ХИМИЯ ПОЧВЫ

Как происходит образование перегноя в почве при жизни растений

Остановимся несколько на значении обработки почвы. При обработке создается давление на почву сельскохозяйственных машин, работающих людей. Мы видели выше, что давление в естественных почвах относится к положительным факторам структуре- образования. В культурных почвах характер воздействия обработки: на структуру зависит от условий, в которых она производится. Из практики известно, что при обработке сухой почвы не получается иного эффекта, кроме дробления агрегатов, разрушения структуры.

Наоборот, при очень большой влажности почвы вспашка даег крупные комья, засыхающие в глыбы. При некоторых средних. величинах (60—70% от полной влагоемкости в результате обработки образуется благоприятная структура (Виленский и Германо- ва, 1934). Таким образом, правильный выбор момента для обработки- (в смысле влажности почвы) позволяет свести до минимума разрушительное влияние обработки на структуру.

Однако самая правильная обработка не может компенсировать, потери органического вещества в результате усиления интенсивности процессов минерализации в обрабатываемых почвах. Необходимо постоянное возобновление запасов органического вещества. Свежее органическое вещество —«деятельный перегной»— образует новые агрегаты и поддерживает благоприятное структурное состояние почвы.

Источником свежего органического вещества в почвах прежде всего являются культурные растения, оставляющие корневые и пожнивные остатки. При этом значение разных групп культурных растений (многолетние травы, однолетние культуры сплошного посева, пропашные культуры) неодинаково.

Перечисленные группы культур отличаются между собой: а) по характеру корневых систем; б) по количеству оставляемых органических остатков; в) по сроку, в течение которого они занимают поле; г) по характеру обработки, связанному с данной группой культур. Большое значение имеет высота урожаев культурных растений. Чем выше урожай любой группы растений, тем больше он оставляет органических остатков — материала для гумусообразования.

До недавнего времени образование перегноя всегда связывалось с разложением отмерших частей растительных и животных организмов. В настоящее время известно, что перегной образуется ' главным образом в процессе жизни растений.

Так, под многолетними травами наибольшее количество гумуса имеется перед распашкой, и после подъема пласта начинает снижаться, несмотря на значительный запас корневых остатков, имеющихся в это время в почве. Очевидно, во вспаханной почве скорость гумификации ниже скорости минерализации.

Как же происходит образование перегноя в почве при жизни растений?

За последние 30 лет микробиологами установлено, что в период жизни растений около их корней и на корнях образуется зона, обогащенная бактериями, использующими корневые выделения живых корней. В этой зоне (ризосфере) происходит образование гумуса и за счет его клеящих свойств накопление водопрочных агрегатов. Ф. Ю. Гельцер (1959) приводит следующие данные полевых опытов: количество ризосферных бактерий у ячменя достигало 140 млн., у клевера 1 года пользования — 180 млн., а второго года пользования — 230 млн. на 1 г корней. Водопрочных агрегатов в прикорневой зоне этих растений содержалось соответственно: 21, 28 и 35% от веса почвы.

Помимо возделываемых культур, накопление перегноя достигается и внесением органических удобрений: навоза, компостов, торфа, зеленого удобрения. Как уже отмечалось выше (стр. 96), от 1/4 до 1/3 углерода навоза, внесенного в качестве удобрения, превращается в углерод гумуса. Систематически унавоживаемые, богатые гумусом почвы отличаются и хорошей структурой.

Как видно, бессменный пар в отсутствие удобрений привел к полному распылению почвы. Внесение минеральных удобрений, которые, как мы видели выше (), несколько повысили содержание гумуса в почве пара, привело к ничтожному повышению количества структурных элементов. Незначительное улучшение структуры в пару произошло и при систематическом внесении навоза. Иная картина наблюдается под растениями: количество водопрочных агрегатов > 0,25 мм здесь во много раз больше, чем в почве пара; внесение удобрений, особенно навоза, усиливает структурообразующее действие растений. Следует отметить, что основная масса агрегатов в дерново-подзолистой почве опыта имеет размеры 1—0,25 мм и максимальное их содержание не превышает 46%.

В тридцатых годах совётские исследователи (Н. И. Саввинов, П. В. Вершинин, Ф. Е. Колясев) начали работу по искусственному структурообразованию путем внесения в почву веществ, способных склеивать распыленную часть почвы в водопрочные агрегаты размером от 0,25 до 10 мм. Первыми из таких веществ были: торфяной клей (гумат калия), полученный путем обработки торфа щелочами; смоляной клей (натриевая соль абиетиновой кислоты); коллоид А (яично-белковый комплекс); вискоза. Внесение этих веществ в почву значительно увеличивало содержание в ней водопрочных агрегатов; полевые опыты, проведенные в 1934—1938 гг. с разными культурами, показали существенное повышение урожая в результате внесения структурообразователей. Однако этот прием повышения плодородия не привлек в довоенный период достаточного внимания. Одной из причин этого была необходимость внесения высоких доз структурообразующих веществ (для торфяного клея — 10—20 т/га).

В послевоенные годы поиски структурообразователей широко развернулись за рубежом, особенно в США, ГДР; в этих исследованиях применяются высокомолекулярные полимеры, изготовляемые промышленностью. Успешные результаты были получены в опытах с соединениями акриловой и метакриловой кислот,— так называемыми крилиумами. Известность получили крилиумы марок: HPAN — гидролизованный акрилонитрил; VAMA — сополимер поливинилацетата и малеиновой кислоты; NaPA — натриевая соль полиакриловой кислоты. В Советском Союзе создано и испытано полимерное соединение Сополимер VIII, состоящее из метакриловой кислоты и метакриламида; полиакриламин К4 создает хорошую структуру сероземов. Особенностью полимеров в качестве структурообразователей является их способность производить структурообразующий эффект в дозах порядка 0,05% от веса почвы и меньше.

Структурообразователи должны быть растворимы в воде: это обусловливает возможность их равномерного распределения в почве. После взаимодействия с почвой они переходят в нерастворимое состояние,— этим определяется водопрочность образованных ими агрегатов.

По характеру перехода веществ, укрепляющих структуру, в нерастворимое состояние их можно разделить на две группы: ионообменных и неионообменных (Вершинин, 1960). Ионообменные вещества переходят в нерастворимое состояние (коагулируют) в результате обмена их катионов на катионы почвенных коллоидов. Так, торфяной клей, представляющий собой гу.мат К (золь), при внесении в почву коагулирует, обменивая свой К на Са или Н почвы; при высыхании гумат Са или гуминовая кислота адсорбируется на почвенных частицах или микроагрегатах и соединяет их в качестве клея. У неионообменной группы структурообразующих веществ переход в нерастворимое состояние не зависит от обменных реакций и у разных представителей этой группы происходит по-разному. Так, вискоза, оставленная в виде раствора на воздухе, регенерирует в целлюлозу под влиянием С02 воздуха и переходит из золя в гель, не растворимый в воде.

Активность полимеров в почвенных условиях зависит от относительного содержания в них функциональных групп: она возрастает с повышением функциональности до максимума и затем падает при дальнейшем повышении относительного числа функциональных групп. Благодаря линейной форме уроновых кислот, входящих в состав крилиумов, они легко сорбируются глинными минералами, переплетаясь с ними, и тем способствуют образованию агрегатов. Характер взаимодействия полимеров с почвенными коллоидами еще далеко не ясен и требует дальнейших исследований.

К требованиям, предъявляемым к структурообразующим веществам, относятся: 1) стойкость против разрушающего действия микроорганизмов и 2) воспроизводимость агрегатов после механического разрушения; если структурообразователь отвечает этим требованиям, положительное влияние его на почву сохраняется в течение нескольких лет.

Различные почвы и горизонты почв по-разному относятся к оструктуривающему действию крилиумов. В опытах Н. А. Качин- ского и сотрудников (1961) для светло-каштановой слабосолонцеват той тяжелосуглинистой почвы потребовалось больше структурных клеев, чем для лугово-каштановой суглинистой почвы. Перегнойно- аккумулятивный горизонт (Aj) подзолистой почвы оструктуривается лучше, чем подзолистый горизонт (А2). Распространенные на юге Красноярского края черноземы-пыхуны с очень небольшим содержанием макроагрегатов (> 0,25 мм) через 2 недели после внесения полимера К-4 в количестве 0,05—0,1% содержали до 70—80% агрегатов > 0,25 мм (Костиков, 1964).

Пока структурообразующие вещества еще очень дороги и поэтому не могут применяться в широких масштабах для повышения урожая сельскохозяйственных культур. Но и сейчас применение их может помочь в некоторых особых случаях: в борьбе с распылением почвы на аэродромах; с оползнями на каналах; для острукту- ривания почвы под ценными культурами.