Глава 5: Содержание органического вещества и химические свойства почвы.

5.1. Органическое вещество почвы

Органическое вещество является непременной составляющей почвы. Оно находится в виде слаборазложившихся органических остатков лесной подстилки, торфа или в виде хорошо разложившегося, утратившего свою клеточную структуру перегноя или гумуса.

Гумус – это сложный комплекс органических веществ, находящихся в тесном взаимодействии с минеральной частью почвы, от которой его можно отделить только при химической обработке или прокаливании.

Основным и первичным источником органического вещества почвы является растительный опад. Отличительной чертой растительного опада на севере является несколько факторов: количество растительного опада (в основном иголки от хвойных пород), качество растительного опада (содержание смол, воска, клетчатки, дубильных веществ и других сложных органических соединений), суровый холодный климат. Количество растительного опада в северных почвах очень мало, т. к. опад хвойных деревьев и кустарничков очень мал. Качество растительного опада низкое, т. к. состоит из сложных органических соединений.

Распад исходных органических соединений – первый этап гумификации. Второй этап – синтез новых высокомолекулярных гумусовых соединений, не свойственных живым организмам.

Содержание гумуса в разных горизонтах различно, больше всего его в лесной подстилке из-за растительного опада. С глубиной количество гумуса резко уменьшается, т. к. источниками гумуса являются отметшие корни, микроорганизмы, дождевые черви и т. д., которых в глубине значительно меньше.

Качество и количество гумуса в северных почвах на много ниже, чем в черноземах. Все это в значительной мере сказывается на низком плодородии северных почв и на преобладающую растительность. Качество и количество гумуса можно регулировать агротехническими и лесоводственными приемами, к числу которых относятся: механическая обработка, внесение органических удобрений, травосеяние, известкование кислых и гипсование щелочных почв.

Схема изображающая строение гумуса представлена на рис. 5.1.1.

Рис.5.1.1- Состав гумуса (по Орлову, 1985г.)

Потерей при прокаливании (ППП) называют убыль в весе после прокаливания навески почвы до постоянного веса при температуре 900 °С. При прокаливании почва теряет органическое вещество, СО₂ карбонатов, гигроскопическую и химически связанную воду, адсорбированный газы и частично хлориды.

Существует три формы гумуса.

Мор – почти неразложившаяся или слаборазложившиеся остатки преимущественно растительного происхождения. К ним относятся: лесная подстилка, степной войлок, торф.

Модер – остатки глубокого преобразования представленные в виде однородной рыхлой черной массы –перегноя.

Муль – совокупность органического вещества, гумусовых веществ, которые цементируют и склеивают минеральные частицы почвы, образуя мульподобную форму гумуса.

Величину ППП (рис.5.1.2) используют для вычисления общего содержания минеральных веществ в почве, для вычисления химически связанной воды и для пересчета содержания элементов минеральной части почвы на прокаленную навеску.

Величину потери при прокаливании вычисляют по формуле:

%, ППП = А – В · 100 · К_В –,где

А – С

А – масса тигля с воздушно-сухой почвой, г;

В – масса тигля с прокаленным остатком, г;

С – масса тигля, Г;

К_в – коэффициент пересчета на абсолютно-сухую навеску;

ППП(А2g)=2,78

Рис.5.1.2-График величины ППП.

ППП лесной подстилки равна 6,36 % , потому что в ней находится много органогенных соединений, они при высокой температуре сгорают. В подзолистом горизонте ППП равна 1,01 %, потому что из него вымыты все органогенные и минеральные элементы и остается один кремнезем. Следующие горизонты обладают меньшей ППП, т. к. химические элементы уходят с грунтовыми водами. А в вмывном горизонте ППП увеличивается.

Углерод определяем методом мокрого сжигания по Тюрину. Метод И. В. Тюрина основан на учёте кислорода, необходимого для окисления органического вещества почвы раствором дихромата калия в серной кислоте.

Углерод лесной подстилки равен 45,8 % , потому что в ней находится много органогенных соединений, они при высокой температуре сгорают. В подзолистом горизонте углерод равен 0,50 %, потому что из него вымыты все органогенные элементы и остается один кремнезем. Далее содержание практически не меняется, только в ВС и С содержание углерода увеличивается за счет вмывания.

Рис. 5.1.3. Содержание углерода в почве.

5.2. Кислотность почвы.

Кислотность почвы – это способность почвы подкислять почвенный раствор или растворы солей вследствие наличия в составе почвы кислот, а также обменных ионов водорода и катионов, образующих при их вытеснении гидролитически кислые соли. Различают актуальную кислотность (рис.5.2.1) , определяемую значением рН почвенного раствора или водной вытяжки, и потенциальную кислотность, носителем которой являются ионы Н и Al³ , находящаяся в твердой фазе почвы в обменно-поглощенном состоянии, но подкисляющие почвенный раствор в результате обменных реакций при увеличении в нем концентрации электролитов.

По способу определения потенциальной кислотности различают обменную и гидролитическую кислотности.

Обменную кислотность (рис.5.2.1) определяют количеством титруемых ионов Н и Al³ в вытяжке, приготовленной с помощью раствора нейтральной соли – 1 н. KCl.

Гидролитическую кислотность определяют по методу Кеппена, титрованием кислоты в солевой вытяжке, приготовленной на основании ацетата натрия.

(ППК)Н + 2СН₃СООNa (ППК)Na +2CH₃COOH + 2H₂O

Н Na

Почвы кислые, потому что опад состоит из сложных органических соединений и при разложении грибами образуют фульвокислоты и органические кислоты (уксусная, муравьиная и др.). Кислотность почвы отрицательно влияет на условия произрастания растений. В особенности это относится ко многим культурным растениям. Однако и на продуктивность лесной растительности кислотность почвы нередко влияет отрицательно. Сущность влияния заключается, по-видимому, в том, что при более или менее сильнокислой реакции в почвенном растворе появляются ионы алюминия, а в некоторых случаях и марганца в таких концентрациях, которые оказываются вредными для растений.

Рис.5.2.1- График актуальной и обменной кислотности.

Активную кислотность почвы можно оценить по величине водородного показателя водной вытяжки из таблицы 5.2.1

Таблица 5.2.1- Кислотность почвенного раствора (активная)

по величине рН водной вытяжки.

Название реакции почвы	рН Н2О
сильнокислая	3-4
кислая	4-5
слабокислая	5-6
нейтральная	7
слабощелочная	7-8
щелочная	8-9
сильнощелочная	9-10

По графику видно изменение активной кислотности. Во всем профиле почва слабокислая или близка к кислой.

Обменная кислотность почвы можно оценить по величине водородного показателя солевой вытяжки из таблицы 5.2.2 По графику видно изменение обменной кислотности. В горизонте А0 почва сильнокислая и далее по горизонтам.

Таблица 5.2.2- Обменная кислотность почвы по величине рН солевой вытяжки

и потребность почвы в извести.

рН КСl	Название реакции почвы	Потребность в извести
 4,5	сильнокислая	сильная
4,6 –5,0	среднекислая	средняя
5,1 – 5,5	слабокислая	слабая
5,6 – 6,0	близкая к нейтральной	очень слабая
 6,0	нейтральная	отсутствует

Если сопоставить рН солевой и рН водной вытяжки, то из графика видно, что рН солевой сильнокислая, а рН водной вытяжки близка к кислой

Потребность нашей почвы в извести сильная, потому что почва кислая. Доза внесения извести для слоя почвы 0 – 35 см равна 5,63 т/га

Расчет внесения извести для слоя 0-35 см по pH солевой.

Таблица 5.2.3- Дозы извести в т/га СаСО₃ в зависимости от величины рН солевой вытяжки (при содержании гумуса до 3 %).

Механический состав почв	Величины рН солевой вытяжки
	< 4,5	4,6	4,8	5,0	5,2	5,4-5,5
Супесчаные почвы и легкие суглинки	5,0	4,5	4,0	3,5	3,0	2,5
Средние суглинки	6,0	5,5	5,0	4,5	4,0	3,5
Тяжелые суглинки	8,0	7,5	6,5	5,5	5,0	4,5

Рис.14.- График гидролитической кислотности.

Гидролитическая кислотность в почве изменяется так: в лесной подстилке 83,5 мг-экв/100г, в подзолистом горизонте 4,42 мг-экв/100г, в горизонте ВFe 5,74 мг-экв/100г, в горизонте В₂ 3,8 мг-экв/100г, в горизонте ВС 5,1 мг-экв/100г, в горизонте С 4,38 мг-экв/100г.

Анализируя гидролитическую кислотность можно отметить то, что в лесной подстилке эта кислотность больше чем в других горизонтах из-за повышенного содержания гумуса и растительного опада. В других горизонтах связано с подзолообразовательным процессом, т. к. все элементы вымываются проходя через горизонт А2 и немного задерживается в горизонте ВFe. А потом проходят с грунтовыми водами, поэтому величина кислотности изменяется не значительно.

Доза извести по гидролитической кислотности рассчитывается по формуле:

Д = 0,05 · Н_Г · Н · ОМ, где

Д – доза извести в расчете на СаСО₃, т/га;

Нг - гидролитическая кислотность, мг-экв/100г почвы

Н - мощность слоя, см;

ОМ - объемная масса почвы, г/см³;

0,05 – коэффициент для пересчета на СаСО₃.

Д = 0,05 · 3.8 · 35 · 1.4= 9,3 т/га.

Для большинства древесных пород нужны близкие к нейтральным почвы, поэтому вносят только 75% от дозы извести. Д= 6,9 т/га

Количество СаСО₃, приведенное в таблице по величине рН_KCl или рассчитанное по величине гидролитической кислотности, дано на полную нейтрализацию почвенной кислотности. Для сельскохозяйственных культур нужны слабокислые почвы. Поэтому вносят только 75 % от рассчитанной нормы.

Полученное количество СаСО₃ пересчитывают на дозы конкретных известковых материалов с помощью коэффициентов, приведенных в таблице 5.2.4

Таблица 5.2.4- Расчет нормы известкования при использовании

различных известковых материалов.

Известковые материалы	Коэффициент для перерасчета
Гашеная известь	0,75
Доломитовая мука	0,75
Мел	1
Известковые туфы	1,2
Мергель	2 - 2,5
Торфотуфы	2 - 9,0
Торфяная зола низинного Торфа	2 - 2,5
Торфяная зола верхового торфа	5 - 6,0
Дефекат	2 - 2,5

5.3. Поглотительная способность почвы .

Поглотительная способность – это способность почвы поглощать молекулы из почвенного раствора и почвенного воздуха. Теоретическое обоснование поглотительной способности дал К.К. Гедройц. Он установил, что поглотительная роль принадлежит илистым и пылеватым фракциям почвы.

Носителем поглотительной способности почв является почвенный поглощающий комплекс (ППК).

Гедройц выделил 5 типов поглотительной способности почвы:

1. Механическая поглотительная способность.

Способность почвы задерживать в своей толще частицы, размер которых крупнее, чем размер пор почвы – « принцип сита »

2.Биологическая поглотительная способность.

Поглощение веществ посредством растений, произрастающих на почве. Эта поглотительная способность обеспечивает малый биологический круговорот веществ в природе (П-Р-П).

Особенности этого поглощения:

А) Растения потребляют питательные вещества из нижних горизонтов почвы, закрепляют в надземной части и возвращают в качестве опада в верхнюю часть почвы ( в виде лесной подстилки, дернины), т. е. обеспечивают восходящий ток питательных веществ.

В) Потребляя питательные вещества из почвы растения создают новые соединения, которых не было в почве.

С) Избирательная способность растений.

3. Физическая поглотительная способность.

Это свойство почвы поглощать из почвенного раствора молекулы веществ. Оно заключается в притягивании молекул к поверхности почвенной частицы

4. Химическая поглотительная способность.

Это способность легко растворимых веществ почвенного раствора взаимодействовать и образовывать труднорастворимое соединение. Главная особенность – изменение химического состава почвенного раствора (внесение в почву минеральных соединений)

5.Физико-химическая поглотительная способность.

Это способность почвенных коллоидов притягивать к себе катионы из почвенного раствора и вступать с ними в обменные реакции на те катионы, которые уже были поглощены ранее.

1)S – сумма обменных оснований.

Она измеряется в мг-экв на 100г. Почвы. В состав поглощенных катионов входят: кальций, магний, водород, калий, натрий, железо, алюминий

Сумма поглощенных оснований вычисляется по формуле:

S =(А – В)*N*100*Kw/С

S – сумма поглощенных оснований на 100г почвы, мг-экв

В – количество 0.08Н NaOH, пошедший на титрование солянокислой вытяжки почвенного раствора, мл

А - количество 0.08Н NaOH, пошедший на холостое титрование, мл

N – нормальность раствора NaOH

С – количество почвы, соответствующее объему фильтрата, взятого для титрования, г

100 – коэффициент перерасчета на 100г почвы

Кв – коэффициент пересчета на показателей на абсолютно сухую навеску.

S=(28,3-26,8)*0,1*100*1,02/5=3,03 – для горизонта A₂

Свойства почвы во многом зависят от состава поглощенных оснований. Так, при наличии кальция почва обычно имеет прочную агрономически ценную структуру, натрий же ухудшает ее физические свойства, способствуя разрушению структуры. Поглощенные основания способны постепенно, по мере их вытеснения, опять переходить в почвенный раствор и таким образом наполнять его элементами питания растений.

Катионы водорода ухудшают химические и физические свойства почвы. Если количество ионов водорода превышает 10% суммы поглощенных катионов, то его роль становится отрицательной.

1. ЕКО – емкость катионного обмена, т е общее количество ионов, способных к обмену

ЕКО = S + H⁺ (мг-экв на 100г)

S – сумма поглощенных оснований на 100г почвы, мг-экв

H⁺ - гидролитическая кислотность, мг-экв на 100г почвы

Емкость поглощения зависит от содержания минеральных и органических коллоидов.

ЕКО = 7,0 + 6,2 =13,2

В природе почвы имеют разную емкость катионного обмена

1) Малая ЕКО – до 15 мг-экв на 100г почвы – песчаные, подзолистые, подзолисто-песчаные почвы

2) Средняя ЕКО – от 15 до 30 мг-экв на 100г почвы – хорошо окультуренные подзолистые почвы, серые лесные, каштановые)

3) Высокая ЕКО – более 30 мг-экв на 100г почвы – черноземы, культурные почвы

Рисунок 5.6 Изменение емкости катионного обмена

Анализируя график, замечаем, что самая большая емкость катионного обмена в верхнем горизонте, следовательно, в этой части профиля происходит биологическая аккумуляция органических коллоидов за счет гумусовых и минеральных веществ. Далее емкость поглощения резко уменьшается к горизонту А_д, достигая своего минимального значения в профиле . Здесь наблюдается процесс разрушения коллоидной части почвы, то есть емкость поглощения мала из-за обеднения гумусовыми и минеральными веществами этого горизонта, так как это горизонт вымывания, то благодаря промывному режиму почвы все вещества выносятся в нижний горизонт, в том числе коллоидные фракции. Небольшая емкость поглощения объясняется преобладанием здесь песчаной фракции, так как это подзолистый горизонт. Параллельно увеличению глинистой и коллоидной фракций, и уменьшению фракции песка наблюдается постепенное увеличение ЕКО к материнской породе. Увеличение емкости поглощения в иллювиальном горизонте объясняется скоплением здесь минеральных веществ (Fe, Al), вносимые из верхнего подзолистого горизонта. Таким образом, наименьшей емкостью поглощения в профиле обладает элювиальный горизонт, наибольшей – горизонт аккумулирования гумуса. Это связано с зависимостью емкости поглощения от количества минеральных веществ, гумуса и содержания глинистой фракции.

3) Степень насыщенности почвы основаниями

Это доля оснований от общей емкости поглощения. Она вычисляется по формуле:

V =S*100%/(S+H_г), V=39,4*100/68,5= 40,7%

В зависимости от содержания ионов водорода почвы подразделяются на 2 группы: насыщенные основаниями (V > 80%) и ненасыщенные основаниями

(V < 80%). Наш почва относится к ненасыщенным основаниям.

Рисунок 5.7 Изменение степени насыщенности почвы основаниями

К.К. Гедройц к насыщенным основаниями относил все южные почвы – черноземы, каштановые, сероземы. В поглощающем комплексе этих почв содержатся катионы кальция, магния и натрия. К почвам, не насыщенным основаниями относятся подзолистые, дерново-подзолистые, болотные, серые лесные и др почвы таежно-лесной и тундровой зон.

Степень насыщенности основаниями у нашей почвы составляет в среднем 50 %, следовательно, она относится к почве не насыщенной основаниями. В ней содержится значительное количество ионов водорода. Ионы водорода создают кислую реакцию и разрушают структуру почвы.

5.4. Содержание подвижных соединений фосфора и калия.

Фосфор занимает важное место среди элементов питания растений.

Он входит в состав многих органических соединений, без которых невозможна жизнь растений. Основной источник фосфора для растений – фосфаты. В основном фосфор аккумулируется в верхних горизонтах почвы.

В почве фосфор содержится в двух формах:

• В составе органических соединений – он становится доступным только после минерализации;

• Фосфор минеральных соединений – содержится в почве в виде фосфатов калия, кальция, натрия, магния, аммиака, железа, алюминия. В кислых почвах преобладают фосфаты железа и алюминия (они малодоступны), в черноземах – фосфаты кальция и магния (они легкодоступны). Эта форма фосфора преобладает в почве.

Недостаток его в первую очередь отрицательно сказывается на образовании плодовой части растений, а при крайнем недостатке фосфора приостанавливаются также рост стебля и листьев.

В почве фосфор находится в разнообразных соединениях, но легко усвояемой формой для растений является подвижная фосфорная кислота (Р₂О₅). По наличию ее в почве можно судить о потребности растений, произрастающих на данной почве, в фосфорных удобрениях.

Калий, наряду с азотом и фосфором, является одним из важнейших элементов почвенного питания растений. Он является регулятором углеводного и белкового обмена. Непосредственно в растительных клетках в наибольшем количестве калий обнаруживается в клеточном соке — в вакуолях.

Осуществляет важные физиологические функции в организме растений и потребляется в больших количествах. Особенно картофелем, корнеплодами, травами.

В почве калий содержится в 4 формах:

• Калий, входящий в состав первичных и вторичных минералов - недоступен;

• Поглощенный или обменный калий (в почвенном поглощающем комплексе) – это основной источник питания растений;

• Калий в виде растворенных солей в почвенном растворе – доступен, но его очень мало;

• Калий в составе органического вещества и тел микроорганизмов - содержится в очень малом количестве и значения для растения не имеет.

Для того чтобы оценить содержание в почве доступных форм калия и фосфора применяются методы:

• для калия – метод определения по Пейве.

• для фосфора – метод определения по Кирсанову.

Норму необходимого внесения удобрений рассчитывают исходя из обеспеченности почвы органическим веществом,

Рисунок 5.8 Изменение содержания подвижного Р и К (мг/100 г почвы)

Таблица 5.6 Группировка почв по обеспеченности усвояемыми формами питательных веществ

Степень обеспеченности	В мг на 100 г почвы
	Р2О по Кирсанову	К2О по Пейве
Очень низкая Низкая Средняя Повышенная Высокая Очень высокая	0-3,0 3,1-8,0 8,1-15,0 15,1-20,0 20,1-30,0 Более 30,0	0-4,0 4,1-5,0 5,1-7,0 7,1-10,0 10,1-14,0 Более 14,0

Из графика видно, что содержание К₂О в А₀ - среднее , А₂В –очень низкое. Это оценивается по таблице 5.6.

Из графика видно как изменяется содержание Р₂О₅ С – низкое, А₀ и А₂ – очень низкое.