Минеральные элементы питания и способность почвы их удерживать

Чтобы растения (продуценты) могли нормально расти и развиваться, почва, как среда обитания, должна удовлет­ворять их потребности в минеральных элементах питания, воде и кислороде. Очень важное значение имеют кислотно-основные свойства почвы (рН почвы) и ее соленость.

Для питания растений необходимы такие минеральные вещества, как нитраты (NO₃—ионы), фосфаты (РО ₄^3-, Н ₂РО₄, НРО ₄^2- — ионы), соли калия (К⁺—ионы), кальция (Са²⁺—ионы). За исключением азота остальные биогены из­начально входят в состав горных пород наряду с непита­тельными элементами (SiO₂, Al₂O₃ и др.). Однако эти биоге­ны недоступны растениям, пока они закреплены в структу­ре материнской породы. Чтобы ионы биогенов перешли в менее связанное состояние или в водный раствор, мате­ринская порода должна быть разрушена. Материнская по­рода разрушается в процессе естественного выветривания. Выветривание включает все естественные физические про­цессы (замерзание, оттаивание, нагревание, охлаждение и т. д.), биологические факторы (давление корней растений,

растущих в мелких трещинах), а также различные хими­ческие реакции.

Азот поступает в почву при гниении органических ве­ществ в виде аммиака, который под действием нитрифици­рующих бактерий окисляется в азотную кислоту. После­дняя, вступая в реакцию с находящимися в почве солями угольной кислоты, например карбонатом кальция, образу­ет селитру:

СаСО₃ + 2HNO₃-> Ca(NO₃)₂+ СО₂+ Н₂О

Однако некоторая часть органического азота денитрофицирующими бактериями превращается в недоступную для, растений форму (свободный азот). К процессам, возмещаю­щим потерю азота, относятся:

1) атмосферные электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота с последующим превращением в азотную кислоту и селитру;

2) превращение атмосферного азота в азотные соеди­нения клубеньковыми бактериями, входящими в состав кор­ней некоторых растений (клубеньковые растения, напри­мер, бобовые культуры, клевер и многие другие расте­ния). Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота, так же, как и других биогенов. В агроэкосистемах этот круговорот нарушается, поскольку био­гены удаляются вместе с собранным урожаем.

Когда ионы биогенов высвобождаются, они становятся доступными растениям, но могут также просачиваться че­рез почвы (процесс выщелачивания). Выщелачивание не только снижает плодородие почвы, но и загрязняет водоемы. Способность почвы связывать и удерживать ионы биогенов называется ионообменной емкостью почвы. Если ионообменная емкость почвы утрачена, то биогены выщелачи­ваются и плодородие почвы падает. Поэтому в агроэкосистемах необходимо постоянно пополнять биогены, внося их. в виде удобрений. Неорганические удобрения (или химические) представляют собой смесь минеральных биогенов. Органические удоб рения — это растительные остатки и отходы животных (навоз, торф), они увеличивают ионообменную емкость почвы и по мере разложения высвобождают биогены.

Помимо ионообменной емкости почва должна обладать водоудерживающей способностью, поскольку растениям для функционирования необходима вода не только на фотосинтез (расход 1% воды), но и на возобновление потерянной через листья влаги — транспирацию (расходуется 99% воды). Из сказанного следует, что почва должна впитывать воду (инфильтрация) с поверхности, обладать водоудерживающей способностью и поверхностным покровом, пре­пятствующим испарению влаги.

Для питания растениям, а также микроорганизмам почвы необходим кислород: в результате клеточного дыхания растения выделяют углекислый газ. Почва должна обеспечить диффузию кислорода из воздуха и углекислого газа от корней в воздух, т. е. хорошо аэрироваться. Аэрацию почвы затрудняет уплотнение почвы и чрезмерное насыщение ее водой.

Почва не должна содержать много соли (т. е. быть засоленной), поскольку в этом случае происходит обезвоживание клеток ("обратный" осмос) и растения погибают.

Кислотность почвы должна быть близка к нейтральной (рН - 6—8).

Ионообменная емкость почвы, ее инфильтрация, аэрация, водоудерживающая способность, а также обрабаты­ваемость почвы зависят от ее гранулометрического состава.

Наилучшим гранулометрическим составом почвы считается суглинистый или пылевидный состав, обеспечивающий средние свойства почвы. Независимо от механического состава почвы гумус и создаваемая им почвенная структура обеспечивают необходимые условия для жизни растений. Со временем гумус разрушается (до 50% в год), утрачивается почвенная структура — происходит минерализация почвы. Поэтому необходим постоянный приток детрита в почву.

Таблица 1