07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Структура почвы
 25.06.2014

Почва может находиться в двух состояниях: либо в пылевидном раздельночастичном, либо в виде комочков, или агрегатов. В пылевидной почве все свойства распределяются во всех направлениях. При любом внешнем воздействии такая почва будет реагировать однотипно. Например, при увлажнении она разбухает равномерно во всех направлениях, становится недоступной для воздуха и воды. Такие почвы называются бесструктурными. Вследствие своих чисто физических и механических свойств, они не могут длительно сохранять воду, быстро высыхают, слабо аэрируются. Они мало благоприятны для роста растений и развития в них микрофлоры.
Структурная почва состоит из отдельностей, иначе агрегатов, или комочков различной величины, от 1 до 20 мм и более в диаметре. Залегают агрегаты в толще почвы более или менее рыхло, между ними имеются промежутки различных размеров и очертаний. Эти промежутки или поры обеспечивают проницаемость для воды и воздуха, а вместе с этим и доступность различных элементов питания для растений и микроорганизмов. В структурной почве уменьшается испарение влаги.
Структура почв имеет огромное значение. С увеличением структуры улучшаются физические свойства почвы — скважность, аэрация, водопроницаемость и пр. Сопоставляя эти свойства в оструктуренной и неоструктуренной почве на Долгопрудной опытной станции, Ремезов приводит следующие показатели:

Структура почвы

Как видно из приведенных цифр, в оструктуренной почве резко увеличивается капиллярная скважность, а вместе с этим повышаются и многие положительные свойства, обеспечивающие высокие урожаи растений и обильное развитие микроорганизмов.
Наибольшее значение придается той структуре, отдельности которой имеют от 1 до 10 мм в диаметре и длительно не размываются водой, т. е. являются водопрочными.
В каждом агрегированном комочке частицы почвы находятся в тесном взаимодействии, между ними действуют связи, совершенно отличные от существующих между агрегатами. Распределение воды, воздуха и различных элементов почвы внутри агрегата имеет другой характер, непохожий на распределение их между самими комочками.
Благодаря водопоглотительной и водоудерживающей способности, а также и другим свойствам оструктуренные почвы лучше обеспечивают растения необходимыми условиями для их роста и развития.
Основным условием образования структуры почв является наличие в них достаточного количества иловатых коллоидных частиц, а также органического вещества и других факторов, обеспечивающих развитие и жизнедеятельность микроорганизмов. Почвенные частицы склеиваются в комочки клеящим веществом, коллоидами — продуктами метаболизма микробного населения. Без клеящего вещества почвенные частицы не агрегируются, остаются в изолированном состоянии.
По данным Гедройца, образованию агрегатов предшествует соединение мельчайших элементарных частиц в микроагрегаты, которые могут быть разрушены только химическим путем.
При наличии коллоидов мелкие частицы почвы и микроагрегаты связываются между собой в простые, а простые в сложные комочки, или агрегаты. Эти комочки имеют разные размеры и форму. Между простыми комочками остаются промежутки, или поры, которые, как видно будет дальше, имеют огромное значение в жизни микроорганизмов. Склеивание почвенных частиц может быть прочным и непрочным. Прочно склеенные комочки собственно и определяют в значительной степени плодородие почв.
Условия образования структуры и факторы, ее определяющие, различны. Наибольшее значение придается органическому веществу и перегною. Влияние навоза, компостов и других органических удобрений на структурообразование почв общеизвестно. П.А. Костычев в эксперименте показал влияние органических веществ на процессы оструктуривания почв, отмечая при этом первостепенное значение микроорганизмов.
Структурообразование почвы тесно связано с растительным покровом. До недавнего времени считалось, что только травы значительно улучшают структуру почвы, тогда как древесные породы ее разрушают. Исследования последних лет показали, что лес тоже способствует образованию структуры почвы.
Так, Зонн приводит следующие данные по процентному содержанию водопрочных комочков в почвах с различным растительным покровом. На солонцах, степной поляне, водопрочных комочков содержалось 17%, а под лесом, дубняком, — 58%; на черноземах, распахиваемых 50 лет, — 17%, а под лесной полосой — 47 %.
Образование структуры почв давно было предметом исследований многих ученых. Первые попытки объяснить причины комковатости были предприняты биологами.
Научное объяснение данного процесса принадлежит русскому ученому П.А. Костычеву. В совершенстве владея методами микробиологического и физико-химического анализа почв, Костычев экспериментально доказал теснейшую связь микробиологических процессов разрушения органического вещества почвы с образованием структур. Он показал, что для склеивания в комочки почвенных частиц требуются вещества, играющие роль цемента. Таковыми являются продукты жизнедеятельности микробов, продукты распада растительных и животных остатков. Процесс оструктуривания почвы, по данным его экспериментов, происходит лишь при оптимальных для развития микробов условиях, когда возможны биологические превращения органической перегнойной массы с образованием цементирующих веществ.
Наблюдая за разложением растительных остатков, Костычев установил, что на них обильно развиваются грибы и бактерии, что вся масса разлагающегося вещества заросла этими низшими растениями. Он также показал, что в разных случаях разложения растительных остатков процесс протекает различно и вызывается разными микробами. Иногда на гниющем материале, пишет он, поселяются прежде всего бактерии, и растительные остатки покрываются сверху слизью; иногда же появляются раньше грибы, тогда гниющее вещество с поверхности никогда не становится слизистым.
Наблюдая за развитием микроорганизмов в процессе разложения органического вещества, Костычев заметил, что когда развиваются только бактерии, побурения субстрата никогда не наблюдается. Окрашивание субстрата, по его данным, происходит только при развитии грибов. На основании этого автор приходит к заключению, что главное участие в образовании темноокрашенных веществ субстрата принимают грибы, а не бактерии. В то же время Костычев не отрицал и роли бактерий в этом процессе. Он указывал, что при прекращении доступа кислорода к субстрату, грибы прекращают свою деятельность, развитие их приостанавливается, но процесс разложения, хотя и замедленно, продолжается.
Следует отметить, что Костычев не только определил значение микробов в разложении органических веществ, но и первый отметил синтетическую роль их в почве. Он писал, что перегной представляет собой не мертвую массу, он в каждой точке дышит жизнью в разнообразных ее проявлениях, в нем происходят не только процессы разложения сложных органических соединений, но вместе с тем и процессы образования сложных соединений из простейших.
При определенных условиях перегной почвы разрушается с освобождением минеральных соединений, потребляемых растениями для питания. Структура почвы при этом разрушается. Если поддерживать почву в таком состоянии, когда протекает односторонний процесс разрушения перегноя, то наряду с некоторым накоплением питательных элементов для растений, будет происходить разрушение структуры почвы, а вместе с этим и падение ее плодородия. Поэтому Костычев рекомендует непрерывно восстанавливать строение почвы путем посева многолетних трав, указывая, что этот процесс восстановления протекает в залежи.
Идеи Костычева получили дальнейшее развитие и углубление в учении Вильямса. Вильямс придавал существенное значение перегнойным веществам в оструктуривании почв, причем указывал, что не всякий перегной способен создавать прочную структуру почв; только перегной свежеосажденный, определенного качества может придавать почве прочную комковатость. Касаясь причин разрушения структуры почв, Вильямс придавал большое значение физико-химическим агентам, а также влиянию дождевой воды. Он отмечал, что дождевая вода, содержащая аммиак, разрушает почвенные агрегаты, освобождая кальций в перегное, отчего последний теряет свои цементирующие свойства. В восстановлении структуры он отводил главную роль посевам трав. Позже Вильямс наибольшее значение в образовании структуры придавал биологическим процессам, обусловленным деятельностью микроорганизмов. В зависимости от условий аэрации процесс распада органических остатков протекает различно и вызывается разными видами микроорганизмов. Вильямс различает два резко, отличных процесса разложения растительных остатков, имеющих принципиальное значение в структурообразовании почв, а именно: аэробный (грибной и бактериальный) и анаэробный.
Аэробный процесс протекает в поверхностных слоях почв, где растительные остатки разлагаются микробами — бактериями и грибами. Бактерии разлагают растительные остатки с образованием гуминовой кислоты, которая в условиях хорошей аэрации полностью минерализуется. Гуминовой кислоте поэтому Вильямс не придает существенного значения в склеивании почвенных частиц. Только в том случае, когда эта кислота попадает в нижние слои почвы в анаэробные условия, она денатурируется и превращается в более прочные соединения, способные склеивать почвенные частицы в водопрочные комочки.
Там, где разложение растительных остатков производится грибами, образуются креновая и апокреновая кислоты. Эти кислоты хорошо растворяются в воде и уносятся ею из почвы. Поэтому они также не имеют большого значения в формировании структуры.
Наибольшее значение в оструктуривании почв Вильямс придавал анаэробам. Эти микробы, по его мнению, разлагая корневые остатки, преимущественно травянистой растительности, синтезируют ульминовую кислоту, которая при денатурации переходит в коллоидное состояние, приобретая клеящие или цементирующие свойства. При высыхании она переходит в нерастворимое в воде состояние, а следовательно, сцементированные ею почвенные частицы остаются водопрочными.
Идеи Костычева и Вильямса о роли микроорганизмов в образовании и разрушении структур получили развитие в работах советских и некоторых зарубежных исследователей.
Отмечая роль микробов в процессе образования структуры, разные исследователи по разному трактуют механизм их действия. Одни полагают, что микроорганизмы, разлагая растительные остатки, образуют продукты промежуточного распада тканей, которые в сущности и склеивают частицы почв. Другие считают, что почвенные частицы склеиваются продуктами метаболизма микробов, растения же служат только источником их питания.
Отдельные ученые в процессе образования структуры придают наибольшее значение деятельности таких грибов, как Trichoderma lignorum, Mucor intermedius, Martierella isabellina. Зарубежные исследователи испытывали с положительным результатом грибы Trichoderma koningii, Aspergillus niger и др. Гельцер считает, что цементирующим веществом являются лизаты грибных культур, образуемые при воздействии бактерий, а также коллоидные соединения белков, синтезируемые бактериями.
Кононова полагает, что клеящее вещество представляет собой смесь продуктов распада клетчатки и протоплазмы распадающихся целлюлезных бактерий.
Все эти исследования с очевидностью показывают значительную, если не исключительную, роль микроорганизмов в оструктуривании почв. Однако сущность этого воздействия остается неясной. Приводимые данные мало убедительны или требуют тщательной проверки.
Значительные исследования были проведены Мишустиным с сотрудниками. Он изучал действие грибов, актиномицетов и бактерий на разложение вносимых в почву органических веществ (пептона, альбумина, сахарозы, крахмала, яблочной кислоты) и на образование структуры. Автор приходит к выводу, что агрегирование почвенных частиц наиболее энергично осуществляется грибами и актиномицетами, имеющими мицелиальное строение. Процент комочков величиной 0,25 мм и выше достигает в опытах с грибами 32—51, а в опытах с актиномицетами 25—30. В контрольной почве эта же величина была не более 2,8%. Разные виды грибов обладают разной агрегирующей способностью. Из бактерий были испытаны разные виды спороносных и неспороносных форм: представители рода Azotobacter, Pseudomonas, Rhizobium, Bacterium, затем Bacillus и др. Клеящая способность их была очень слабой. Число агрегированных в комочки частиц не превышало 2—3%, чана 1—1,5% и только в единичных случаях оно было более 10%. При совместном развитии грибов и бактерий цементирование почвенных частиц происходит значительно слабее, чем в опытах с чистыми культурами одних грибов. По мнению автора, бактерии в смешанных культурах снижают агрегирующее действие грибов и актиномицетов. Это, по-видимому, вызывается либо тем, что бактерии подавляют развитие грибов, либо тем, что они разрушают цементирующее вещество, образуемое грибами. Мишустин различает два типа оструктуривания: тип биологический, вызываемый непосредственно микроорганизмами, и так называемый тип «гумусовой структуры», образуемой гуминовыми веществами. Первый тип дает непрочную структуру и рассматривается как начальный и неизбежный в природной обстановке этап оструктуривания почвы. Рудаков высказал предположение, что цементирование почвенных частиц в агрегаты осуществляется активным гумусом, представляющим собой комплекс соединений из уроновых кислот и бактериального протеина или продуктов его лизиса. Уроновые кислоты образуются, по его мнению, пектиноразрушающими, или протопектиназными, бактериями, которые обнаруживаются в почве и на разлагающихся растительных остатках в большем или меньшем количестве. Протопектиназные бактерии развиваются на корнях растений, проникают в межклеточные пространства, разрушают межуточное вещество — протопектин с образованием сахаров и уроновых кислот. Последние, соединяясь с белками бактерий, образуют уропротеиновые комплексы, обладающие способностью цементировать почвенные частицы. Галактуроновая и другие уроновые кислоты образуются как за счет живых корней вегетирующего растения, так и за счет отмерших корневых остатков.
He все бактерии, по данным автора, обладают протопектиназой. Наиболее интенсивно продуцируют протопектиназу спороносные палочки — Вас. polymyxa, Вас. macerans (Clostridium), Ps. radiobacter. Слабо образуют ее — Вас. mycoides, Вас. asterosporus и др. и совсем не образуют — Bact. coli.
Применяя эти бактерии вместе с растительными остатками клевера в качестве удобрения, Рудаков получил следующие результаты: число водопрочных комочков величиной в 0,5—3 мм достигало:
Структура почвы

Оструктуривание почвенных частиц, по мнению Лазарева, производится главным образом бета-гуматной, частично альфа-гуматной, частично сложным комплексом гумуса, образующегося из продуктов автолиза бактерий.
Тюлин отмечает два типа образования структурных агрегатов в лесных почвах подзолистой зоны: гумат-кальцевые агрегаты — непрочные, и ферро-гуматы — прочные агрегаты. Эти формы агрегатов и их различие выявляются предлагаемыми автором, особыми методами.
Природа и свойства почвенных агрегатов определяются качеством гумусовых веществ и характером их взаимодействия с минеральными частицами. В зависимости от того, какие элементы преобладают в гумусе, клеящая способность его будет различна. Наличие в гумусе достаточного количества кальция придает ему одни свойства; присутствие железа или алюминия — другие.
Клеящие свойства гумуса резко различны в зависимости от того, преобладают ли в нем гуминовые и ульминовые кислоты или креновые и апокреновые кислоты, иначе фульвокислоты. Как известно, гумус по своему составу резко различается в разных почвах. Гуминовые кислоты подзолистых почв отличаются от гуминовых кислот черноземов или сероземов. Фульвокислоты красноземов и подзолов по своему составу также неодинаковы.
Все эти различия гумуса, или перегноя, в разных почвах определенным образом сказываются на характере оструктуривания почвенных частиц.
Пономарева изучала структурообразование в среднеподзолистых почвах в зависимости от развития и жизнедеятельности червей. По ее наблюдениям, выбросы червей в верхнем пахотном слое составляют в среднем около 52 т на 1 га при численности их в 1 700 000 экземпляров. У корней растений почва перерабатывается червями в большей степени, чем в почве вне зоны корней (примерно на 50%).
Выбросы червей более прочно склеены в комочки, чем агрегаты обычной почвы. Водопрочность этих выбросов обусловлена клеящим органическим веществом кишечника червей. Автор показал, что степень оструктуривания почвы червями меняется в зависимости от растительного покрова. Под дубовым лесом количество червей больше, чем в поле под овсом, под травами или в еловом лесу.
Под травами двухлетнего пользования найдено червей на 1 га — 1 790 000, на полях под овсом — 560 000, в дубраве — 2 940 000, а в еловом лесу — 610 000 особей.
Приведенные данные показывают, насколько тесна связь механизма оструктуривания почвы с биологическими и биохимическими процессами, протекающими в ее толще. Растения, их видовой состав,— с одной стороны, и микробные ценозы почв, — с другой, при определенных почвенноклиматических условиях определяют направление и степень выраженности процесса оструктуривания почвенных частиц.