Плодородие почвы. Растение при своём развитии нуждается в питательных веществах, в воде, воздухе и тепле. Та почва, которая способна удовлетворить эти запросы культурного растения, и будет плодородной почвой.
Плодородие — это главное, основное свойство почвы. Оно в свою очередь зависит от ряда других свойств, которые мы опишем ниже.
Поглотительная способность почвы. Пищу растение берёт своими корнями из почвенных растворов. Но чтобы оно могло забирать необходимые ему вещества, растворы должны быть слабы, то есть на большое количество воды должно быть растворено весьма малое количество солей (не больше 2—3 граммов питательных солей на 1 литр воды). Правда, солей может оказаться слишком мало, и тогда растение голодает, но оно гибнет и в том случае, когда водный раствор излишне крепок. Из такого концентрированного водного раствора корни растений не в состоянии впитывать солей, и растение гибнет, как оно погибло бы от голода.
Но ведь мы знаем, что количество воды в почве постоянно меняется. После дождей её больше, в засуху — меньше. Значит должна меняться и крепость почвенного раствора, а вместе с тем должно страдать растение. Оказывается, на помощь растению приходят свойства питающей его почвы, и главным образом её глинистых частиц и перегноя.
Глинистые частицы и перегной почвы в некоторых пределах регулируют крепость раствора. Когда крепость раствора возрастает, почва поглощает из него часть растворённых веществ. Наоборот, после дождей или искусственного полива почвы, когда в ней значительно увеличивается количество воды, часть веществ, солей, находящихся в твёрдой части почвы, снова переходит в раствор.
Во многих случаях поглощаются как раз те вещества, какие нужны растению, как, например, калий, кальций, фосфорная кислота, известь и некоторые другие. Однако наряду с ними почва поглощает и натрий, который резко ухудшает все её свойства. Натрий содержится в поваренной (пищевой) соли, в глауберовой соли, которую используют как слабительное, и в некоторых других солях.
Способность почвы, твёрдой её части, поглощать из водного раствора и связывать (с тем чтобы потом опять отдать) некоторые вещества и соли называется поглотительной способностью почвы.
Поглотительная способность почвы зависит главным образом от содержания в почве мельчайших коллоидальных частиц — минеральных, органических и совокупности тех и других (органо-минеральных частиц). Эта часть почвы называется поглощающей её частью, или поглощающим её комплексом.
Почва может поглощать даже некоторые газы, например, аммиак, которым так сильно пахнет в конюшнях. Поглощённый почвой аммиак при участии бактерий переводится в селитру.
Но не все вещества поглощаются почвою одинаково хорошо. Например, очень слабо поглощается ею столь ценная для растений селитра, и потому селитра легче, чем другие вещества, вымывается из почвы водою.
Так как поглотительная способность почв увеличивается вместе с содержанием в почве глины и перегноя, глинистые, богатые перегноем почвы можно без опасений удобрять большими количествами питательных веществ, Излишки их поглотятся почвой и не повредят растению, а также не вымоются водой. Не следует этого делать только с селитрой, которая плохо поглощается и глинистыми почвами. Поэтому в практике обычно вносят селитру в две порции: одну — перед посевом и другую — в период наибольшего развития растений.
Совсем иными свойствами обладают песчаные почвы. Глины и перегноя в этих почвах мало. Поглотительная способность их ничтожна. Вода легко вымывает из них питательные соли, и они бесследно пропадают для растений. В засуху же, когда почвенный раствор сильно крепнет, песчаная почва неспособна поглотить излишка солей, и растения, если почва неумеренно удобрена растворимыми в воде веществами, гибнут (выгорают). Поэтому, чтобы не загустить почвенного раствора и не потерять питательных веществ, удобрения в песчаные почвы вносят понемногу, в несколько порций. Рекомендуется также не оставлять песчаные почвы в чистом пару, так как вода вымоет из них образовавшиеся в процессе парования растворимые питательные вещества.
Паровые участки на песчаных почвах следует засевать люпином или сераделлой. Запахивая эти растения в период их цветения, мы обогатим почву ценным перегноем. Сераделлу можно использовать и как прекрасный корм скоту.
Наряду с глинистыми частицами и перегноем значительную роль в поглотительной способности почвы играют населяющие её микроорганизмы, которые то поглощают ряд веществ для построения своего тела, то освобождают их при умирании и петлевании.
Подобное же поглощение и освобождение питательных веществ наблюдается при жизни и отмирании растений.
Реакция почвы. Если в почве много кислот (например, кислого гумуса) или щелочей (например соды), то культурное растение гибнет. Большинство культурных растений любит, чтобы почвенный раствор не был ни кислым, ни щелочным; он должен быть средним, нейтральным.
Оказывается, что реакция почвы в сильнейшей степени зависит от того, какие вещества поглощены почвою. Если почва (твёрдая её часть) поглотила алюминий или водород, она будет кислой; почва, забравшая из раствора натрий, будет щёлочной, а почва, насыщенная кальцием, будет иметь нейтральную, то есть среднюю реакцию. Водород содержится в воде и в различных кислотах. Кроме того, водород в почвенный раствор выделяют, по-видимому, корни живых растений. Кальций содержится в извести, в гипсе и в других солях, алюминия много в глине и других минералах.
В природе разные почвы имеют и разную реакцию: например, болотные и подзолистые почвы, а также краснозёмы отличаются кислотностью, солонцы — щёлочностью, а чернозёмы — средней реакцией.
Скважность, или порозность, почвы. Если в почве будет достаточное количество питательных веществ, но в ней не хватает воды или воздуха, растение гибнет. Поэтому приходится заботиться о том, чтобы наряду с пищей в почве всегда были вода и воздух, которые размещаются в почвенных пустотах, или скважинах. Скважины почвы занимают весьма большой объём, примерно половину всего объёма почвы. Так, если вырезать 1 литр почвы без уплотнения её, то пустоты составят в ней около 500 кубических сантиметров, а остальной объём будет занят твёрдой частью почвы. В рыхлых суглинках и глинистых почвах количество скважин на 1 литр почвы может достигать 600 и даже 700 кубических сантиметров, в торфяных почвах — 800 кубических сантиметров, а в песчаных почвах скважность меньше — примерно 400—450 кубических сантиметров на 1 литр почвы.
Размер пустот и формы их весьма различны как в одной и той же, так тем более в разных почвах. Для культурных растений желательно создавать скважины средних размеров, с просветом от нескольких миллиметров до десятых и сотых долей миллиметра. Слишком мелкие скважины в почве, как, например, в столбчатом горизонте солонца или в уплотнённом горизонте подзолистых почв, а также слишком крупные (трещины) создают неблагоприятные условия для растений. Корневые волоски растений могут проникать лишь в скважины с поперечником не менее 0,01 миллиметра, а бактерии — в скважины не менее 0,003 миллиметра.
Водопроницаемость почвы. Выпадая на поверхность почвы в виде осадков, вода под влиянием силы тяжести просачивается в почву по крупным скважинами рассасывается по тонким скважинам, или капиллярам, окружая сплошным слоем почвенные частички.
В песках поры крупные, и вода проникает по ним легко и быстро. Наоборот, в глинистые почвы с чрезвычайно малыми отверстиями она впитывается с трудом — в десятки и сотни раз медленнее, нежели в пески.
Водопроницаемость структурной почвы. Однако сказанное о глинистых почвах справедливо лишь в отношении почв бесструктурных. Если же глинистая почва богата известью и перегноем, то отдельные мелкие частички в ней свёртываются, склеиваются в пористые зёрнышки и комочки. Эти зёрнышки и комочки, при наличии извести и гумуса, прочны и с трудом размываются в воде. В почве между ними образуются поры средней величины, как в песке, и несколько крупнее. Такая (структурная) глинистая почва обладает хорошей водопроницаемостью, несмотря на то, что она состоит из мельчайших частиц.
Водоудерживающая способность и влагоёмкость почвы. Попадая в почву, вода смачивает частички её, окружая их многими слоями. Вода прилипает к почве, и почва прочно удерживает её своей поверхностью. Чем ближе слой воды к почвенной частичке, тем сильнее удерживается он почвой, тем прочнее он ею связан.
Способность почвы удерживать воду называется водоудерживающей её способностью, а количество воды, которое удерживает почва, — влагоёмкостью почвы. Влагоёмкость различных почв разная: 100 граммов глинистой почвы, богатой перегноем, могут удержать в себе 60—70 граммов воды, в то время как 100 граммов песчаной почвы удерживают в себе только от 10 до 25 граммов воды. В большинстве случаев пахотный слой суглинистых и глинистых почв может удержать на 100 граммов почвы от 30 до 40 граммов воды (30—40 процентов).
Усвояемая и неусвояемая вода в почве. Вода, содержащаяся в почве, неодинакова по своему качеству. Можно выделить пять основных категорий резко отличной воды в почве: 1) воду связанную, несвободную, которая сильно притягивается почвенными частичками и в большей своей части недоступна растениям; 2) воду капиллярную, занимающую средние по величине поры в почве; 3) воду свободную, гравитационную, могущую стекать из почвы; 4) воду парообразную; 5) воду твердую (лёд), которая образуется в почве при её замерзании. Растения могут усваивать своими корнями вторую и третью категорию воды, причём особенно важна в данном случае вода капиллярная, так как она удерживается в корнеобитаемом слое почвы, не стекая из него. Эта же вода обладает способностью передвигаться в почве по капиллярам во всех направлениях: снизу вверх, сверху вниз и в стороны. Это очень важно: когда корень растения выпивает воду вокруг себя, она может подсасываться к нему из соседних, более сырых мест.
Но не нужно забывать, что благодаря этой же способности почва может и излишне просушиваться. Происходит это в том случае, когда поле плохо разрыхлено или совсем не разрыхлено с поверхности. На таких участках почвенные капилляры простираются до самого верха. Вода поднимается по ним и испаряется в воздух.
Усиленно просушивается почва и в том случае, когда пашня покрывается коркой. Бывает это после схода снега и после ливневых дождей. В корке очень хорошо развиты капилляры, сильно засасывающие воду. Если мы стремимся сохранить влагу в. почве, такую корку нужно немедленно ломать с помощью культиваторов или борон.
Чем меньше в почве связанной, неусвояемой растениями воды, тем лучше. В глинистой почве такой воды бывает 10—15 граммов на 100 граммов почвы, тогда как в песчаной — лишь 1—2 грамма. Таким образом, нужно помнить, что хотя глинистые почвы и больше удерживают в себе воды, но и недоступной растениям воды в них больше, нежели в песчаных почвах.
Плохо, когда почва быстро просыхает и в ней нет воды. Растения тогда гибнут. Но они не могут развиваться и: в почве, переполненной водой. Для растения благоприятно среднее состояние почвы, когда часть промежутков в ней заполнена водой, а в других промежутках находится воздух.
Воздухоёмкость почвы. В сухой почве все скважины заняты воздухом. Часть воздуха при этом с силой притягивается поверхностью почвенных частиц. Эта часть воздуха обладает слабой подвижностью и называется поглощённым воздухом. Остальной воздух, размещаемый в крупных порах, будет воздухом свободным. Он обладает значительной подвижностью, может выдуваться из почвы и легко заменяться новыми порциями атмосферного воздуха.
По мере увлажнения почвы воздух из неё вытесняется водой и выходит наружу, а часть его и других газов (например, аммиак) растворяется в почвенной воде.
Из воздуха в почве потребляется главным образом кислород. Как уже указывалось выше, он тратится на дыхание корней растений и населяющих почву животных; соединяется с различными веществами в почве, например с железом, а главным образом потребляется различными бактериями при дыхании, разложении и окислении растительных и животных остатков. Взамен потребляемого живыми существами кислорода воздух в почве обогащается углекислотой, выделяющейся при дыхании их и при тлении органических мёртвых остатков.
Находящийся в почве воздух не остаётся в ней без движения. Он постоянно обменивается с атмосферным воздухом. Этому прежде всего способствует нагревание и остывание почвы, благодаря чему почвенный воздух то расширяется и выходит из почвы, то (при охлаждении) сжимается, и в почву засасываются новые порции атмосферного воздуха («дыхание почвы»).
Почвенный воздух может выдуваться ветрами, может вытесняться из почвы осадками, проникающими в неё (водой); может приходить в движение при смене атмосферного (надпочвенного) давления:, при увеличении атмосферного давления часть воздуха поступает в почву; при уменьшении его — почвенный воздух выходит в атмосферу.
Обновление воздуха может происходить даже при отсутствии ветра, дождя и смены температуры.
При этом почвенный воздух, богатый углекислым газом и водяными парами, постепенно выходит наружу, а более сухой и богатый кислородом атмосферный воздух внедряется в почвенные поры.
Обновление почвенного воздуха в различных климатических зонах будет происходить сильнее то от одних из вышеуказанных причин, то от других. Например, в пустынях больше будет влиять резкая смена температур в течение дня и ночи, а также выдувание почвенного воздуха ветром. В местах, богатых осадками, например, в таёжной зоне, смена воздуха будет заметно происходить при просачивании воды в почву и т. д.
Для «нормального» развития культурных растений необходимо, чтобы почва постоянно проветривалась, «легко дышала», чтобы в ней непрерывно восстанавливался запас кислорода.
Почвенное тепло. Для развития почвы и для жизни растений необходимо тепло. Тепло почва получает от солнца, нагреваясь его лучами. Небольшая доля тепла приходит к поверхности почвы от внутренних, нагретых слоёв земли, а также выделяется при дыхании живых существ и при разложении растительных и животных остатков. Иногда почву согревают теплые источники, вытекающие на поверхность земли из глубоких разогретых её слоёв.
Не все почвы нагреваются солнцем одинаково. Тёмные, богатые перегноем, а главное сухие почвы нагреваются значительно скорее, чем почвы светлые и сырые. Особенно медленно нагреваются мокрые почвы; это происходит потому, что много тепла тратится на нагревание и испарение находящейся в них воды. Песчаные почвы суше глинистых, и потому они нагреваются быстрее.
Помимо цвета, содержания перегноя и воды, большое значение для нагревания почвы имеет расположение местности: лучше других нагреваются почвы, лежащие на южных склонах, несколько слабее — на восточном и западном и хуже всего — на северном склоне.
Полученное почвой тепло постепенно через почвенные частички, воду и воздух передаётся нижним слоям. Ночью почва остынет с поверхности, а тёплая дневная волна передвинется на некоторую глубину. Так одна волна вслед за другой каждый день отправляется в почву. Почвенные частички то расширяются от тепла, то сжимаются от холода. Это способствует большему и скорейшему их выветриванию.
Для развития растений и других живых существ, населяющих почву, благоприятны почвы тёплые.
Зимой, когда почва спрячется под снежным покровом, когда в ней замёрзнет вода, когда вместо тёплых уходят в глубину холодные волны, жизнь почвы в значительной мере замирает. Всё живое в почве впадает в зимнюю спячку и к новой кипучей жизни проснётся лишь следующей весной.
Ещё раз о значении структуры почвы. Все свойства почвы, важные для развития сельскохозяйственных растений, получают наилучшее выражение в структурных почвах. Структурная почва содержит в себе одновременно воду и воздух. Вода в такой почве помещается внутри комочков и в капиллярах между ними, а воздух — в крупных пустотах между комочками, по их поверхности и отчасти в самих комочках — в крупных канальцах и ячейках.
Структурная почва имеет и хорошие тепловые свойства. В ней благоприятно развиваются полезные для растений микроорганизмы. Минеральная часть в такой почве легче выветривается и освобождает питательные вещества. В ней — на поверхности комочков — лучше разлагаются растительные и животные остатки, а внутренняя, менее проветриваемая, часть комочков является «лабораторией», где накапливается высококачественный, нейтральный, «сладкий» перегной. В конечном счёте структурная почва всегда даёт более высокий урожай сельскохозяйственных растений.
Но не во всякой почве от природы бывает хорошая структура. Часто приходится упорно работать, чтобы получить структурную пашню. На всех почвах созданию структуры помогает искусственное увеличение в ней перегноя, а также насыщение почвы кальцием. Для последней цели на кислых почвах применяется известь, на щелочных, например, на солонцах — гипс.
Нужно унаваживать почвы, нужно вводить в севооборот многолетние злаковые и бобовые травы, в смеси друг с другом, а на песках — люпин и сераделлу. При жизни травы расчленяют почву на структурные отдельности своими корнями. Бобовые травы обогащают почву азотом, а все травы — бобовые и злаковые — обогащают её перегноем, так как они имеют мощную корневую систему, в несколько раз большую, чем овёс, рожь, пшеница и другие полевые и огородные растения.
Серьёзное внимание нужно уделять своевременной обработке почвы. При распашке сухой почвы мы разрушаем, распыляем структуру; при распашке почв переувлажнённых — давим структуру, смазываем её. Нужно стремиться вспахивать по возможности среднеувлажнённые почвы, когда они содержат 50—70 процентов влаги от их влагоёмкости. При этом условии получается лучшая по качеству структурная пашня.
Структурная пашня — показатель культурности поля. Структурность почвы повышает урожай и делает его устойчивым в засушливые годы.