовпчасті (7–15 см), глибокостовпчасті (понад 15 см). Солончаки визначають за глибиною залягання максимального вмісту солей: слабкосолончакуваті (більше 0,25 % солей на глибині 80–150 см); солончакуваті (понад 0,25 % солей на глибині 30–80 см); солончакові (понад 0,25 % солей на глибині 5–30 см); солончаки (більше 1 % солей у верхньому шарі).

Типи засолення за складом аніонів такі: сульфатне; содове (карбонатне й гідрокарбонатне); хлоридне; змішаного типу (сульфатно-содове, хлоридно-сульфатне, сульфатно-хлоридне).

Поглинуті основи або катіони. У природному стані ґрунти містять певну кількість поглинутих катіонів у ґрунтово-поглинальному комплексі (Са²⁺ , Mg²⁺ , Н⁺, А1³⁺ , Na⁺, K⁺ , NH₄⁺). Ці катіони можуть обмінюватися на інші, які є в розчині. Обмін катіонами між розчином і ґрунтово-поглинальним комплексом відбувається в строго еквівалентних кількостях. Загальна кількість основ Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, К⁺, NH₄⁺ становить суму поглинутих основ, і їх кількість відповідає ємності поглинання. Цю величину виражають у мілімоль-еквівалентах на 100 г ґрунту. Сумарну кількість усіх обмінних катіонів називають ємністю поглинання і також виражають у мілімоль-еквівалентах на 100 г ґрунту. Несприятлива є наявність серед складу ґрунтово-поглинального комплексу (за результатами аналізу сольової витяжки ґрунту) катіонів Na⁺ (засолення), Н⁺ (опідзолення), А1³⁺ та Fe³⁺ (оглеєння). Проте чим більша валентність катіона, тим слабкіше він витісняється з ґрунтово-поглинального комплексу, окрім іона водню, що завжди домінує. Для Na⁺ порогове значення в ґрунтово-поглинальному комплексі – 0,6 %. Якщо в ґрунтово-поглинальному комплексі є Н⁺ і А1³⁺, то досліджують гідролітичну кислотність, величину яку також виражають у мілімоль-еквівалентах на 100 г ґрунту. Відношення суми поглинутих основ до величини суми поглинутих основ та гідролітичної кислотності, виражене у відсотках, називають ступенем насиченості ґрунту основами або насиченістю. За величиною ступеня насиченості ґрунту основами вирішують питання стосовно необхідності вапнування або гіпсування, потрібної кількості вапна та щодо форм внесення мінеральних добрив.

У сольовій витяжці вивчають також потенційну кислотність ґрунту, або рН (КСl) сольове. Цей показник враховує, крім того, протони Н⁺, наявні у зв’язаному стані в ґрунтово-поглинальному комплексі. Залежно від величини pH (KCl) розрізняють такі рівні кислотності ґрунту: до 4 – дуже сильнокислий; 4,1–4,5 – сильнокислий; 4,6–5,0 – середньокислий; 5,1–5,5 – слабкокислий; 5,6–6,0 – близький до нейтраль­ного; 6,0 – нейтральний.

Дата добавления: 2015-05-26