10. Структура почвы

Морфология почвы. Механические элементы почвы могут быть разъединены друг с другом или объединены в структурные отдельности (агрегаты, комки) различной формы и размера. Способность почвы распадаться на отдельности или агрегаты называется структурностью. Необходимо различать понятие о структуре как характерном морфологическом признаке почвы от понятия структуры в агрономическом смысле.

В морфолого-генетическом плане понятие структуры включает размеры, форму и организацию твердых компонентов почвы и пор между ними. Поскольку структура почвы зависит от характера почвообразования, отдельным типам и генетическим горизонтам почвы соответствует определенная структура. Структурные отдельности подразделяются на три основных типа: кубо-, призмо- и плитовидный. Важное значение для характеристики структуры имеет также размер отдельностей. Классификация структурных элементов почвы, согласно С.А. Захарову, представлена в табл.12 и на рис.12.

Таблица 12

Морфологическая классификация структур почв (по с.А. Захарову)

Структура		Характеристика	Поперечный размер отдельностей, см
Тип	Наименование
Кубовидный	Глыбистая	Грани и ребра плохо выражены	> 5
	Комковатая		0,05-5,0
	Ореховатая	Грани и ребра хорошо выражены	0,7-2,0
	Зернистая		0,05-0,7
	Пылеватая		0,005
Призмовидный	Столбчатая	Гладкие боковые грани, округлая верхняя поверхность	3-5 и более
	Призматическая	Гладкие, часто глянцеватые грани и острые ребра	1-5
Плитовидный	Плитчатая	Отдельности представлены тонкими плиточками различной плотности и окраски	3-5
	Пластинчатая	Тонкие, не выдержанные по простиранию пластиночки, более тонкие к краям	1-3
	Листоватая		< 0,1

С агрономической точки зрения, согласно Н.А. Качинскому, почвенная структура представляет собой совокупность агрегатов различной величины, формы, порозности, механической прочности, водопрочности и качественного состава. Механические элементы, взаимоудерживающиеся в силу коагуляции коллоидов, склеивания, слипания их в результате сил Ван-дер-Ваальса, остаточных валентностей и водородных связей, адсорбционных и капиллярных явлений в жидкой фазе, а также с помощью корневых тяжей и гифов грибов рассматриваются как агрегаты или структурные отдельности. По И.С. Кауричеву, почва считается структурной, если в ее составе доля комковато-зернистых агрегатов размером от 10 до 0,25 мм составляет более 55 %.

Агрономическое значение структуры. Агрономически наиболее ценными считаются микроагрегаты размером 0,25-10 мм, обладающие высокой пористостью (более 45 %), механической прочностью и водопрочностью. Структура почвы может быть хорошо или слабо выраженной в зависимости от механического состава, возраста и интенсивности почвообразования. В песчаных и супесчаных почвах механические элементы обычно находятся в раздельно-частичном состоянии; суглинистые и глинистые почвы могут быть структурными и бесструктурными.

В структурных почвах благоприятно сочетаются капиллярная (внутри комка) и некапиллярная (между и внутри агрегатов) пористость (рис.13). Воздух содержится между агрегатами и в порах аэрации внутри комка. Наличие некапиллярных пор предохраняет почву от испарения влаги с по­верхности. Хороший воздухооб­мен способствует развитию окис­лительных и микробиологических процессов, благоприятному пита­тельному режиму. Рыхлое сложе­ние почвы облегчает прорастание семян и распространение корней растений. Кроме того, энергети­ческие затраты на механическую обработку такой почвы сущест­венно ниже.

В бесструктурных почвах механические элементы лежат плотно, поэтому в них основную роль играют капиллярные поры. Вода поглощается медленно, значительная часть ее может теряться вследствие поверхностного стока и испарения. При избыточном увлажнении все промежутки заполнены водой, воздух отсутствует, развиваются анаэробные процессы и неблагоприятный питательный режим, ухудшается развитие корней растений. Повышается удельное сопротивление при обработке.

Структура почв оказывает существенное влияние на физико-механические свойства (пористость, плотность, связность, удельное сопротивление при обработке) и режимы (водный, воздушный, тепловой, окислительно-восстановительный, микробиологический и питательный) и противоэрозионную устойчивость почв.

Образование структуры почвы. При формировании макроструктуры почвы под совокупным воздействием физико-механических, физико-химических, химических и биологических факторов происходит механическое разделение ее на агрегаты (комки) и образование прочных, не размываемых водой отдельностей.

Физико-механические (и физические) факторы обусловливают процесс крошения почвенной массы под влиянием давления или механического воздействия (переменное высушивание и увлажнение, замерзание и оттаивание воды в почве, нагревание и охлаждение, набухание и усыхание, давление корней растений, деятельность роющих животных и человека).

Промораживание способствует разрыхлению почвы, образованию агрегатов, но не создает водопрочности. Разрыхляющее воздействие промораживания на почву проявляется только при оптимально влажном состоянии (не более 90 % полной влагоемкости). При замерзании воды в переувлажненной почве структурные отдельности разрываются, и такая почва при оттаивании приобретает текучую консистенцию и обесструктуривается.

Благоприятно сказывается на структурообразовании обработка почвы в состоянии ее физической спелости. При обработке почвы в пересохшем состоянии она сильно распыляется, а при обработке в переувлажненном состоянии образуется глыбистая поверхность.

Физико-химические факторы (коагуляция и цементирующее воздействие почвенных коллоидов) способствуют скреплению механических элементов и микроагрегатов почвы коллоидными веществами, повышая водопрочность агрегатов. Необратимо коагулирующими элементами в почве являются двух- и трехвалентные катионы Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, которые могут образовывать прочные не размываемые водой структурные отдельности. При наличии одновалентных катионов (например, Na⁺) необратимой коагуляции не происходит и прочной структуры не образуется. Наиболее прочно скрепляющими веществами являются органические коллоиды, в частности гуматы кальция, которые в присутствии минералов глин (групп монтмориллонита и гидрослюды) и минералов гидрооксидов железа и алюминия образуют водопрочную структуру. Чем больше почва содержит глинистых частиц, тем прочнее ее структурные отдельности. Однако почвенные агрегаты, образующиеся при участии только минеральных коллоидов (без гумусовых веществ) не обладают водопрочностью. Образование водопрочных микроагрегатов может быть связано с различными причинами: в почвах степного и аридного почвообразования – с наличием гуматов кальция, карбонатностью почв; в более гумидных почвах – с присутствием полуторных оксидов.

Химические факторы способствуют образованию труднорастворимых химических соединений (углекислого кальция, гидроокиси железа, силикатов магния и др.), которые при пропитывании агрегатов почвы цементируют их, а также могут агрегировать и раздельно частичные механические элементы. Так, при временном избыточном увлажнении, когда в почве протекают восстановительные процессы, образуются водорастворимые формы закисного железа, пропитывающие почвенные агрегаты. Последующее подсыхание почвы вызывает развитие окислительных процессов, при которых подвижные формы закисного железа переходят в нерастворимые соединения окисного железа, цементируя и оструктуривая почвенные агрегаты. Однако при высокой водопрочности такие почвы имеют малую пористость (менее 40 %), так как часть объема пор постепенно заполняется гидратом оксида железа.

Биологические факторы – растительность и почвенные организмы играют основную роль в структурообразовании почв. Наиболее сильное оструктуривающее влияние оказывают многолетняя травянистая растительность, деятельность дождевых червей и микроорганизмов.

Многолетняя травянистая растительность обладает сильно разветвленной корневой системой, которая при разложении образует большое количество связанного с кальцием гумуса и при благоприятных условиях формирует хорошо оструктуренные почвы (луговые, лугово-черноземные, черноземы и др.).

Частички почвы, проходя через кишечный тракт дождевых червей, уплотняются и обогащаются биогенным кальцитом, приобретая высокую водопрочность. Коллоидные продукты жизнедеятельности и автолиза микроорганизмов являются цементирующими веществами в почве и способствуют структурообразованию.

С воздействием биологических факторов связана определенная сезонная возобновляемость структуры в почвах.

Структура почвы динамична, она разрушается и восстанавливается. Управление структурообразующими факторами позволяет поддерживать почву в состоянии, способствующем ее плодородию.