Структура почвы

Структура почвы — это физическое строение твёрдой фазы и порового пространства почвы, которое обусловлено размерами, формой, количественным соотношением, характером взаимосвязи и расположением механических элементов, так и состоящих из них агрегатов.

Агрегаты почвы

Агрегаты почвы — склеенные в комочки твёрдые частицы почвы.

Структурность почвы — способность образовывать агрегаты почвы.

Структурные агрегаты по величине классифицируются на:

глыбистую структуру — комки более 10 мм;
макроструктуру — от 0,25 до 10 мм (водопрочная макроструктура);
микроструктуру — менее 0,25 мм (пылеватые частицы).

Структурообразование

Согласно М. А. Качинскому, структурообразование агрегатов почвы — процесс взаимного осаждения (коагуляции) и электролитической коагуляции коллоидных частиц на фоне более общих физико-механический, физико-химических и биологических факторов.

Физико-механические факторы структурообразования

В природных условиях под воздействием корневой системы растений, жизнедеятельности почвенной микрофлоры, под влиянием увлажнения и высушивания, периодических промораживания и оттаивания благодаря механическому разделению происходит образование отдельных комков. На обрабатываемых землях к перечисленным факторам добавляется воздействие почвообрабатывающих орудий.

Процесс структурообразования под действием корневой системы растений включает расчленение почвенной массы на структурные отдельности и их склеивание (агрегатирование) в комки под действием корневых выделений и продуктов разложения растительных остатков. Мощная корневая система, например, многолетних трав, оказывает большее влияние на структурообразования, чем менее развитая однолетних культур.

Структурообразование под действием периодических промерзаний и оттаиваний обусловлено замерзанием некапиллярной и капиллярной воды в порах почвы. При этом замерзание некапиллярной и капиллярной воды из-за различия в температурах плавления не происходит одновременно.

Физико-химические факторы структурообразования

Физико-химические факторы структурообразования обусловлены взаимодействием катионов с почвенных коллоидов, взаимодействиями между коллоидами и их природой (минеральная, органическая). Например, водопрочная структура увеличивается при необратимой коагуляции коллоидных частиц катионами двух- и трёхвалентных металлов (Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Al³⁺). Катионы одновалентных металлов (K⁺, Na⁺), напротив, вследствие обратимой коагуляции уменьшают водопрочность структуры.

На прочность структурных агрегатов влияет минеральная или органическая природа коллоидов: почвенные агрегаты, сцементированные органическим коллоидами (гуматами двух- и трёхвалентных металлов) характеризуются наибольшей водопрочностью. Минеральные коллоиды, образованные из монтмориллонита и гидрослюды, имеют большую водопрочностью, чем, образованные из кварца, кремнекислот и каолинита.

В образовании структуры латеритных почв важную роль играют гидрооксиды алюминия и железа.

Химическим фактором структурообразования является смена восстановительных и окислительных процессов окислительными при временном переувлажнении. По данным Н. А. Качинского, структура почвы, образующаяся под действием химических факторов, как правило, неводопрочна.

Биологические факторы структурообразования

Биологические факторы структурообразования проявляются под действием растений и почвенной биоты. Образующиеся при разложении растительных остатков гумусовые вещества, обладают высокой сорбционной и биологической активностью.

Вокруг корневой системы растений — ризосфере — формируются сообщества почвенной биоты, в результате жизнедеятельности которых образуются вещества, влияющие на структурообразование.

Биологический фактор оказывает количественное и качественное влияние на структуру почвы.

Процессы разрушения структуры почвы

В обрабатываемых почвах процессы структурообразования и разрушения находятся в динамическом состоянии.

Причиной разрушения структуры почвы является ослабление сил, склеивающих частицы почвы в агрегаты, и воздействия, приводящие агрегаты к разрушению.

Механические факторы разрушения структуры почвы — разрушение структуры под действием сельскохозяйственных орудий, ветра, дождя, выпаса скота и т. п.

Физико-химические факторы — разрушение структуры в результате катионообменных реакций. Например, замещение ионов кальция и магния в почве в условиях промывного водного режима, и замещение их на ионы H⁺ и NH₄⁺, содержащиеся в дождевой воде, приводит к вымыванию за пределы пахотного слоя кальция и магния.

Биологические факторы — разрушение структуры в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, использующих органические вещества в качестве источника питания и энергии. Учитывая то, что наилучшие склеивающие свойства проявляют органические соединения, их минерализация приводит к разрушению агрегатов. Минерализации органического вещества способствуют известкование почв, внесение минеральных удобрений, механическая обработка.

Влияние культур на структурообразование

По способности культур к структурообразованию их можно выстроить в ряд по убыванию: многолетние травы — однолетние бобово-злаковые смеси — озимые зерновые — кукуруза — яровые зерновые — лён-долгунец — картофель — корнеплоды.

Многолетние травы способны накапливать массу растительных остатков, равное массе убираемого урожая. Их корневая система, проникая на большую глубины, благодаря многочисленным разветвлённым корням пронизывает и разделяет почву на отдельные комки. После отмирания корневых остатков, комки обогащаются органическим веществом, создавая таким образом водопрочную структуру. Глубокое проникновение и масса корней многолетних трав оказывает влияние на подпахотные слои почвы. Клевер на дерново-подзолистых почвах обогащает нижележащие слои перегноем и способствует более глубокому окультуриванию слоя. Люцерна на засоленных почвах разрыхляет своими корнями плотный подпахотный слой, создавая благоприятные условия для последующих зерновых культур.

Наибольший эффект физического изменения почв оказывают озимые зерновые культуры. В отличие от яровых с более коротким вегетационным периодом, они развивают мощную корневую систему, которая в осенний и весенний период скрепляют почву и защищают её зелёным покровом от разрушения осадками и талыми водами.

Небольшое количество растительных остатков, широкорядные посевы и интенсивные обработки в посевах пропашных культур в большинстве случаев способствуют разрушению структуры почвы и не обеспечивают достаточную защиту от эрозии, особенно при повторном и бессменном возделывании. Чистый пар оказывает еще большее негативное воздействие на структуру почвы. Как показал длительный опыт МСХА им. К. А. Тимирязева, отрицательное влияние чистого пара и пропашных культур на структуру можно уменьшить применением удобрений, прежде всего органических.

Таблица. Масса структурных агрегатов диаметром более 0,25 мм в пахотном слое почвы под бессменными культурами и чистым паром, % (по Доспехову).

Культура	Без удобрений	PK	Навоз
Клевер	37	44	55
Рожь озимая	28	31	38
Овёс	27	29	36
Картофель	21	23	35
Пар чистый	4	5	10

Классификация почв по структуре

Согласно классификации С. А. Захарова, в зависимости от формы агрегатов различают структуры почвы:

глыбистую;
комковатую;
ореховатую;
зернистую;
столбчатую;
призматическую;
плитчатую;
пластинчатую;
листоватую;
чешуйчатую.

Зернистой структурой в естественном состоянии обладают чернозёмы, ореховатой — серые лесные, комковатой — хорошо окультуренные дерново-подзолистые почвы, плитчатой и листоватой — неокультуренные подзолы.

Оптимальные структуры почв

Параметры оценки структурного состояния почвы (С. И. Долгов, П. У. Бахтин):

отличная структура — содержание водопрочных макроагрегатов более 70%;
хорошая — 70-55%,
удовлетворительная — 55-40%,
неудовлетворительная — 40-20%,
плохая — менее 20%.

Мелкокомковатая и зернистая структура с частицами размером 0,25-10 мм представляет наибольший агрономический интерес.

Структура почвы должна обладать оптимальной пористостью, механической упругопрочностью и водопрочностью. Например, иллювиальный горизонт дерново-подзолистых и слитных чернозёмных почв обладают водопрочной структурой, но с низкой степенью пористости, что делает их агрономически неблагоприятными. Микроструктура почв также может иметь важное значение, так как должна обладать оптимальными водно-воздушными свойствами. Микроструктура встречается, например, в серозёмных почвах, поглощающий почвенный комплекс которых богат коллоидными частицами и насыщен кальцием.

Оптимальные размеры макро- и микроагрегатов пахотной почвы относительны: во влажных условиях они составляют 1-3 мм, в засушливых — 0,5-1 мм, в условиях эрозионной опасности — до 1-2 мм в диаметре. Обеспечение оптимальной структуры позволяет сократить потери влаги на испарение.

Оптимальное содержание водопрочной макроструктуры для серых лесных и дерново-подзолистых почв составляет 30-45%, для чернозёмных — 45-60%. Такая структура позволяет длительное время сохранять устойчивое сложение, придаваемое ей обработкой. Структурная почва теряет свои положительные свойства при увеличении количества пылеватых частиц размером менее 0,25 мм до 30-40%.

Требования культур к степени крошения определяется гранулометрическим составом, оструктуренностью, степенью увлажнения, биологическими особенностями культуры и риском эрозии. Например, для зерновых колосовых культур в Нечернозёмной зоне степень крошения, то есть доли комков диаметром 0,25-30 мм, дерново-подзолистых и серых лесных почв должна быть не менее 80%, а глыбистость — не более 20%.

Воспроизводство структуры почв

Для воспроизводства структуры почвы прибегают к приёмам, оказывающим воздействие на факторы образования и разрушения структуры:

Пополнение запасов органического вещества почвы за счёт внесения органических удобрений и посева многолетних трав. Внесение минеральных удобрений, косвенно также способствует поступлению в почву большего количества растительных остатков.
Пополнение почвенных запасов кальция и магния.
Уменьшение числа проходов сельскохозяйственной техники по полям, для предотвращения уплотнения почвы.
Предотвращение водной и ветровой эрозии.
Использование агромелиорационных приёмов (осушение или орошение) для создания оптимальных условий протекания окислительно-восстановительных процессов в почвах с избыточным или недостаточным увлажнением.
Применение поверхностных искусственных и экологически безопасных структурообразователей.

Устойчивое поддержание оптимального строения пахотного слоя в течение длительного времени возможно на почвах с высоким содержанием водопрочных агрегатов.

Литература

Баздырев Г. И., Лошаков В. Г., Пупонин А. И. и др. Земледелие. Учебник для вузов. М.: Издательство «Колос». 2000
Минеев В. Г., Сычёв В. Г., Гамзиков Г. П. и др. Агрохимия. Учебник. / Под ред. Минеева В. Г. М.: Изд-во ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова. 2017
Ягодин Б. А., Жуков Ю. П., Кобзаренко В. И. Агрохимия. / Под ред. Б. А. Ягодина М.: Колос. 2002
Кленин Н. И., Киселев С. Н., Левшин А. Г. Сельскохозяйственные машины. М.: КолосС. 2008
Халанский В. М., Горбачёв И. В. Сельскохозяйственные машины. М.: КолосС. 2004