Кауричев И.С., Гречин И.П. (ред.) Почвоведение

Подождите немного. Документ загружается.

где ./?—универсальная газовая постоянная, в джоулях;

—

абсолютная температура, в градусах;

—

число Фарадея, в кулонах;

—

число зарядов, переносимых одной частицей

(ионом);

[окисл.] и [восст.]

—

концентрация окислителей и восстановителей

данной системы.

Как видно из уравнения, чем выше концентрация окислителя, тем

выше потенциал. Если активные концентрации окислителя и восстано-

вителя равны, то отношение

|окисл

-- =

и тогда Е

в= Е

[восст.]

Потенциал системы, в которой активность окислителя и восстано-

вителя одинаковы и равны единице, называется нормальным потенциа-

лом окислительно-восстановительной системы.

Окислительно-восстановительный потенциал по отношению к во-

дороду называют Eh.

Изменение потенциала вычисляют к условно выбранному стандарт-

ному электроду; в электрохимии таким принят водородный электрод.

Потенциал стандартного нормального водородного электрода (водород-

ного электрода, насыщенного при давлении в 1 атм. газообразным во-

дородом и находящегося в равновесии с раствором, активность водо-

родных ионов которого равна единице) условно считают равным нулю.

Величина и знак потенциала любого электрода, применяемого при

определении окислительно-восстановительного потенциала системы, оп-

ределяется по сравнению с водородным электродом. Так, например, по-

тенциал насыщенного каломельного электрода, наиболее часто упот-

ребляемого в качестве электрода сравнения при измерении ОВ-потен-

циала почв, равен по отношению к нормальному водородному электро-

ду + 250 мв при 18°.

По отношению к нормальному водородному электроду форму-

ла (2) после подстановки числовых значений R, Т и F и замены нату- -

ральных логарифмов десятичными приобретает следующее выражение

(для температуры 18°):

= 0,029 lg М! вольт. (3)

[Н

]

При количественной характеристике окислительно-восстановитель-

ного состояния почвы через Eh величину ОВ-потенциала выражают в

милливольтах

Напряженность окислительно-восстановительных процессов в поч-

вах в определенной мере связана с условиями реакции среды, с вели-

чиной рН: реакция среды влияет на интенсивность и направленность

микробиологических процессов; от величины рН зависит переход в рас-

твор компонентов некоторых окислительно-восстановительных систем

почвы и т. п.

Для получения сравнимых данных по окислительно-восстановитель-

ным условиям в средах с различной величиной рН Кларк предложил

ввести показатель г#2, который представляет собой отрицательный

логарифм давления концентрации молекулярного водорода и вычисля-

ется по формуле:

гН,

= -Ц- + 2рН. (4)

190

Вл.

t'FeO,M?/f№

почвы

хЗО

Y Y ~Ш Ш Ж

(1 декада) {3 декада)

Сроки

определения,

месяцы

—'- Влажность,'/, ——.—./^

Рис.

28. Динамика влажности, температуры, rhb и FeO

в пахотном слое дерново-подзолистых почв:

—

избыточного поверхностного увлажнения (глееватая);

—

нормального увлажнения.

Таким образом, количественная характеристика окислительно-вос-

становительного состояния почвы может быть выражена через Eh в

милливольтах и через условную величину г#

- Величина г#2 выше

28 характеризует преобладание окислительных процессов. Для восста-

новительных процессов в почвах характерна величина гН

ниже 27

(22—25);

при интенсивном развитии восстановительных процессов ве-

личина гН

падает ниже 20. Измерение ОВ-потенциала в почвах про-

водят платиновыми электродами. В качестве электрода сравнения ис-

пользуют каломельный электрод. Наилучшие результаты получаются

при непосредственном измерении в поле. При изучении ОВ-потенциала

в динамике желательно иметь стационарно установленные по профилю

почв электроды.

Конкретное проявление окислительно-восстановительных процессов

в почве зависит от генетических свойств ее и от состояния водно-воз-

душного и температурного режимов, тесно связанных с гидротермиче-

скими условиями годичного цикла развития почвы.

Поэтому различные почвы характеризуются своими особенностями

в развитии окислительно-восстановительных процессов, в то же время

все почвы имеют определенную сезонную динамику проявления этих

процессов.

В подзолистых и дерново-подзолистых почвах нормального увлаж-

нения величины ОВ-потенциала колеблются в пределах 550—750 мв, в

черноземах

—

400—600 мв, в сероземах

—

350—450 мв. Наиболее низ-

кими потенциалами характеризуются длительно затопляемые почвы ри-

совых полей, а также болотные почвы. При снижении величины Eh до

200 мв и ниже наблюдается интенсивное развитие восстановительных

процессов с типичными признаками глееобразования. Почвы нормаль-

ного увлажнения характеризуются относительно выровненной величи-

ной ОВ-потенциала в течение вегетационного периода, хотя некоторое

снижение и наблюдается в периоды повышенного увлажнения почв

и наиболее интенсивного развития микробиологических процессов.

191

Наиболее контрастной динамикой окислительно-восстановительных

процессов характеризуются почвы с явлениями временного избыточно-

го увлажнения. Такие почвы широко распространены среди почв под-

золистого и дерново-подзолистого типов, среди солодей, солонцов и

других почв.

На рисунке 28 дано сопоставление динамики ОВ-состояния дерно-

во-подзолистой почвы нормального увлажнения и дерново-подзолистой

глееватой почвы с явлениями сезонного поверхностного избыточного

увлажнения. В почвах нормального увлажнения величина гН

на про-

тяжении всего вегетационного периода существенно не изменяется и

характеризует господство в почве окислительных процессов. В такой

почве не образуется заметного количества закисного железа. В почве

же с временным избыточным увлажнением в весенний период наблю-

дается устойчивое развитие восстановительных процессов, о чем свиде-

тельствуют низкие величины г#

и образование значительных количеств

закисного железа.

Наиболее изменчивы показатели ОВ-потенциала в верхних, обога-

щенных органическим веществом горизонтах, где наблюдается наиболь-

шее колебание в увлажнении почвы и более интенсивно развиваются

микробиологические процессы. Нижние, бедные органическим веще-

ством горизонты, где слабо развиты микробиологические процессы и

поэтому нет интенсивного расхода кислорода, обычно характеризу-

ются и более высокими показателями потенциала.

В заболоченных почвах профильный ход кривой потенциала ха-

рактеризуется более низкими его величинами в нижних, постоянно пере-

увлажненных горизонтах. Окислительно-восстановительные условия ока-

зывают большое влияние на развитие почвообразовательного процесса

и плодородие почв.

С окислительно-восстановительными процессами тесно связаны пре-

вращение растительных остатков, темпы накопления и состав образую-

щихся органических веществ, а следовательно, и формирование про-

филя почв.

Избыточное увлажнение и низкие значения ОВ-потенциала способ-

ствуют замедленному разложению растительных остатков, образованию

наиболее подвижных и активных форм органических веществ, транс-

формации гуминовых кислот в фульвокислоты. С развитием окислитель-

но-восстановительных процессов связано также превращение соедине-

ний азота, серы, фосфора, железа, марганца и ряда других элементов

в почвах.

Оптимальными условиями для процессов нитрификации являются

£•/1

= 350—500 мв, при резком падении потенциала развиваются про-

цессы денитрификации.

Снижение потенциала до 200—250 мв, а в грубогумусовых подзо-

листых почвах и до 350—400 мв приводит к образованию заметных

количеств закисного железа и подвижных форм Мп

Периодическое возникновение в почве восстановительных процес-

сов в сочетании с промывным водным режимом способствует интенсив-

ному разрушению почвенных минералов и элюированию продуктов раз-

рушения. Особенно энергично при этом вымывается железо..

Поскольку отдельные участки одних и тех же генетических гори-

зонтов почв могут иметь разную степень увлажнения, неодинаковые

условия аэрации и различную .интенсивность микробиологических про-

цессов, то естественно, что в почвах существуют микрозоны с различ-

ными величинами Eh.

Знание величины ОВ-потенциала почв позволяет судить об общей

направленности окислительно-восстановительных процессов и опреде-

лять необходимость применения мероприятий по регулированию окис-

лительно-восстановительного режима почвы.

192

ГЛАВА XIV

ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ

(

С давних времен при использовании почвы человек оце-

нивал ее прежде всего с точки зрения способности производить урожай

растений. Поэтому понятие о плодородии почвы по существу было из-

вестно еще до оформления почвоведения как науки.

Развитие учения о плодородии почвы тесно связано с именем

В.

Р. Вильямса. Он детально исследовал формирование и развитие

плодородия почвы в ходе природного почвообразования, рассмотрел

условия проявления плодородия в зависимости от ряда свойств почвы,

а также сформулировал основные положения об общих принципах по-

вышения плодородия почв в условиях их использования в сельскохо-

зяйственном производстве.

Как уже отмечалось, под плодородием следует понимать способ-

ность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания,

воде,

обеспечивать их корневые системы достаточным количеством воз-

духа и тепла для нормальной деятельности.

Плодородие является существенным качественным свойством поч-

вы,

отличающим ее от горной породы. Почва и ее плодородие нераз-

рывны.

Формирование и развитие плодородия неразрывно связаны с поч-

вообразованием, с жизнедеятельностью растений, поселяющихся на

почвообразующей породе.

Малый биологический круговорот веществ, лежащий в основе поч-

вообразования, является причиной возникновения, развития и поддер-

жания плодородия почвы. В результате малого биологического круго-

ворота веществ элементы питания растений удерживаются от вовлече-

ния их в большой геологический круговорот и остаются в сфере почво-

образования. Происходит постепенная аккумуляция в верхнем слое

формирующейся почвы зольных элементов питания растений и азота.

При этом важнейшее значение в концентрации элементов питания

имеют гумусовые вещества, как новый сложный продукт почвообразо-

вания.

По мере развития корневых систем растений и накопления гумуса

изменяются важнейшие физические свойства породы, постепенно улуч-

шается способность формирующейся почвы обеспечивать растения вла-

гой,

а также другими условиями роста и развития их корневых систем

(тепло, воздух).

Таким образом, плодородие почвы является результатом развития

природного почвообразовательного процесса. Поэтому каждой почве

присуще природное, или естественное, плодородие. Оно зависит от

природных качеств почвы и может быть охарактеризовано потенциаль-

ными запасами элементов питания, количеством их легкодоступных

растениям форм, содержанием гумуса и его составом, мощностью гу-

мусовых горизонтов, механическим составом почвы, интенсивностью

13 Почвоведение

193

микробиологических процессов, особенностями водно-воздушного, соле-

вого и других режимов почвы, ее реакцией и т. д.

Сопоставление этих показателей позволяет судить о сравнительном

плодородии различных почв.

Плодородная почва содержит достаточное количество легкодоступ-

ных для растений элементов питания, обеспечивает растения в течение

всего периода их роста влагой, имеет хорошие физические свойства,

способствующие развитию мощной корневой системы и нормальному

воздухообмену в корнеобитаемом слое, характеризуется благоприятной

реакцией для растений и микроорганизмов, не содержит вредных и

ядовитых веществ.

Развитие природного плодородия тесно связано с характером про-

израстающей растительности — конкретным проявлением почвообразо-

вательного процесса. Так, в таежно-лесной зоне в поймах рек, куда

ежегодно приносится богатый элементами питания наилок и где разви-

вается роскошная луговая растительность, формируются пойменные

дерновые почвы с высоким естественным плодородием. Под хвойными

лесами в этой зоне формируются подзолистые почвы с низким природ-

ным плодородием.

По мере развития почвообразовательного процесса и изменения

свойств почвы изменяется и ее природное плодородие.

Как только почву распахивают и она становится средством произ-

водства, ее природное плодородие проявляется уже в форме урожая

сельскохозяйственных растений. Этот вид плодородия Маркс выделил

как эффективное плодородие почвы. Эффективное плодородие зависит

не только от уровня природного плодородия данной почвы, но и в

большой степени от условий использования почвы в производстве.

Маркс в этой связи писал: «...отчасти от развития земледельческой хи-

мии, отчасти — земледельческой механики зависит, в какой степени на

земельных участках одинакового естественного плодородия последнее

может быть действительно использовано. Поэтому, хотя плодородие

и является объективным свойством почвы, экономически оно все же

постоянно подразумевает известное отношение

—

отношение к данному

уровню развития земледельческой химии и механики, а потому и изме-

няется вместе с этим уровнем развития» *.

«...С развитием естественных наук и агрономии изменяется и пло-

дородие земли, так как изменяются средства, при помощи которых эле-

менты почвы делаются пригодными для немедленного использова-

ния» **.

В результате обработки почвы, применения удобрений, мелиора-

тивных приемов ее природное плодородие существенно изменяется, по

существу искусственно создается. Поэтому следует различать наряду

с естественным, или природным, плодородием искусственное плодородие

почвы. Естественное и искусственное плодородие неразрывно связаны

между собой и зависят в определенной мере друг от друга. Так, на-

пример, эффективность одних и тех же удобрений в одинаковых дозах

под одну и ту же культуру будет зависеть от уровня природного пло-

дородия почв: запасов и форм элементов питания, водно-воздушного

режима, реакции и т. д.

Мобилизация элементов питания одной и той же почвы, то есть

проявление ее природного плодородия, во многом зависит от условий

ее использования и, в частности, от применения таких приемов обра-

ботки, которые способствуют активной мобилизации потенциальных за-

пасов элементов питания растений.

* К. Маркс. Капитал, т. III, ч. 2, 1955, стр. 664.

Т а м

же, стр. 783.

194

В условиях сельскохозяйственного производства эффективное пло-

дородие представляет собой суммарное выражение естественного и ис-

кусственного плодородия почвы. Важнейшей особенностью почвы как

основного средства производства является то, что она при правильном

ее использовании непрерывно улучшается

—

ее плодородие в резуль-

тате правильной агротехники, применения удобрений и других приемов

не снижается, а возрастает.

«Земля, напротив, постоянно улучшается, если правильно обра-

щаться с нею» (Маркс) *.

«Производительная сила, находящаяся в распоряжении человечест-

ва, беспредельна», — писал Энгельс. «Урожайность земли может быть

бесконечно повышена приложением капитала, труда и науки» **.

Эффективное плодородие почвы тесно связано с характером обще-

ственно-экономических отношений.

«...плодородие вовсе не в такой степени является естественным ка-

чеством почвы, как это может показаться: оно тесно связано с совре-

менными общественными отношениями»***.

В условиях капиталистических отношений хищническое использо-

вание почв приводит к ограблению ее природного плодородия, к ката-

строфическому развитию эрозионных процессов.

В социалистическом обществе, где земля является всенародным до-

стоянием, созданы все объективные условия для непрерывного повыше-

ния плодородия почв.

Растение для своего роста и развития требует определенных усло-

вий. Эти условия, или факторы жизни растений, следующие: свет,

тепло, влага, элементы питания. Почва как среда обитания растений

обеспечивает их потребность в зольных элементах питания и азоте,

влаге, реакции среды, определенном температурном режиме и кисло-

роде воздуха для дыхания корневых систем. Все факторы жизни расте-

ний равнозначны, то есть они жизненно необходимы растению. Ни

один из факторов жизни растений не может быть заменен никаким

другим. Поэтому проявление эффективного плодородия почвы зависит

от того, насколько данная почва способна обеспечивать растение всеми

необходимыми условиями в максимально потребных количествах.

Из этих положений вытекает чрезвычайно важный вывод, сформу-

лированный В. Р. Вильямсом: в целях повышения плодородия почвы

и получения высоких и устойчивых урожаев необходимо одновременно

воздействовать на все факторы жизни и роста растений. При этом чрез-

вычайно важно выявить ведущий фактор (или группу факторов), воз-

действие на который стимулирует и максимальную эффективность

остальных факторов. Например, в засушливых зонах ведущим факто-

ром выступает обеспечение растений водой. Поэтому важнейшее зна-

чение в этих зонах приобретают мероприятия по накоплению и мак-

симально продуктивному расходованию влаги. Улучшение снабжения

растений водой обеспечивает и максимальный эффект от применения

удобрений, лучшее усвоение элементов питания, мобилизующихся са-

мой почвой.

В таежно-лесной зоне такими факторами прежде всего являются

условия питательного режима и реакции почвы. Поэтому здесь особое

значение приобретает правильное и систематическое применение удоб-

рений и известкование почв. Для почв с явлениями избыточного увлаж-

нения на первое место выступают приемы регулирования их водно-воз-

душного режима. И только на фоне этих мероприятий в максимальной

* К. М а р к с. «Капитал», т. III, ч. 2, 1955, стр. 794.

**К. Маркс и Ф. Энгельс. Наброски к критике политической экономии.

Соч., т. I, 1955, стр. 563.

*** К. Маркс и Ф. Энгельс. Нищета философии. Соч., т. 4, 1955, стр. 175.

13*

195

степени для таких почв может проявиться применение удобрений и дру-

гих приемов повышения плодородия почв.

В зоне орошаемого земледелия важнейшее значение имеет правиль-

ная организация орошения, исключающая возможность заболачивания

и вторичного засоления почв.

Таким образом, требование одновременного воздействия на все

факторы, определяющие урожай растений, обязательно предопределяет

дифференцированные приемы повышения плодородия почв в различ-

ных зонах, не допускает шаблона в агротехнике и обязывает агронома

творчески подходить к решению конкретных практических вопросов ра-

ционального использования почв и повышения их плодородия.

В этой связи важное значение приобретают разносторонние ма-

териалы почвенно-агрономических исследований: почвенные карты, кар-

тограммы содержания доступных растениям элементов питания

—

фос-

фора, калия, азота; картограммы кислотности, засоленности, эродиро-

ванное™, заболоченности почв и др. Умение агронома правильно и

наиболее полно использовать эти материалы значительно способствует

успешному решению важнейшей задачи земледелия — повышения пло-

дородия почв.

Одностороннее воздействие на какой-либо один из факторов жиз-

ни растений, без изменения других в желаемом направлении, приводит

к постепенному уменьшению эффекта от такого воздействия, а при оп-

ределенных условиях может вызвать и снижение урожая. Примером

в этом отношении могут служить данные вегетационного опыта немец-

кого физиолога Гельригеля по изучению влияния влажности почвы на

урожай овса (табл. 81).

ТАБЛИЦА 81

Результаты опыта Гельригеля

Влажность почвы

Урожайность при влажности почвы в % от полной

ее влагоемкости

20 30 40 80

100

Урожай, в дг/сосуд

Прибавка урожая на каждые

10%

влаги

| 63 ! 146 | 190 | 217 I 227 | 197 | 0

124 83 44 27 50 —15 —98

Как видно из таблицы, каждое последующее увеличение влажно-

сти почвы на 10% вызывало уменьшающуюся прибавку урожая, а при

влажности более 60% полной влагоемкости урожаи стали снижаться.

Одностороннее воздействие на один фактор (воду) на определен-

ном этапе привело к ухудшению снабжения корней растений кислоро-

дом, что и сказалось на снижении урожая, а при увлажнении, равном

полной влагоемкости, привело к гибели растений.

Уменьшение эффекта от прибавки последующего равновеликого

количества фактора буржуазные ученые считают «законом убывающе-

го плодородия почв». «Закон убывающего плодородия почв» впервые

(XVIII в.) был сформулирован французским экономистом Тюрго и в

общей форме гласит, что каждое добавочное вложение труда в землю

сопровождается не соответствующей, а уменьшающейся прибавкой ко-

личества добываемого продукта. Несостоятельность этого лжезакона

доказал В. И. Ленин: «закон убывающего плодородия почвы» вовсе не-

применим к тем случаям, когда техника прогрессирует, когда способы

производства преобразуются; он имеет лишь весьма относительное и

условное применение к тем случаям, когда техника остается неизмен-

ной» *.

* В. И. Ленин. Полное собрание сочинений, изд. V, т. 5, стр. 102.

196

На рисунке 29 приведен анализ результатов опыта немецкого уче-

ного Вольни. В этом опыте изучалось влияние на урожай яровой ржи

трех факторов

—

влаги, света и удобрения.

Диалектический анализ результатов опыта Вольни, проведенный

В.

Р. Вильямсом, наглядно иллюстрирует несостоятельность «закона

убывающего плодородия почвы». При одновременном количественном

увеличении всех трех факторов прибавки в урожае не уменьшаются,

а возрастают. Это наглядно видно на рисунке по расположению ли-

нии, соединяющей показатели урожая при увлажнении 60% полной

влагоемкости и применения удобрений по вариантам с различной сте-

пенью освещения: 223 дг/сосуд, 350 дг/сосуд и 589 дг/сосуд.

Направленное воздействие на все факторы жизни растений с при-

менением достижений науки и техники обеспечивает непрерывное воз-

растание урожая в соответствии с прибавками факторов.

Наука и практика выработали широкий комплекс приемов воздей-

ствия на свойства почвы, обеспечивающий регулирование условий пи-

тательного, водного, теплового и солевого режимов почвы и ее реакций,

то есть таких свойств почвы, которые определяют обеспечение растений

в необходимых количествах факторами их жизни и роста.

Основные приемы повышения эффективного плодородия почв и

максимального использования ее естественного плодородия связаны с

рациональным применением органических и минеральных удобрений,

известкованием и гипсованием почв, системой их обработки, орошением

и осушением, травосеянием, созданием полезащитных лесных полос,

введением правильных севооборотов, мероприятиями по борьбе с эро-

зией и возделыванием наиболее уро-

жайных сортов растений.

Конкретный характер приемов в

системе этих мероприятий определяется

особенностями почвенных условий хо-

зяйства и требованиями возделывае-

мых культур.

Более подробное освещение этих

вопросов дается ниже, в разделах

сельскохозяйственного ис-

пользования почв отдельных

зон,

и детально рассматри-

вается в курсах специальных

дисциплин—агрохимии, зем-

леделия, сельскохозяйствен-

ной мелиорации и др.'

Удобренный

S39

Влажность20 W 6020 W 6020 40 60

Освещение: Слабое Среднее Сильное

Рис.

29. График непрерывного повышения урожая при одновре-

менном воздействии на свет, воду и пищу (числа на графике —

дг урожая) (опыт Вольни).

197

Многие совхозы и колхозы, широко используя достижения науки

и передового опыта, добились больших успехов в повышении эффектив-

ного плодородия почв.

Так, например, в 1965 г. средний урожай пшеницы в Краснодарском

крае составил 25,6 ц с 1 га, озимой пшеницы в юго-западных областях

Украины

—

25,3 ц.

В Узбекской ССР средний урожай хлопчатника составил в 1965 г.

24,1 ц с

га, в Таджикской ССР — 26,7 ц.

В 1966 г. средний урожай зерновых культур в Эстонской ССР был

равен 22 ц с 1 га. Достижения отдельных хозяйств в рациональном ис-

пользовании почвенных богатств и повышении плодородия почв еще

значительнее.

Решениями партии намечена грандиозная программа дальнейшей

интенсификации сельского хозяйства на основе широкого развития меха-

низации и электрификации, химизации и мелиорации почв. Реализация

этой программы создаст широкие возможности для повышения плодо-

родия почв нашей страны.

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

шш1юттттш1ттттвтшштвщттгтщ*штт**

ихи

ГЕНЕЗИС, КЛАССИФИКАЦИЯ,

ГЕОГРАФИЯ

И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВ