Text
                    почвы
Структура


Н. А. К А Ч И ИСКИ й СТРУКТУРА ПОЧВЫ (ИТОГИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИЗУЧЕНИЯ ВОПРОСА) ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 1 963
Печатается по постановлению Редакционно-издательского совета Московского университета
Агрегатные состояния — узловые точки, где количественное изменение переходит в качественное. Ф. Энгельс ВВЕДЕНИЕ Почва включает в себя три фазы: твердую, жидкую и газообразную. Кроме того, необходимо выделять живое население почвы. В процессе структурообразования принимают участие все фазы почвы, хотя сама почвенная структура складывается лишь из элементов твердой части почвы, или из ее механических элементов. Под механическими элементами почвы понимают первичные наименьшие для данной породы и данных условий частицы твердой фазы почвы. Акад. К. К. Гедройц (1926) относит к ним «отдельные микро-, ультрамикро- и амикрокри- сталлики». А. Ф. Тюлин (1936) считает таковыми частицы (частицу), все элементы которых находятся в химической взаимосвязи. А. А. Роде (1932) в понятие механического элемента вводит обязательное условие, чтобы все его части принадлежали к одной кристаллической решетке. В это последнее понятие, по нашему мнению, необходимо внести два уточнения. Первое сводится к замечанию, что механические элементы почвы могут быть не только кристаллической структуры, но и аморфными, например частички органических соединений в почве, аморфная БЮг, гидроокиси Fe"\ А1*"и др. В этом случае понятие механического элемента точнее определяется по Тюлину (1936). Второе замечание относится к наличию в почве механических элементов, представляющих собой частички (обломки) не минерала, а породы. В них в одном механическом элементе может сочетаться несколько кристаллических решеток. Считаем возможным обобщить предложенные определения в следующей формулировке: под механическими элементами почвы следует понимать о б о - 3
собленные кусочки (осколки) породы и минералов, а также аморфных соединений в почве, все элементы которых (последних) находятся в химической взаимосвязи. Следует добавить, что механические элементы почвы могут образовываться как в процессе дробления исходной породы, так и синтетическим путем в результате взаимодействия отдельных элементов твердой фазы почвы и почвенного раствора между собой. В соответствии с этим механические элементы могут быть минеральными, органическими и органо-минеральными (гуматы). Размеры их колеблются от камней (>3 мм) до наиболее тонких коллоидов (около 1—5 |iji). Чтобы раздробить породу, необходимо затратить определенную энергию. Часть этой энергии получает выражение в поверхностной энергии раздробленного вещества, которая в общей форме определяется произведением величины поверхности дисперсной фазы на поверхностное натяжение частиц данного субстрата. Отсюда следует, что поверхностная энергия дисперсной массы возрастает вместе со степенью ее дробления и в соответствии с ростом поверхностного натяжения в механических элементах, что в свою очередь связано с характером химического и минералогического состава данной массы. Поверхность механических элементов в тяжелых почвах может достигать нескольких десятков и даже сотен квадратных метров на один грамм твердой фазы (Mitscher- lich, 1923; Richards, 1960); отсюда понятна весьма высокая поверхностная энергия, свойственная тяжелым почвам и особенно почвам, богатым гумусом, т. е. наиболее тонкими органическими коллоидами. Она настолько велика, что доминирует над весом частиц, обусловливая передвижение их в дисперсии. В силу поверхностной энергии механические элементы, взаимодействуя между собой, при определенных условиях могут взаимно притягиваться: коагулировать, слипаться, склеиваться, образуя различной величины и формы агрегаты или структурные отдельности. Способность почвы образовывать из механических элементов агрегаты носит название структурообразующей способности почвы, а совокупность получающихся в этом процессе агрегатов различной величины, формы, прочности, во- допрочности и пористости, характерных для данной почвы и отдельных ее горизонтов, 4
составляет структуру почвы. По предложению Гедройца (1926), условно принято структурные отдельности диаметром <0,25 мм называть микроагрегатами, а крупнее этой величины — макроагрегатами почвы. В настоящее время можно считать общепризнанным, что плодородие почв тяжелых по механическому составу (среднесуглинистых, тяжелосуглинистых и глинистых) в сильнейшей степени зависит от их структуры, так как характер последней определяет водный, воздушный, биологический, а значит и' питательный режим почвы. Для тяжелых по механическому составу почв справедливо определение культурная почва — структурная почва. Следует отличать понятия о структуре почвы как характерном морфологическом ее признаке от понятия структуры почвы в агрономическом смысле. Как морфологический признак определенного типа почв любая структура может быть признана характерной и хорошо выраженной, будь то структура зернистокомковатая (для черноземов), ореховатая (для серых лесных земель), листоватая (для горизонта А2 подзолистых почв), столбчатая (для солонцов) и т. д. В агрономическом понимании положительной структурой является лишь мелкокомковатая и зернистая структура с агрегатами диаметром 0,5—10 мм, по качеству — пористая, механически упругопрочная и водопрочная (эти свойства обусловливают длительное сохранение структуры при обработках почвы и после искусственного или естественного ее увлажнения). Наряду с макроструктурой (>0,25 мм) большое значение для оценки свойств почвы имеет и ее микроструктура (<0,25 мм). Она также должна быть водопрочной и пористой. При этом наилучшие размеры микроструктуры соответствуют величинам зерен 0,25—0,05 и 0,05—0,01 мм. Такая микроструктура, будучи водопрочной, например, в красноземах и желтоземах, сообщает положительные свойства макроагрегатам. Кроме того, она и непосредственно повышает влагоемкость почв, улучшает водо- и воздухопроницаемость их, играя как бы роль песчаных зерен и лессовидной фракции. Однако она превосходит последние по качеству, так как в отличие от песчаных зерен и крупной пыли микроагрегаты обладают внутриагрегатной порозностью, где сосредоточиваются вода, микроорганизмы, корневые волоски. В почвах различного типа генезис структуры и свойства структурных отдельностей различны. 5
В настоящей работе мы стремились дать краткий обзор различных воззрений на процесс структурообразования и значимость структуры в плодородии почвы с учетом как старых, так и современных работ, а также наметить перспективы исследования этого вопроса в дальнейшем. В экспериментальной части работы под руководством автора от Почвенного института Академии наук СССР принимали участие: Е. И. Кочерина, П. У. Бахтин, М. Н. Польский, С. А. Модина, А. И. Личманова, А. Г. Бондарев; от Московского государственного университета: А. И. Мосолова, Л. В. Михайлова, Г. В. Шаклеина, А. В. Юранева, 3. Д. Фи- люгина, Т. Н. Красильиикова. Рисунки для работы оформлены К. А. Басовой и М. А. Гусаковской. Большую часть экспериментов по испытанию полимеров для оструктуривания почв выполнили Модина (1962) и Мосолова (см. Качинский и др., 1961). Состав и свойства механических элементов дерново-подзолистых почв исследовала Кочерина (1954), серых лесных земель — Личманова (1962), почв светло-каштанового комплекса — Воронин (1958). При изучении особенностей механических элементов особое внимание обращалось на выявление пластических свойств отдельных фракций и способность их коагулировать в слабых солевых растворах, образуя первичные агрегаты.
Глава I О СТРУКТУРЕ ПОЧВЫ В СВЯЗИ С ЕЕ ПЛОДОРОДИЕМ (от Комова до Докучаева и Костычева) Наиболее замечательным трудом из прошлого, в котором широко представлена агрофизика и учение о структуре почвы, является работа выдающегося русского агронома конца XVIII в. И. М. Комова «О земледелии», изданная в Петербурге в 1789 г. В этом классическом произведении с изумительной широтой и глубиной для своего времени, как в энциклопедии, поставлены все вопросы сельского хозяйства, в том числе почвоведения и земледелия. Автор различает почвы от природы бедные и богатые, плодородные и неплодородные и намечает пути наиболее эффективного использования их под культурные растения. «Хлеб, — пишет Комов (1789),— не может терпеть ни горячей земли, ни студеной, ни мокрой, ни сухой. Трещины зной солнца в землю пропускают. Хорошо, когда в почве воды — одна четверть ее веса, а питательные вещества в растворе составляют по весу одну четырехсотую долю». Лучшей почвой он считает чернозем. Он богат питательными веществами и структурен. «Древние чернозем гнилою землею называли. Он произошел от согнития животных и растений. Частицы, его составляющие, ни излишне крепко, ни чрезмерно слабко дружка со дружкой сцепляются. Вода и воздух свободно в него проходят. Земля эта хлеба роди г много, а навозу и работы мало требует». По Комову, поднять плодородие почв призвана наука земледелия, в которой агрофизика играет первейшую роль. «Земледелие,— пишет он,— с высокими науками тесный союз имеет, каковы суть: история естествознания, наука лечебная, химия, механика ипочти вся физика; и само оно ничто иное есть, как часть физики опытной, только всех полезнейшая» (Разрядка моя.—И. К.). 7
В труде Комова обстоятельно описываются почти все физические свойства почвы: водные, воздушные и тепловые, механический и структурный ее состав и зависимость свойств почвы от ее структуры. Огромное значение автор придает обработке полей, так как «от пахоты земля пушнее и сочнее становится и вредных растениям вещей избавляется. Нижние слои, выпаханные наверх, пока воздухом не будут сдобрены, неплодородны бывают». Вспашка рекомендуется зяблевая, в том числе и под «парянину» (пар). Значительно позже трудов Комова мы находим аналогичную с его учением постановку вопросов о значимости в плодородии почвы физических свойств и ее структуры в работах Тейера (Thaer, 1806), Г. Деви (1832), Шюблера (Schubler, 1938), Шумахера (Schumacher, 1864), Вольни (Wollnv, 1878— 1898). Однако наибольшее приближение к современному учению о структуре почвы как главнейшем факторе ее плодородия дается в трудах русских ученых — М. Г. Павлова (1837), Я. А. Линовского (1846)/ А. В. Советова (1859, 1867), А. А. Измаильского (1893, 1894) и особенно в трудах творцов научного почвоведения — В. В. Докучаева (1892, 1899 а,б, 1901) и П. А. Костычева (1886—1887). Автор классических работ о черноземе Докучаев не мог не заметить первенствующей роли в плодородии почвы ее структуры и зависимости от структуры всех свойств почвы. Так, в 1892 г. он указывал, что «коренным образом измененные водные и физические свойства должны служить основой агротехнических мер борьбы с засухой». Позже он неоднократно возвращается к этому вопросу. Он пишет: «В черноземной полосе России прежде всего нужно заботиться о восстановлении первоначальной физики почв вообще и зернистой структуры их в особенности...» (Докучаев, 1899а). «Разумнее сберегать ту воду, которую дают нам атмосферные осадки, а для этого нужно реставрировать, возобновить природу почв, коль она испорчена неумелыми руками, и теперь хлеба страдают от засухи» (Докучаев, 1901. Разрядка моя.— Н. К.). Вместе с Костычевым Докучаев ратовал за необходимость плановой организации территории, за всестороннее воздействие на климат и почву в целях повышения ее плодородия. «Н еобходимо разбить Россию на строго 8
определенные сельскохозяйственные районы...» и «выработать свои агрономические приемы и методы, строжайшим образом приспособленные к местным условиям, как почвенным и климатическим, так и бытовым и экономическим...» (Докучаев, 1892, 18996. Разрядка моя.— Н. /С.). Второй корифей русской агрономии и почвоведения Кос- тычев еще ближе подходит к современным научным концепциям о структуре почвы. Несмотря на то что в период деятельности Костычева еще не существовало развитого учения о поглощающем комплексе почвы и имелись лишь весьма скромные сведения о почвенных коллоидах, он, используя работы современников (Шлезинга, Вольни и др.) и собственные исследования, сумел создать столь научное и стройное учение о структуре почв, что по праву может считаться ближайшим предшественником Вильямса и Гедройца в этом вопросе. Костычев различал в почве пассивную часть (песок и пыль) и активную, клеющую (гумус и глину). Эти последние он также разграничивал по их качеству, особо подчеркивая роль темных гумусовых веществ типа гуминового комплекса. Он описывает два возможных процесса образования структуры почвы: а) как следствие взаимного осаждения коллоидов и б) свертывание коллоидальной части почвы с помощью электролитов. Не располагая современным учением о катионах в почвенном растворе и строении коллоидов, Костычев силой научного предвидения оценил роль извести и кальция и был горячим сторонником известкования и фосфоритования кислых почв. Он первый в 1886 г. предложил классифицировать структуру почвы на водопрочную — агрономически ценную и неводопрочную. Позже на это свойство особое внимание обращали Вильяме и Гедройц. Главную роль при создании водопрочной структуры Костычев справедливо приписывал органическим веществам. «В почвах, частицы которых связаны перегнойными солями, комки не разрушаются и от действия чистой воды» (Костычев, 1940). Он указывал, что гумус может только раз активно цементировать структуру почвы: «...гумусовые соли после высыхания и распыления в значительной степени теряют способность цементации» (Костычев, 1940). Из всех форм структуры как агрономически ценную Костычев выделяет комков а- 9
т о-з е р н и с т у ю структуру, каковую и следует создавать в пахотном слое, ибо «в комковатую почву с большой легкостью проходит воздух и вода, а для жизни растений не безразлична легкость обмена почвенного воздуха на новый и легкость промокания почвы до большой глубины» (Костычев, 1940- Разрядка моя. — Я. /С.). Среди методов воссоздания структуры почвы наряду с известкованием и фосфоритованием кислых почв Костычев особую роль отводит многолетним травам. Им разработана система культурной обработки почв: лущение в целях сохранения влаги и борьбы с сорняками, глубокая зяблевая пахота, чистые пары для засушливых местностей (особенно черный пар) и другие приемы. Из сказанного видно, что Костычев оставил нам глубоко научные, а потому правильные указания по основным вопросам агротехники и учения о структуре почвы. Его положения нашли дальнейшее развитие в работах В. Р. В и л ь я м с а и К. К. Г е д р о й ц а.
Глава II СТРУКТУРА ПОЧВЫ В РАБОТАХ В. Р. ВИЛЬЯМСА Вильяме в ряде работ (1919 г. и последующие публикации) описал процессы, протекающие в структурной почве. Излагаем его концепции с некоторыми критическими замечаниями1- Бесструктурная почва характеризуется раздельно-частичным строением. Это приводит к плотной упаковке частиц почвы, к тонкокапиллярной, волосной ее порозности. Такая почва плохо водопроницаема. Низкая порозность влечет за собой недостаточную влагоемкость, а следовательно, и незначительные запасы воды в почве. Вместе с тем почва обладает наивысшей капиллярной проводимостью. По капиллярам вода легко поднимается к поверхности и испаряется в атмосферу. Этому в сильнейшей степени содействует корка с волосной порозностью, которой бесструктурная почва неизменно заплывает после каждого дождя. Запасы воды в почве быстро исчезают в результате физического испарения. Водно-воздушный, а значит, и тепловой режим в бесструктурной почве резко меняется во времени. Во влажном состоянии, в промоченном слое, все поры занимает вода; в почве воздуха нет или его очень мало. Процессы характеризуются анаэробиозисом. Мобилизация питательных веществ подавлена. Культурные растения страдают от недостатка кислорода. По мере подсыхания почва быстро теряет всю капиллярную воду. Поры ее в основном заполняются воздухом. Анаэробный процесс сменяется аэробным, приводящим к более быстрому распаду перегноя, к минерализации его, что в еще 1 Некоторые положения Вильямса по этому вопросу не нашли экспериментального подтверждения и в настоящее время рассматриваются в несколько ином аспекте, но в его высказываниях содержится много ценных мыслей, поэтому считаем необходимым кратко их привести. Критические замечания смотрите в настоящей работе в главах V, VI, VII. 11
большей степени обесструктуривает почву. Теперь растения страдают и гибнут уже от недостатка воды. Таким образом, вода, воздух и пища в бесструктурной почве — антагонисты. Бесструктурная почва плотна, как дорога. Удельное сопротивление ее при пахоте предельно высоко (около 1 кг/см2). Корни растений в такую почву проникают с трудом и размещаются приповерхностно. Ввиду стихийности в бесструктурной почве водного, воздушного и питательного режимов она малоплодородна. Урожаи культурных растений на ней низки и неустойчивы. Совсем иначе протекают процессы в структурной почве. Она слагается из зерен и комков размерами от 1 до 10 мм. Комки и зерна обладают капиллярной порозностью, а промежутки между ними представлены некапиллярами. Общая порозность и влагоемкость почвы высоки. Водопроницаемость ее отличная. По крупным порам вода легко проникает вниз, глубоко промачивая почву и рассасываясь по капиллярным ходам комочков и зерен. Все 100% осадков воспринимаются почвой. Поверхностный сток отсутствует, а значит, исключены и разрушительные процессы эрозии. Во влажной структурной почве наблюдается диалектическое единство противоположностей. Капиллярные поры комков и зерен заняты водой, и процессы внутри них характеризуются анаэробиозисом. В этих условиях разложение органических веществ анаэробными бактериями сопровождается образованием ульминовой кислоты, дающей при замораживании в процессе денатурирования нерастворимый в воде ульмин. Диаметрально противоположен водному и воздушному режимам внутри комков процесс, протекающий в порах аэрации на поверхности структурных комков и зерен. Эти поры заполнены постоянно обновляющимся воздухом. Здесь протекают аэробные процессы. Разложение органических веществ аэробными бактериями сопровождается образованием гуми- новой кислоты, переходящей на холоду при денатурировании в гумин. Гуминовая кислота и гумин, как быстрее минерализующиеся, в меньшей мере, нежели ульминовая кислота и ульмин, способствуют склеиванию, оструктуриванию почвенных частиц; но значение их велико как источника питательных веществ, которые высвобождаются в усвояемых для растения формах при минерализации этих органических веществ. Кислоты — гуминовая и ульминовая — получаются при бактериальном разложении органических остатков травянистой растительности. По Вильямсу, это бактериальные экзо- 12
энзимы, выделяемые микроорганизмами во внешнюю среду для воздействия на органическое вещество, как источник энергии организма или его пищи. Оструктуривающее значение их особо возрастает ^при взаимодействии с ионом кальция. Гумат кальция гуминовой и особенно ульминовой кислот — драгоценный цемент почвенной структуры. Структурные комочки, скрепленные гумином, ульмином и особенно гуматом кальция гуминовой и ульминовой кислот, механически упруго-прочны и, что особенно важно, водопроч- ны, а потому длительно противостоят размывающему действию воды. Так как гуминовая и ульминовая кислоты, переходя в гумин и ульмин, а также гумат кальция свертываются в воде необратимо, то очевидно, что как структурный цемент они могут действовать лишь один раз. Отсюда важное следствие: созданную структуру нужно тщательно оберегать от разрушения, ибо, будучи разрушена, она может быть воссоздана лишь при наличии новых порций свежеосажденного деятельного перегноя. В структурной почве одновременно присутствуют вода и воздух и легче обеспечивается благоприятный тепловой режим. В ней при совмещении анаэробного и аэробного процессов многогранней проходит выветривание минеральной части почвы и бактериальное разложение гумуса с высвобождением питательных для растений веществ. «Каждый комок,— говорит Вильяме (1943),— служит как бы сберегательной кассой, которая мешает почве сразу растратить все свои богатства. По мере того, как растение использует элементы пищи на поверхности комка, оно находит все новые и новые количества пищи, но запас, богатство почвы, сохраняется, ибо не растрачивается впустую». Будучи одновременно обеспечена водой, воздухом и пищей, структурная почва удовлетворяет все запросы растений и обеспечивает высокий устойчивый их урожай (Вильяме, 1943, 1947, 1949 и др.).
Гл а в а III КОАГУЛЯЦИОННАЯ ТЕОРИЯ ОБРАЗОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПОЧВЫ К. К. ГЕДРОЙЦА Если о значимости структуры для плодородия почвы нет разногласий в трудах классиков почвоведения (Докучаева. Костычева, Вильямса, Гедройца), то нельзя этого же сказать о теории структурообразования. Как было показано выше, образование структуры, по Вильямсу, в первую очередь связано с цементацией механических элементов почвы денатурирующимися органическими кислотами — гуминовой, и особенно ульминовой, и гуматами кальция этих же кислот (процесс перехода золя в гель). Иначе раскрывается динамика структурообразования с физико-химических позиций Гедройца. Еще Коэн установил, что при взаимодействии твердой и жидкой фаз в системе возникают электрические силы. В этом процессе фаза, обладающая большей диэлектрической постоянной, получает положительный заряд, а фаза с меньшей диэлектрической постоянной заряжается отрицательно. Например, стекло с диэлектрической постоянной 4,7, будучи погружено в воду (с диэлектрической постоянной 81), заряжается отрицательно. Оно же, контактируя с бензолом (диэлектрическая постоянная его 2,3), получает положительный заряд. Диэлектрическая постоянная различных компонентов твердой фазы почвы намного ниже, нежели диэлектрическая постоянная свободной воды, поэтому во влажной почве суммарный заряд твердой фазы всегда будет отрицательным, а в жидкой фазе — положительным. Но это лишь общая (суммарная) закономерность. В дифференцированном виде различные компоненты твердой фазы и раствора несут и положительные и отрицательные заряды. Отрицательно заряжены силикаты, алюмо- и ферросиликаты, органические кисло- 14
ты, анионы диссоциировавших кислот, солей и щелочей. Положительно заряжены гидраты окисей железа и алюминия, катионы диссоциировавших кислот, солей и щелочей. Некоторые коллоиды, например гидраты окисей железа и алюминия, способны перезаряжаться в зависимости от реакции среды, что связано с различным характером отдис- социирования ими ионов в кислой и щелочной средах. Это будут амфотерные коллоиды или амфолитоиды. В разноименной зарядке коллоидов и ионов диссоциировавших электролитов Гедройц видит исходный энергетический момент для образования структуры почвы. Противоположно заряженные коллоиды, взаимно притягиваясь, будут коагулировать, образуя первичные агрегаты (микроагрегаты)—это случай взаимного осаждения коллоидов, например коллоидных частиц алюмо- и ферросиликатов во взаимодействии с гидратами окиси железа и алюминия. Еще чаще коагуляция коллоидов вызывается ионами диссоциировавших электролитов, преимущественно катионами. Как отмечено выше, лишь исходный момент образования агрегатов связан с разноименной зарядкой коллоидных мицелл и ионов электролитов. Благодаря этому идет сближение частиц, при котором после снятия зарядов вступают в действие силы молекулярного и атомного притяжений. Гедройц (1926, стр. 121) отмечает данное явление, поэтому не правы авторы, обвиняющие его в недоучете при процессе структурообразования сил Ван-дер-Ваальса или сил остаточных валентностей. Он лишь не употребляет этих терминов, а говорит о силах молекулярного притяжения. Коллоидальные частицы могут сталкиваться и в процессе теплового (броуновского) движения. Коагуляция коллоидальных частиц, по Гедройцу, далеко не всегда наблюдается в изоэлектрической точке, поэтому первичные микроагрегаты сами могут сохранять остаточный заряд — положительный или отрицательный, и в случае разноименной зарядки будут взаимно притягиваться, образуя микроагрегаты второго, третьего и т. д. порядков. Схематически этот процесс представлен на рис. 1. Основное возражение против данной теории сводится к утверждению, что подобный процесс возможен лишь при коагуляции суспензии в растворах и что в почве для развертывания его нет пространства. Нам такое возражение кажется неубедительным. Не следует забывать, что в среднем половина объема почвы представлена порами, размеры которых в большинстве случаев во много раз превосходят вели- 15
•чину коллоидальных частиц и микроагрегатов (к последним Гедройц относит структурные отдельности с диаметром <0,25 мм). Кроме того, необходимо отметить, что мелкозер- Рис 1 Образование микроагрегатов при коагуляции коллоидов (схема автора): а — исходные коллоидные частицы; в — микроагрегаты первого порядка; с — микроагрегаты второго порядка; d — микроагрегаты третьего порядка; е — микроагрегаты четвертого порядка нистая структура, которая должна получаться в процессе коагуляции коллоидов и слипания коллоидальных мицелл под влиянием сил Ван-дер-Ваальса и остаточных валентностей, характерна в основном для поверхностного перегнойно-акку- 16
мулятивного горизонта почв и пахотного слоя. А в этих слоях во всех почвенных зонах наблюдаются периоды высокой смо- ченности почвы и более широко представлена динамичность в передвижении почвенных частиц и агрегатов, особенно при обработке почв. Гедройц дал понятие о коагуляции при структурообразо- вании в почве — обратимой и необратимой, тем самым научно обосновав понятия о структуре водопрочной и расплывающейся в воде. Коагуляция будет обратимой, если коагель при удалении из раствора ионов, вызвавших коагуляцию (например, Na*), вновь пептизируется. При необратимой коагуляции образовавшийся коагель не пептизируется даже в случае удаления из раствора ионов, вызвавших коагуляцию (например, Са" или Fe*##). На основе эксперимента Гедройц сформулировал правило о коагулирующей силе катионов — она возрастает вместе с валентностью катионов, а в каждой группе вместе с атомным их весом: Fe —>Al—>Ba~ >Sr->Ca- > Mg- >K>Na- > > Li*. В этом ряду, как известно, наблюдается аномалия, согласно которой ион водорода из первой группы и с наименьшим атомным весом обладает силой коагуляции большей, нежели кальций. Эта аномалия была объяснена уже после работ Гедройца на основе учения об ионном радиусе и степени гидратации ионов (Гольдшмидт, 1937; Ферсман, 1952— 1953 и др.)- Ион водорода оказался «голым» ионом. Он гид- ратирован одной молекулой воды, тогда как Na* имеет их при гидратации 60—70, К*—12—17, Mg'72— 20, Са*72—14 !. Будучи «голым» ионом и, следовательно, распределяя свой заряд на минимальную водную сферу, Н* обладает более высоким напряжением электрического поля. Кроме того, при наименьшей водной оболочке он может подойти к противоио- ну или коллоидной мицелле на более близкое расстояние, нежели ионы с мощными гидратными оболочками. А взаимодействие между ионами и заряженными частицами, согласно закону Кулона, прямо пропорционально их зарядам и обратно пропорционально квадрату разделяющего их расстояния Следует заметить, что правило Гедройца о коагулирующей силе катионов справедливо лишь для условий кислой среды. С. Матсон (1938), Тоурила. (P. tourila, 1926—1928) и другие показали возможность обращения ряда Гедройца в щелочных условиях. Например, для кислой среды имеем ряд 1 Вопрос о степени гидратации ионов не имеет до настоящего Бремени однозначного решения. См. по данному вопросу Н. И. Горбунов (1948, стр. 24). 17
по силе коагуляции: Ba^Sr^Ca'^Mg", а для щелочной: Mg'->Ca"e>Sr'>Ba"", что сопряжено с различной растворимостью в воде гидратов окисей означенных катионов. Mg(OH)2— наименее растворим в воде. Выпадая в осадок, он выводит из раствора ОН~~, т. е. ион, обладающий наибольшей способностью диспергировать отрицательно заряженные коллоиды, которые в почве преобладают. Гедройц, как и Костычев, выделяет активную и пассивную части в почвенном мелкоземе. Активная часть, коагулируя и слипаясь, может захватывать в сферу коагуляции более грубые дисперсии и склеивать их. Склеивание более грубых дисперсий может наблюдаться и в том случае, когда поверхность их покрыта коллоидальной пленкой (Тюлин, 1958; Ан- типов-Каратаев и др., 1948; Вершинин, 1941 и др.). К активному мелкозему Гедройц относит лишь коллоиды, 1. е. частицы <0,1 |ы. В работах последнего времени доказано, что способностью коагулировать в слабых солевых растворах и клеющей способностью обладают и значительно более крупные частицы, вплоть до 5 |ы (Мельников, 1949; Кочерина, 1954: Воронин, 1958; Личманова, 1962 и др.). Многофазность процесса структурообразования почвы, по Гедройцу, подтверждается рядом наблюдений. Так, прочность структурных отдельностей и водопрочность их возрастают по мере движения от комков и зерен к микроагрегатам почвы, которые образовывались, как это показано на рис. 1, при более высоком электрокинетическом ^-потенциале. М. Н. Польскому (1952) в нашей лаборатории удалось показать методом почвенных шлифов (рис. 2) гнездовой характер строения агрегатов по мере увеличения размеров их от первичных микроагрегатов к более крупным. Микроагрегаты и агрегаты, образовавшиеся в процессе коагуляции, в дальнейшем могут упрочняться различным путем. В частности, как показано исследованиями в самые последние годы, механическая прочность и водопрочность агрегатов может возникать и возрастать как следствие химических процессов, протекающих в почвах при сменных режимах (Качинский, 1958; Кульчицкая, 1957, 1959; Горбунов и Ковалев, 1953). Типичной в этом отношении является зернистая структура центральных пойм и ряда перегнойно-болотных почв, которые попеременно переживают периоды переувлажнения и просушивания. При. переувлажнении в почве развиваются восстановительные процессы, сопровождающиеся образованием растворимых в воде закисных форм железа, которые вместе 18
Рис. 2. Зарисовка шлифа чернозема обыкновенного, террасового, суглинистого, иловато-пылеватого, А„ (люцернище). Сложный агрегат высших порядков (шлиф и зарисовка М. Н. Польского). Ув. 80: 1—микроагрегаты; 2— кристаллы минеральных пород; 3 — органический цемент; 4 — видимые микропоры с почвенным раствором пропитывают агрегаты. В засушливый сезон, при опускании грунтовых вод или верховодки, просыхающие слои почвы аэрируются, закисное железо переходит в нерастворимые формы окисного железа, которые, размещаясь в порах, цементируют агрегаты. !9
Такую структуру мы исследовали (1949—1950) на рисовых полях Талыша Азербайджанской ССР и в других местах. Она обладает высокой механической прочностью и водопрочно- стью, но агрегаты при этом мало пористы (порозность <40%), так как часть объема пор постепенно заполняется Fe(OH)3. Во многих случаях мы отмечали, что в качестве цемента агрегатов служат СаС03 при образовании его из бикарбоната кальция по реакциям: Са(НС03Ь -*- СаС03+С02+Н20 (при подсыхании почвы) или Ca(HC03)2-f-CaO -+ 2СаС03+ +Н20 (при инфильтрации раствора с бикарбонатом кальция в горизонты с избытком СаО). При удобрении почв суперфосфатом и преципитатом цементом почвенных агрегатов может стать Са3(Р04)2 при образовании его из растворимых форм фосфатов — СаНР04 или Са(Н2Р04)2. Результат интересного полевого опыта на эту тему был доложен в 1-й комиссии VII Международного конгресса почвоведов в США американцами Лутза, Лагосом и Хильтоном (Lutz, Lagos, Hilton, 1960). Сопоставляя процессы структурообразования почвы по теориям Костычева, Вильямса и Гедройца, мы находим в них много общего. Все три автора придают исключительное значение в процессе структурообразования коллоидной фракции почвы, особенно органическим коллоидам. Вильяме только за этими последними и признает роль цемента почвенной структуры. Это не случайно. Конечно, он знал о клеющей способности минеральных коллоидов, но структурой он считал лишь агрономически полезную структуру, т. е. комковато-зернистую по форме, упруго-прочную, водопрочную и пористую по свойствам, а такая структура образуется при обязательном участии органических коллоидов и травянистой растительности. В теории структурообразования Гедройца недооценивается роль биологических факторов, но глубже, нежели это было сделано до него Костычевым и Вильямсом, освещается физико-химическая сущность структурообразования. Теории структурообразования Костычева, Вильямса, Гедройца нужно не противопоставлять, а сочетать. Они хорошо объясняют особенности структуры (главным образом микроструктуры) почв разного типа. Скажем, наиболее совершенно выраженная комковато-зернистая структура черноземов обусловлена богатством их органическими и минеральными коллоидами с преобладанием кислот гуминового и ульминового комплекса и катионом кальция. Само собой разумеется, что этому способствовала травянистая (разного
травная) богато развитая растительность, обладающая мощной, хорошо разветвленной корневой системой; деятельность дождевых червей и насекомых; периодическое просушивание и промораживание почвы и другие процессы, о чем будет сказано ниже. При движении от черноземной зоны на юго-восток и север отмечается ухудшение структуры почвы. В каштановой зоне оно вызвано меньшей обогащенностью почвы минеральными и особенно органическими коллоидами, а также появлением в поглощающем комплексе почвы иона натрия, обладающего наименьшей коагулирующей способностью. Менее интенсивно здесь воздействие на структуру почвы и биологических факторов, особенно растительности. В подзолистой зоне травянистая растительность черноземных степей сменяется в основном древесной растительностью, дающей иной материал для гумусообразования, богатый смолами, дубильными кислотами. Разложение органических веществ преимущественно грибное. В результате в почве отмечается низкое содержание перегноя с преобладанием в нем фульвокислот. В минеральной части почвы обычно преобладают пассивные механические элементы — песок и пыль. Беден поглощающий комплекс почвы. В нем и в почвенном растворе незначительно содержание катиона кальция. В них присутствует катион водорода — сильный коагулятор, однако концентрация его в растворе много ниже, нежели концентрация кальция в почвенном растворе черноземов. В результате структура перегнойно-аккумулятивного горизонта подзолистых почв морфологически выражена нечетко. Прочность, порозность и водопрочность ее значительно слабей, нежели в черноземах. Проведя подробный анализ условий и факторов почвообразования, можно объяснить характер структуры любой почвы и ее горизонтов.
Глава IV ДИСКУССИЯ О ЗНАЧИМОСТИ СТРУКТУРЫ ПОЧВЫ КАК ФАКТОРА ЕЕ ПЛОДОРОДИЯ К 1930 г. полностью сложилось учение Костычева, Вильям- са, Гедройца о структуре почвы. Тезис о том, что культурная почва, тяжелая по механическому составу, должна быть структурной, казался общепринятым1. Однако в тридцатых годах по почину Вятской и Саратовской опытных станций и некоторых учреждений Украины и Москвы делается сначала робкая, а затем все более смелая попытка расшатать устои учения о структуре почвы как факторе ее плодородия. С разной степенью настойчивости проповедовалась борьба со структурой, как с вредным фетишем, и лозунг — «распыляй почву — повысишь ее плодородие». Вместе с этой антинаучной теорией рождались и другие: отрицание необходимости севооборотов и глубокой вспашки почв, рекомендации посева сельскохозяйственных культур в грязь и по снегу и пр. В 1931 г. на Всесоюзном совещании почвоведов теории, отрицающие значимость структуры почвы, по докладу автора настоящей работы, подверглись суровой научной критике и были полностью опровергнуты. На примитивное возражение «нам нужна не структура почвы, а высокий урожай сельскохозяйственных растений» 1 Вопросам генезиса структуры почвы и агрономической ее значимости посвящены многие работы зарубежных ученых. Наиболее крупная монография по этому вопросу принадлежит английскому ученому Расселу (Е. W. Russel, 1938). См. также сб. «Probleme der Krumelstabilitats- messung und der Krumelbildung». Deutsche Akademie der Landwirtschafts- wissenschaften zu Berlin. Tagunsberichte, Nr. 13, 1958. Если не считать единичных антиструктурников, как, например, американских агрономов Веймейера (F. Veihmeyer, 1927) и Шоу (С. Shaw, 1929), то можно констатировать, что взгляды зарубежных ученых согласуются с учением о структуре почв Костычева, Вильямса, Гедройца и их учеников. 22
был дан исчерпывающий ответ, что структура почвы не самоцель, а средство получить на суглинистых и глинистых почвах наивысший урожай при данных конкретных условиях по сравнению с такой же, но бесструктурной почвой и при тех же условиях. Кроме того, структурная почва оказывает меньшее удельное сопротивление при обработке ее, а следовательно, на такой почве обеспечивается большая выработка при пахоте, при культивациях и при посеве сельскохозяйственных культур при меньшей затрате горючего. В настоящее время, через 30 лет после упомянутой всесоюзной дискуссии в связи с критикой — по экономическим соображениям — травопольных севооборотов, снова появились в печати бездоказательные выступления против структуры почвы. Вместо того чтобы найти заменителей трав в оструктуривании почв *, авторы таких утверждений вступают на легкий путь отрицания структуры. При этом (сознательно или бессознательно) замалчиваются общеизвестные факты, что структурная почва во много раз более воздухо- и водопроницаема, чем распыленная, что она более влагоемка и меньше испаряет воды, что удельное сопротивление при обработке на структурной почве меньше, что она легче проницаема для корней растений, что на структурной почве легче бороться с засухой в засушливых районах и с заболачиванием — в избыточно увлажненных, легче бороться с эрозией почв и др. Отрицать значимость структуры почвы — это значит отрицать значимость ^всел физических свойств почвы, тесно со структурой связанных, а с физическими свойствами — воздушными, водными, тепловыми — нераздельно сопряжены химизм почвы и биологическая, (в том числе микробиологическая) деятельность, в. ней. Таким образом, противники структуры почвы, сами того не осознавая, фактически отрицают значимость плодородия почвы. Но и среди исследователей, признающих роль структуры почвы как фактора ее плодородия, не всегда намечался правильный путь оструктуривания почв. В ряде работ утверждался формальный, механистический подход к решению этого вопроса. В них форма структуры отрывалась от содержания, от свойств агрегата. Предлагались рецепты оструктуривания почв различными способами без учета свойств почв и требований растений. Об этом смотрите в rvi VII настоящей работы 23
В некоторых теориях оструктуривания почв отводилась преувеличенная роль воде, рекомендовались процессы оструктуривания переувлажненной почвы. Предполагалась возможность оструктуривания почвы любого состава и любого грунта с помощью специальных структуроделательных машин («структурных» комбайнов). Считалось возможным полное воссоздание структуры распыленной почвы путем однократной ее обработки, без изменения химизма почвы; рекомендовалось оструктуривать почву путем насыщения ее ионом натрия (Виленский и Германова, 1934, 1937, 1940, 1945; Вершинин и Константинова, 1935; Колосов, 1937, 1938, 1939; Горькоза, 1937, 1939; Будакова, 1940 и др.). Эти подходы к структурообразованию далеки от учения Костычева, Вильямса, Гедройца и от современного учения о структуре почв; они в корне противоречат им и понятию об агрономически полезном почвенном агрегате: водопрочном, упруго-прочном, но оптимально пористом. Долг почвоведов и агрономов в порядке живительной критики и самокритики рассмотреть эти вопросы, чтобы устранить все неясное и неверное в учении о структуре почвы и не рисковать заменить в нашей науке антиструктурные теории псевдоструктурными.
Хранить наследство — вовсе не значит етг ограничиваться наследством... В. И. JIi-iuh Глава V КРАТКИЙ ОЧЕРК НОВЕЙШИХ РАБОТ ПО ВОПРОСУ О СТРУКТУРЕ ПОЧВЫ Дискуссия о структуре почвы, показавшая научную беспочвенность антиструктурников, имела и другое положительное значение: она привлекла к вопросу о структуре почвы внимание всех советских почвоведов. В последние десятилетия в связи с развитием химии, физики, биологии и других разделов естествознания наметились новые пути, новые методы и в изучении почв, почвенных поо- цессов. Значительное развитие получили физика и механика почв, физическая химия, биология почв, почвенная минералогия и некоторые другие разделы почвоведения. Методы изучения почв обогатились широким применением оптики, хроматографии, рентгеноструктурного, электроноскопического, термического и других анализов. Получили развитие почвенная механика и технология, новые скоростные методы обработки почв в поле. Все это в целом не могло не сказаться и на развитии учения о структуре почв. Этому вопросу уделено большое внимание почвоведами различных направлений. За последние тридцать лет в советской агропочвенной литературе структуре почвы посвящено больше статей, чем какому-либо другому разделу почвоведения. В процессе структурообразования первенствующую роль играют: органическое вещество почвы и почвенное микронаселение, почвенные коллоиды, биологические и химические процессы, протекающие в ней, динамика водного, воздушного и теплового режимов, различные формы воды в почве. В изучении этих вопросов достигнуты значительные успехи. Главнейшие из них, касающиеся структуры почвы, мы отметим в настоящей главе. Еще А. Н. Сабанин (1909) утверждал, что «нет такого свойства почвы и процессов, в ней происходящих, в которых 25
бы растительность живая и мертвая не влияла на них прямо и косвенно». В соответствии с этим тезисом и с указанием Вильямса (1947) о том, что «сущность почвообразовательного процесса — это синтез и разрушение органического вещества», большое внимание исследователей привлек процесс гумусо- образования в почве. Усилилось внимание к изучению корневых систем растений как материала для гумусообразования и как фактора, способствующего оструктуриванию почв еще при жизни растений (Качинский, Красовская, Тюлин, Савви- нов, Малянов, Чижевский, Дараселия, Панкова, Бейдеман, Зонн, Вадюнина, Гаель, Канивец, Афанасьева и др , 1930—1960). Установлена тесная сопряженность свойств почвы и характера развития в них корневых систем растений. Распределение гумуса в профиле почв как бы повторяет общую схему развития в них корней. Тем самым доказывается первенствующая роль корневых систем в гумусообразовании разных почв. Изучая корневую систему трав, Саввинов (1936) установил, что оструктуривающее действие их сказывается более эффективно в почвенных зонах, наиболее обеспеченных влагой (тундровой, дерново-подзолистой и черноземной), нежели в зоне сухих степей. В соответствии с этим благоприятное влияние трав на структуру почвы в засушливых зонах отчетливо выявляется лишь при орошении, которое обеспечивает высокие урожаи трав (свыше 100 ц сена с 1 га), преимущественно люцерны. В последние годы многие работы посвящены изучению корневых систем лесных и садовых культур, в связи со свойствами почвы. Особого внимания в этом отношении заслуживают многолетние исследования Г. И. Груздева (1956) и И. И. Канивца (1958, 1960), открывающие новую страницу садового почвоведения. Во всех исследованиях по гумусообразованию подтверждается первенствующая роль в этом процессе биологического фактора. Значение чисто химических и физико-химических процессов при синтезе перегнойных веществ отходит на второй план. Экспериментально прослежены фазы последовательного распада органических остатков, химизм процесса гумификации и состав образующихся гумусовых веществ. Показано, что образование гумусовых веществ является результатом 26
глубоких превращений компонентов растительных и животных тканей, обусловленных деятельностью микроорганизмов (Гельцер, 1940, 1946; Мишустин, 1943; Кононова, 1947, 1951; Рудаков, 1949, 1953; Красильников, 1958). Доказана возможность нелигнинного происхождения гуминовых кислот на ранних стадиях гумификации растительных остатков. Первоисточником гуминовых кислот (на этой стадии) являются углеводные комплексы тканей, в частности целлюлоза, подвергающиеся разложению целлюлозными миксобактериями. Исходным материалом при гумусообразовании могут также быть белки, дубильные вещества, лигнин. Процесс распада их и превращения в гумус имеет сложный биохимический характер. Новообразованные гумусовые вещества обладают высокой активностью и даже в малых дозах способны придавать прочность почвенным агрегатам (Кононова, Бельчикова, 1946, 1950). Получены материалы о формах связи гумусовых веществ с минеральной частью почвы и дана их классификация (Гем- мерлинг, 1946; Тюрин, 1937, 1940, 1941, 1951; Троицкий, 1952; Хан, 1959; Александрова, 1953). Геммерлинг (1946) выделял в составе гумуса следующие группы: А — органические суспензии почв; В — гуминовая кислота, состоящая из фракций разной дисперсности; С — фульвокислоты, неоднородные по размерам коллоидальных частиц и различающиеся по химическому составу; D — моле- кулярдисперсоиды и молекулы индивидуальных органических соединений, получающиеся при распаде гуминовых веществ в результате биологических и химических процессов. Степень дисперсности названных групп возрастает от А к D. В этом же направлении возрастает растворимость гуматов, образующихся в результате взаимодействия групп гумусовых соединений В, С и D с минеральной частью почвы: она наименьшая для группы В и наибольшая для группы D. По последней классификации Тюрина (Тюрин и Найденова, 1951) в составе почвенного гумуса выделяются: 1) ульми- новая и гуминовая кислоты в свободном состоянии и в форме гумата кальция; 2) ульминовая и гуминовая кислоты, связанные с R2O3; 3) гумины и ульмины, по-видимому, связанные с глинами. Наряду с ульминовой и гуминовой кислотами выделяется группа фульвокислот в различных связях с минеральной частью почвы и вышеназванными кислотами. Степень необратимости в воде этих соединений в свернутом состоянии, а значит, и сила их цементации растут от пер- 27
вой группы к третьей. Роль фульвокислот в структурообразо- ьании, по имеющимся материалам, большей частью отрицательная (Геммерлинг, 1946; Тюрин, 1937, 1940, 1946, 1951). В формировании микроструктуры почвы Тюрин в согласии со взглядами Гедройца первенствующее значение отводит процессам коагуляции коллоидов. Что касается происхождения макроагрегатов, то, по его мнению, «скорее нужно допустить участие новых цементирующих веществ, каковыми вероятнее всего могут быть свежеобразующиеся продукты гумификации корневых остатков, причем весьма вероятно, что коагуляция в этом случае происходит по типу желатинирования» (Тюрин, 1937). По Троицкому (1952), «реакция между силикатами и перегнойными веществами может идти по двум направлениям: с одной стороны, по линии простого солеобразования или образования внутрикомплексных солей; с другой стороны — между гидроксильными группами силиката и амидными группами перегнойных веществ». Исследованиями Геммерлинга, Александровой, С. С. Дра- гунова, Кононовой, С. А. Владыченского, И. С. Кауричева, Ф. Шеффера, Т. А. Кухаренко, Л. Павель, И. Колоушек, В. К. Шматлак и ряда других исследователей в настоящее время показано, что гумусовые кислоты, например гуминовая, и фульвокислоты являются сложными полимеризующимися соединениями (Кононова, 1957; Кононова и Бельчикова, 1960). Они не имеют резких отличий в характере своего строения и свойствах. Так, по Кононовой (Кононова и Бельчикова, 1960), «основные группы гумусовых веществ — гуми- новые кислоты и фульвокислоты имеют сходные принципы строения. Соответственно фульвокислоты можно рассматривать как начальные формы гуминовых кислот или продукты их деструкции». Кроме того, различные, ныне аналитически выделяемые категории гумусовых кислот в разных почвенных типах неравноценны. Например, по Кононовой, гуминовые кислоты дерново-подзолистой почвы и краснозема ближе тяготеют по строению и составу к фульвокислотам тех же почв, нежели к гумиковой кислоте, выделенной из обыкновенного чернозема. Такой дифференцированный подход к оценке гумусовых кислот в различных почвах позволяет по-новому и также более дифференцированно оценить роль их в струк- турообразовании различных почв и в оценке качества структуры. Решению этой задачи помогают исследования Тюрина, Кононовой, Пономаревой, Александровой, Панковой и др. (1946, 1948, 1956, 1958), которыми установлено закономерное 28
варьирование вышеназванных компонентов почвенного гумуса в главнейших почвенных типах СССР. В тесной связи с изучением почвенного гумуса стоят исследования микробиологических процессов, неотделимых от гумусообразования и структурообразования в почвах. Во всех работах, посвященных этому вопросу, согласно отмечается положительная роль микроорганизмов в острукту- ривании почв, но процесс влияния их на структуру трактуется по-разному. По мнению одних исследователей цементом почвенной структуры являются продукты промежуточного распада растительных остатков, разлагаемых микроорганизмами. Другая точка зрения сводится к тому, что растения служат лишь источником питания для микроорганизмов, а структурным клеем служат продукты метаболизма микробов. П. А. Горшков (1940), М. И. Гусев (1940) и А. Б. Рубашов (1949) считают, что почвенные агрегаты склеиваются продуктами метаболизма бактерий. Оригинальной является работа К. И. Рудакова (1949, 1953), считавшего возможным образование структуры в ризосфере корней растений за счет «деятельного перегноя», образуемого в форме комплексных соединений из азотсодержащих продуктов автолиза тел бактерий и уроновых кислот. Последние образуются, по его мнению, за счет живых и отмерших корней растений пектиноразрушающими, или прото- пектиназными бактериями, обнаруживаемыми в почве преимущественно на разлагающихся растительных остатках. Действие грибов, актиномицетов и бактерий на вносимые в почву органические соединения (пептон, альбумин, сахарозу, крахмал, яблочную кислоту) и на структуру почвы изучал Е. Н. Мишустин (1943, 1951). Он пришел к заключению, что главную роль в оструктуривании почв играют грибы и акти- номицеты, обладающие мицелиальным строением. Влияние на оструктуривание почв бактерий из родов Azotobacter, Pseudo- monas, Rhizobium, Bacterium и других оказалось слабым. Интересную работу в лаборатории и в производстве (в поле) по оструктуриванию почв с использованием гриба Trichoderma lignorum выполнил Канивец (1939). Применяя культуру этого гриба, он достиг повышения структурности почвы и урожая сахарной свеклы. Аналогичные исследования выполнялись Пилом (Т. С. Peele, 1940), Мартином (Т. Martin, 1946, 1950) и др. В заключение краткого обзора биологических работ по оструктуриванию почв я напомню об известной со времен 29
Дарвина роли в оструктуривании почв дождевых червей, которые перерабатывают массу почвы в желудочном тракте и выбрасывают ее в форме пористых зерен губчатого строения, склеенных желудочным соком червей,— копролитов. В последние годы детальные исследования но этому вопросу про- Еедены С. И. Пономаревой (1948, 1949, 1952). В частности, Рис. 3. Копролиты червя на поверхности дерново-подзолистой почвы (фото П. У. Бахтина) ею выявлена роль дождевых червей как аккумуляторов СаС03. Этот факт объясняет добротность копролитов как структуры и одновременно характеризует дождевых червей как удобрителей почв известью в микрозонах, что должно иметь положительное значение в почвах с кислой реакцией. На рис. 3 и 4 представлены копролиты и шлиф копролита, показывающий губчатое его строение. Не менее обширны работы по изучению органо-минераль- ных коллоидов и их роли в структурообразовании (Соколовский, 1921, 1933, 1936; Тюлин. 1928—1958; Александрова, 1953; Антипов-Каратаев и др. 1948; Филиппович, 1956 и др.). 30
Работы А. Н. Соколовского развивались почти параллельно с работами Гедройца, и его идеи об «активном» и «пассивном» иле в почве, о диспергирующем влиянии на коллоиды ионов Na* и NH4', о роли процессов коагуляции в острукту- ривании почв близки к идеям Гедройца. Рис. 4. Поперечный разрез копролита (шлиф и фото М. Н. Польского). Ув. 50 Многочисленные работы в области органо-минеральных коллоидов выполнил Тюлин с сотрудниками (1928, 1936, 1950, 1954, 1955, 1958). Исходной концепцией в его дальнейших логических построениях и экспериментах является деление частиц почвы на три группы: <1, 1 —10 и > 10 ^.Первая фракция, по мнению Тюлина, представлена гелями отрицательно заряженных коллоидов, которые всей своей массой могут участвовать в физико-химических реакциях. Вторая фракция (1 —10 \х)—это коллоидальные «шубки», оседающие на минеральном каркасе, или «покрытие поверхности монокристаллов размером менее 0,01 мм пленками-гелями из полуторных окислов, кремневой кислоты и органических ве- 31
ществ» (Тюлин, 1958). Эта вторая фракция — пленки-гели или первичные микроагрегаты — в свою очередь по составу и свойствам делится на две группы в зависимости от микрозоны в почве, где они формируются. В межкорневых пространствах, «где нет скопления ризосферных микроорганизмов, а существуют другие физиологические группы микроорганизмов, вторичные частички относятся к первой группе. Для них характерно пониженное количество несиликатных полуторных окислов, органических веществ» (Тюлин, 1958). Органические кислоты скоагулированы в этом случае преимущественно катионами Са** и Mg*\ «Если образование таких вторичных частиц происходит в корнеобитаемом слое почвы, вблизи корней в зоне значительного сгущения, где усиленно развиваются ризосферные микроорганизмы, то такие вторичные частицы относятся ко II группе. Для них характерно присутствие повышенных количеств несиликатных полуторных окислов, органических веществ особой природы (лигнина, гемицеллюлозы, клетчатки, органических кислот бурой окраски) и вытекающая отсюда способность легко агрегироваться в водопрочные комочки до 0,25 мм в результате самослипания без заметного участия свободных коллоидов, скоагулированных катионами Са** и Mg\ Эти микроагрегаты богаты N, Р, К и другими питательными элементами» (Тюлин, 1958). «Агрегирование пылеватых частиц в комочки крупнее 0,25 мм в присутствии частиц I группы идет только за счет коагуляции таких частиц, а в присутствии частиц II группы еще и за счет слипания частиц II группы» (Тюлин, 1958). Отсюда большая водопрочность «прикорневых» агрегатов, большее содержание в них питательных веществ, а значит, и более высокая агрономическая их ценность. Третья фракция частиц, диаметр которых более 10 |л, представлена, по Тюлину, элементарными частицами минералов, которые играют в структурообразовании пассивную роль. Это «голые» частицы, лишенные коллоидальных пленок. Тюлин предлагает и метод дробной пептизации коллоидов в целях выделения частиц I и II групп. По вопросу о связи органических кислот с минеральной частью почвы выполнены также работы Александровой (1953) и Хана (1950, 1959). Последний установил, что разные минералы (асканит, гумбрин, каолин, ортоклаз, мусковит) в разной степени поглощают гуминовую кислоту. Особенно сильное 32
влияние на степень поглощения гумпновой кислоты оказывает катион, поглощенный минералом, причем наивысший эффект достигнут при насыщении минералов катионами Fe**' и АР". Александрова (1953) приходит к следующим выводам: «А. Взаимодействие гуминовых веществ с минеральной частью почвы является сложным физико-химическим процессом, который приводит к поглощению некоторой части гуминовых веществ почвой и к их закреплению на поверхности твердых частиц. B. Основными фазами процесса поглощения являются: а) образование нерастворимых в воде форм гуминовых кислот, гуматов, железо- и алюмо-гуминовых соединений на поверхности твердых частиц; в) склеивание образующихся органических и органо-минеральных пленок с поверхностью твердых частиц почвы. C. Образующиеся на поверхности твердых частиц почвы нерастворимые гуматы, алюмо- и железо-гуминовые гели сохраняют на некоторое время высокую степень подвижности и не связаны прочно с твердыми частицами. Прочное закрепление их происходит постепенно в процессе дегидратации пленки на поверхности твердых частиц. D. Наиболее энергично процессы закрепления гуминовых веществ протекают в почвах, богатых высокодисперсной фракцией, в условиях, тормозящих интенсивную минерализацию перегноя и способствующих удалению избытка влаги из сферы взаимодействия». Специальное исследование, посвященное структуре почвы, характеру связей 'при структурообразовании и роли различных цементирующих веществ, выполнили Антипов-Каратаев, Келлерман и Хан (1948). Для этого они применили метод последовательной обработки почвенных агрегатов водой, смесью Na2C2H4 и NaOH, раствором Тамма и, наконец, гипо- бромитом натрия. После каждой обработки исследовались вещества, перешедшие в раствор, и характер изменений, происшедших в агрегате. В результате, по мнению авторов, установлены следующие фазы агрегирования почвы: 1) Прилипание коллоидальных минеральных частиц друг к другу, по-видимому, за счет остаточных сил валентностей или сил Ван-дер-Ваальса. 2) Упрочнение первичных «проагрегатов» в результате склеивания их гидратами полуторных окислов, силикагелями, иногда простыми солями, гумином; наиболее устойчивыми и агрономически ценными являются агрегаты, скрепленные последним цементом. Особенно «прочными являются связи в 33
том случае, когда молекулы гумусовых веществ полярно сорбированы на внутренних поверхностях глинистых минералов монтмориллонитовой группы. Второе место занимают связи, в которых клеющее органическое вещество адсорбировано на поверхности минеральных частиц через моногенные группы гидратов окисей железа, алюминия и отчасти при помощи обменных щелочно-земельных катионов» (Антипов-Каратаев и др., 1948). Созвучно с теорией Антипова-Каратаева, Келлерман и Хана большую роль окисного железа в структурообразовании отмечает Филиппович (1956). Но если три автора из своей теории полностью исключили процесс коагуляции коллоидов (как и имя К. К. Гедройца из их совместной книги), то Филиппович в основу исходных причин агрегирования почв ставит разноименную зарядку коллоидов или коллоидальных пленок на поверхности более грубых частиц. В этом отношении описываемый им процесс мало чем отличается от взаимной коагуляции коллоидов, о чем говорили Соколовский, Гед- ройц, Тюлин и др. Что касается наибольшей водопрочности агрегатов, образованных при участии окисных форм железа, то это бесспорно. Однако в настоящее время оценивать добротность агрегатов только по водопрочности недостаточно. Осколки столбчатого горизонта глинистого солонца, структурные отдельности В2 глинистых подзолистых почв и просто хорошо перемятая и скатанная глина при «влажности затворения» более водо- прочны, чем агрегаты тучного чернозема, но никто не скажет, что такая структура положительна. Агрономически ценная структура должна быть по форме комковато-зернистой, а по свойствам — упруго-прочной, водопрочной и оптимально пористой (пористость агрегата >45%). Опыт же показывает, что агрегаты, образованные при участии несиликатных формРе*** и А1'*', обычно обладают плотной упаковкой механических элементов и пониженной порозностью (<40%). Позволю себе сделать несколько критических замечаний по работе трех авторов. Антипов-Каратаев, Келлерман и Хан в своей теории структурообразования исключают коагуля- ционный процесс. Нам представляется это безосновательным. Разноименная зарядка коллоидов или коллоидов и ионов диссоциировавших электролитов, как и броуновское движение коллоидальных частиц, исходный момент сближения механических элементов или микроагрегатов, лишь после которого вступают в действие силы Ван-дер-Ваальса и другие процессы, усиливающие водопрочность агрегатов. 34
Последовательная обработка агрегатов почвы реактивами с нарастающей силой их действия и последующие анализы дают для познания природы структурообразования ценные результаты. Но ошибочно было бы думать, что при этом вскрывается процесс формирования агрегатов в порядке последовательности возникновения различных его фаз. Конечно, здесь имеет место старение коллоидов, явление гистерезиса. В частности, по теории трех авторов, самая активная часть коллоидов — органические вещества как бы замыкают процесс агрегатообразования, тогда как их действие должно быть первоочередным. Не вырисовывается в этой теории также место и степень биологических процессов в агрегировании почв. Название самого метода работы — «анатомирование почвенных агрегатов» — неудачно. Никакого анатомирования здесь нет, а есть последовательная обработка агрегатов водой и различными реактивами. Нельзя сказать, что во всех других перечисленных работах существует согласованность в методике и выводах. Одни авторы извлекают гумус из почвы лишь водой; другие применяют реактивы различного состава и концентрации. Одни, как Гельцер, рисуют процесс структурообразования протекающим во всех фазах под влиянием биологических факторов. Другие, например Антипов-Каратаев, Келлерман и Хан, считают, что «проагрегаты» возникают вследствие сил остаточных валентностей или сил Ван-дер-Ваальса. Можно привести и другие спорные концепции, например деление Тюлиным первичных агрегатов на первую и вторую группы по принципу межкорневого и прикорневого их залегания. Корни непрерывно развиваются и в то же время отмирают, почва обрабатывается. В таких условиях все агрегаты пахотного слоя многократно переживают положение то прикорневых, то межкорневых. Вероятно, поэтому Тюлин неустойчиво характеризовал по агрономической ценности выделяемые им I и II группы микроагрегатов. В его работах до 1948 г. наиболее ценными назывались агрегаты, образовавшиеся в результате коагуляции коллоидов катионами Са" и Mg", т. е. группа I. После 1948 г. автор стал считать лучшими железисто-гуматные агрегаты, т. е. агрегаты II группы. Все же многообразие методики при изучении перегнойных веществ почвы и ее структуры следует приветствовать. Когда будет накоплен достаточный многосторонний фактический материал, легче будет произвести его синтез, устраняя все излишнее или ошибочное. 35
Как гласит еще древнее римское изречение, тела действуют своими поверхностями и действуют, будучи смочены. Вода в избытке может обесструктуривать почву, и она же при оптимальной влажности, даже вне зависимости от химических, физико-химических и биологических процессов, может оструктуривать ее. В оптимально смоченных почвах острукту- ривающим фактором выступают капиллярные (менисковые) силы и связанная почвой вода. Структурообразующая роль их сказывается и при высыхании почвы, так как при этом мениски и адсорбированная вода способствуют сужению (стягиванию) капилляров, сближению механических элементов, после чего сильнее проявляются атомные и молекулярные силы межчастичного притяжения. Особенно большое значение капилляры играют при агрегировании легких почв. Например, рассыпчатые пески приобретают связность лишь во влажном состоянии. Систематические исследования по выявлению влияния попеременного увлажнения и высушивания почвы на ее структуру провел В. А. Францессон с сотрудниками (1942, 1948, 1952, 1959). Ими подробно проанализирована роль защемленного воздуха в почве как возможной взрывной силы агрегатов при быстром всестороннем их увлажнении *, а также роль и закономерности набухания почвы и мобилизации в ней в процессе увлажнения и просушивания питательных веществ. В другой работе Францессон (1959) выясняет роль структуры почвы в защите ее от ветровой эрозии. Агрегаты диаметром >2 мм являются эффективным защитным противо- эрозионным слоем. Менее эффективна роль агрегатов, размеры которых 1—2 мм, и совсем незначительна у агрегатов <0,5 лш, так как последние для условий черноземных почв сравнительно легко переносятся ветром. За последние годы предложены новые качественные характеристики структуры почвы и приемы ее улучшения. Здесь мы обращаем внимание прежде всего на характеристику почвенной порозности. Деление ее на общую, капиллярную и некапиллярную, предложенное в 1864 г. Шумахером (W. Schumacher), в настоящее время не удовлетворяет почвоведов и агрономов. Два последних понятия являются неточными или даже неверными. Мы предложили более детальный подход к дифференцированию почвенных пор. Выделяются: а) порозность общая; 1 Ранее это явление отмечалось Е. Г. Петровым (1927), Н. А. Качин- ским (1927), Г. И. Павловым (1928, 1930 а, б) и др. 36
б) норозность агрегата и суммарная агрегатная; в) пороз- ность межагрегатная; г) объем пор, занимаемых прочносвя- занной водой; д) объем пор, занятых рыхлосвязанной водой (две последние категории — под рубриками г и д — поры неактивные); е) капиллярные поры; ж) поры аэрации (е и ж— это активная порозность). см Разрез! Разрез Д Разрез Ш 1 ь i ниш« i шяшт < ^шшт<> Рис. 5. Дифференциальная порозность почв в объемных процентах: разрез / — выщелоченный по мощному легкоглинистый чернозем — Курская обл., Стрелецкая степь, степной заповедник; разрез // — солонец ореховато-глыбистый, легкоглинистый, крупнопылевато-иловатый, целина — Свердловская обл., Куваево; разрез /// — среднеоподзоленная суглинистая песчано-пылеватая почва, многолетняя залежь — Московская обл., Собакино. Экспликация к верхней части рисунка: / — капиллярная порозность; 2 — порозность аэрации; 3 — порозность агрегатная суммарная; 4 — межагрегатная порозность; 5 — твердая фаза почвы; 6—порозность общая; 7 — поры, занятые прочносвязанной водой; 8 — поры, занятые рыхлосвязанной водой. Столбиками показана порозность агрегатов в различных горизонтах почв. В нашей работе (Качинский, 1947) предлагаются методы и формулы для вычисления пор различных категорий. Здесь 37
Дифференциальная пороз- Название почв, угодье, пункт Выщелоченный легко глинистый чернозем. Курская обл. Степной заповедник. Стрелецкая степь. Целина Солонец ореховато-глыбистый, легкоглинистый, крупнопыле- вато-иловатый. Целина. Ку- ваево. Урал Среднеоподзоленная суглинистая песчано-пылеватая почва. Московская обл. Собакино. Залежь Горизонты глубины, см Ад 0-4 Ах 10—14 Ах 40—44 Вг 55—59 Ва 80—84 В3 100-104 Ад 0-4 Ах 10—14 Вх 15—19 d 60—64 A„/i 0-12 Ап/а 12—20 А2 20—32 Вх 32—55 82 55—85 83 85—110 Влажность почвы в момент работы и о ю 3" £ о с;* о о 50,91 38,42 28,80 26,61 27,10 26,46 25,23 28,68 28,66 23,91 22,09 21,31 17,83 16,62 16,07 17,04 а С5 5 3 ч н 1 н о 87,93 95,69 84,09 80,37 87,42 85,72 61,63 77,95 81,88 100,67 75,90 71,50 84,10 86,10 78,80 84,80 Удельный вес п •е- & со 2,49 2,55 2,57 2,63 2,61 2,68 2,46 2,64 2,73 2,77 2,61 2,60 2,65 2,68 2,72 2,70 -3 2 СО О 0,90 0,99 1,06 1,08 1,10 1,14 1,07 1,32 1,36 1,54 1,33 1,35 1,39 1,56 1,72 1,78 приведем лишь пример целесообразного использования предложенной классификации (табл. 1, рис. 5). Мы сознательно выбрали резко различные типы почв, чтобы отчетливее подчеркнуть преимущества предлагаемой нами классификации пор. Как можно видеть, чернозем характеризуется высокой общей порозностью. По профилю почвы она колеблется от 63 до 58%. Отлична порозность агрегатов: в горизонте Ai она свыше 50%; в иллювиальном горизонте В — не ниже 46%. Неактивная порозность мала — около 10%. Диапазон активной влаги (капиллярного обводнения) широк (20—38%). На поры аэрации, за исключением дернины, падает значительная величина (26—28%), причем они распределены не только между агрегатами, но и внутри них. 38
ность некоторых почв Таблица 1 Скважность Сб 3" 63,86 61,17 58,75 58,93 57,85 57,46 56,50 50,00 50,18 44,40 49,04 48,08 47,55 47,79 36,76 34,10 6 & се X 35 ч о Н ее О Н 52,87 50,30 47,01 46,09 38,31 37,15 28,92 39,02 38,09 26,52 о. 2 и к ев О. Я ь- Н « а* tTee Св S 40,54 39,30 36,43 36,03 27,01 29,55 20,27 32,61 32,27 23,78 к СО ВС н СС и а. U СС S 23,32 21,87 22,50 21,82 29,49 20,45 29,91 16,43 15,28 10,32 объем пор, занимаемых водой "5 о. к ч Ч ВС с се 37,68 25,01 21,54 22,18 20,26 19,45 28,75 30,73 24,71 15,55 32,32 34,15 27,14 15,83 13,43 17,09 ее со ч 2 Си со 3,84 3,93 3,93 3,62 3,69 3,84 4,01 4,75 6,10 5,60 1,70 1,62 1,51 3,80 5,79 5,00 £0 8>Я ВС О 6,41 6,55 6,56 6,03 6,15 6,41 6,69 7,93 10,17 9,34 2,84 2,70 2,50 6,34 9,64 8,29 ^Я 1 • 2 8 47,93 35,49 32,03 31,83 30,10 29,70 39,45 43,41 40,98 30,49 36,86 38,47 31,15 25,97 28,86 30,38 воздухом я вс 2 w ? Я * о g« aiti с Ч я ш 15,93 25,68 26,72 27,10 27,75 27,76 17,05 6,59 9,20 13,91 12,18 9,61 16,40 15,82 7,90 3,72 Диаметрально противоположными характеристиками обладает солонец. Общая порозность его лишь в горизонте Ai превышает 50%. В иллювиальных горизонтах она снижается до 44%. Порозность агрегатов неудовлетворительна: она низка (29—38%); значителен объем неактивных пор. В агрегатах отсутствуют поры аэрации. Воздухоносные поры между агрегатами представлены преимущественно трещинами. Диапазон активной влаги в толще почвы (ниже 20 см) недостаточен (15%). Особенно мало активной влаги внутри агрегатов. Среднее место по качеству пор занимает подзолистая почва. Здесь, как и в солонце, низка общая порозность и порозность агрегата, особенно в иллювиальном горизонте. В нижних горизонтах значителен объем неактивных пор. Но 39
в подзолистой почве лучшими величинами, нежели в солонце, представлены поры аэрации, которые в А] и А2 частично пронизывают и самые агрегаты. С агрономической точки зрения важно, чтобы почвы обладали наименьшей порозностыо связанной воды, наибольшей порозностью капиллярного обводнения и одновременно имели бы порозность аэрации, межагрегатную и агрегатную не менее 20% от р „ Все означенное обусловит хорошую водопроницаемость почвы, широкий диапазон в ней активной влаги при благоприятных условиях аэрации. На рис. 6 дана схема порозности культурной структурной почвы. Предложенные нами новые характеристики почвы позволяют глубже вскрыть генетическую сущность почв и производственное их использование. В связи с новыми представлениями о порозности почв по-иному выглядит и понятие о водопрочности почвенной структуры. Мы знаем, что агрономически ценная почвенная структура должна быть водопрочной, т. е. противостоять размывающему действию воды. Однако сейчас для нас ясно, что не всякая водопрочная структура агрономически полезна. На основании своих экспериментов мы с уверенностью можем утверждать, что водопрочность структуры имеет двоякую природу: 1) по типу неразмокаемости, в результате стойкого химического и физико-химического закрепления коллоидов (необратимая коагуляция коллоидов, по Гедройцу); 2) в Рис. 6. Схема порозности культур ной структурной почвы (по Ка минскому): 1 — тонкие, пиллярные преимущественно капоры в комках, при смачивании почвы заполняются водой; 2 — средние поры в комках (ячейки, канальцы), при смачивании на короткий период заполняются водой, после рассасывания ее воздухом; 3 — крупные поры между комками, обычно заполнены воздухом; 4 — капиллярные поры на стыке комков, в сырой почве большей частью заполнены водой 40
силу отсутствия в комках активных пор или слабой их выраженности. В первом случае, например в обыкновенных или тучных черноземах, где органические коллоиды необратимо скоагулированы ионами Са" и Fe,,# , структурные комки имеют пористость около 50%, причем часть пор в самих таких комках представлена порами аэрации. Эти агрегаты при соприкосновении с водой воспринимают ее почти моментально и легко передают от комка к комку. Мобильность воды внутри такой почвы высокая, и это не недостаток почвы, а ценное ее качество, позволяющее растению использовать воду во всем ее профиле. Наряду с водой в более крупных активных порах почвы содержится и воздух. Поры, занятые водой и воздухом, таковы по своим размерам, что в них легко могут проникать тонкие корни, корневые волоски, почвенные грибы и бактерии, и сами комочки являются средоточием кипучей биологической деятельности. Подобная структура — ценнейшая структура: при наличии ее почва легко водопроницаема, а водопрочность комков и зерен в ней обусловлена необратимой коагуляцией почвенных коллоидов или химическим и биологическим закреплением агрегатов. В отношении почв, имеющих подобную структуру, нужно позаботиться (если речь идет о засушливых зонах) лишь о том, чтобы вода в них не поднималась к самой поверхности почвы. В целях защиты ее от испарения нужно, как указывали еще Костычев и Вильяме, самый поверхностный слой почвы (около 5 см) поддерживать в сильно разрыхленном состоянии (чем нарушается контакт между отдельными комками) или нужно покрывать почву мульчей. Есть другая водопрочность структуры, базирующаяся на отсутствии проницаемости агрегатов для свободной гравитационной воды. Это обусловлено плотной упаковкой в них почвенных частиц, низкой общей порозностью, слабой развитостью, а иногда и полным отсутствием активных пор. Таков кусок из столбчатого горизонта злостного глинистого солонца, из горизонта В кубанских слитых черноземов, из иллювиальных горизонтов подзолистых глинистых почв в сыром их состоянии или любая тяжелая по механическому составу почва в перемятом и скатанном состоянии при рабочей влажности (Качинский, 1927 и др.; Францессон, 1942). Намочите капиллярно эти кусочки почвы и опустите их в стакан с водой: они длительно, более длительно, чем черноземный комочек, будут сохранять свою форму и распадутся лишь в результате набухания. Данный тип водопрочной структуры агрономически неполноценен. Порозность кусочков такой 4*
почвы низка (от 35 до 25%, а иногда и ниже). Микропоры в структурных отдельностях этих почв препятствуют проникновению в них тонких корней, корневых волосков и почвенных бактерий, ибо корневые волоски не могут проникнуть з поры мельче 0,01 мм,.а бактерии — в поры мельче 0,003 мм. На рис. 7 представлены в схеме различные поры в почве и степень заполнения их связанной водой. Рис. 7. Поры почвы — активные и занятые связанной водой: Л — активная порозность; a — твердая фаза почвы; О — общая порозность; В — связанная почвой вода; N и М — число слоев прочносвязанной, строго ориентированной воды; Р—число слоев рыхлосвязанной, слабо ориентированной воды; К—катионы Влагоемкость и мобильность воды в горизонтах почвы, обладающих структурой второго типа, ничтожна, как и диапазон активной влаги в них (табл. 2 и рис. 7). Растение в таких горизонтах слабо развивает корневую систему, проникая корнями лишь в область трещин, червоточин и между •структурными отдельностями. Внутренняя часть комков остается без корней. В силу малой мобильности воды растение вянет на такой почве, когда в отдельных межкорневых участках ее есть еще запас усвояемой влаги. С означенной водопрочной, но слитой структурой агроном должен бороться, стремясь всеми способами повысить в почве активную порозность: путем культурной и своевременной (по влажности) обработки почвы, обогащения почвы органическим веществом с помощью навоза, торфяной крошки, торфяного компоста и особенно трав, методом фрезерования и гипсо- 42
вания солонцов, известкования подзолистых почв и т. д. Следует помнить о подобной отрицательной, хотя и водопрочной структуре и авторам механических методов структу- рообразования путем прессования намоченной почвы и последующего — после подсушивания — дробления ее, а также авторам методов так называемого «припоя» сплошными пленками, покрывающими агрегаты. Значительные успехи достигнуты в области методов изучения структуры почвы. Саввинов (1931), учитывая опыт Г. И. Павлова и А. Ф. Тюлина, разработал метод мокрого структурного анализа, который вошел в повседневную почвенную практику. В настоящее время этот метод механизирован в новом приборе И. М. Бакшеева. Получил широкое распространение метод П. И. Андрианова (1947) 1 для определения водопрочности почвенных агрегатов в спокойной воде. Усовершенствован прибор Фадеева — Вильямса для определения водопрочности почвенной структуры (Хвыля, 1952). Саввино- вым, а позже 3. А. Корчагиной этот прибор приспособлен для исследований ненарушенных образцов 2 почвы. Д. Г. Ви- ленским разработан «капельный» метод определения водопрочности агрегатов. Для этой цели сконструирован специальный прибор. Агрегаты с диаметром около 5 мм подвергаются размывающему действию капель воды определенной крупности и падающих с заданной высоты. Водопрочность агрегатов оценивается по количеству воды в см3, пошедшей на размывание их. Чем больше требуется воды, тем выше водопрочность агрегатов. Наконец, предложен и широко внедрен в практику метод микроагрегатного анализа почвы. На основе данных этого метода и механического анализа почвы по формулам вычисляется потенциальная способность почв к оструктуриванию (Соколовский, Л. П. Розов, Качин- ский, А. Ф. Вадюнина, 1934, 1936, 1946). В последние годы значительное развитие получили методы изучения порозности почвенных агрегатов: фиксажный и микроскопический, позволяющие учитывать особенности строения агрегатов и микроагрегатов (Тюлин и А. И. Скляр, С. Н. Рыжов, Качинский, Владыченский, Дараселия, Польский, 1936, 1937, 1939, 1947, 1949, 1952). Обнадеживающие методические результаты в этом вопросе получены в нашей лаборатории 1 Наши поправки к этому методу см. в гл. VII. 2 Напомним, что по методу Фадеева—Вильямса о водопрочности структуры судят по динамической кривой коэффициента фильтрации: чем устойчивей во времени коэффициент фильтрации, тем водопрочней структура испытуемого образца. 43
Польским (1949, 1952). Иллюстрацией к этому методу являются рисунки 2 и 4. Новейшим методом изучения некоторых деталей структу- рообразования и особенно распада структуры под влиянием воды и защемленного воздуха является метод микрокиносъемки, разработанный в нашей лаборатории В. Б. Гуссак (1948, 1950). Наконец, еще раз следует подчеркнуть, что выявлена широкая динамичность в ост- руктуренности почвы в зависимости от степени ее смо- ченности и длительности увлажнения (Качинскип, Францессон, Н. Е. Бекаре- вич, К. И. Давыдова), а потому структурность почвы нужно характеризовать за вегетационный сезон в динамическом разрезе так же. как это делается в отношении рН, нитратов, NHi и Ю-7 7-5 5-3 з-г Z:i 1-0,5 o.5-ot25<0fi РяДа других почвенных ха- Фракииядмм рактернстик. На рис. 8 иллюстрируется зависимость агрегатного состава почвы от влажности ее перед ана- о Рис. 8. Агрегатный состав в % от веса сухой почвы. Чернозем южный, тяжелосуглинистый, иловато-пылсва- тый, горизонт А\. Сухое просеивание: ЛИЗОМ. / — почва воздушно-сухая. Мокрое Наиболее новым разде- просеивание: 2 — почва абсолютно пбгтягтн nnnPRwv wr- сухая; 3 - почва воздушно-сухая; лом из °°лаСТИ полевых ЭКС /—почва при влажности", соответст- периментов И лабораторных вующей максимальной гигроскопиче- анализов, связанных с уче- ской; 5 —почва, капиллярно насы- Нием о структуре, является щепная водой в течение 3 дней; 6— ^лг.„^„ л ,/,_„' т»л„„„.1„л почва, капиллярно насыщенная во- Раз^ел ° физико-механиче- дой в течение 40 дней ских свойствах почвы. Ранее в этой области почвоведы ограничивались сведениями о так называемых константах Аттерберга. За последнее десятилетие выявлены такие свойства почвы, как сопротивление ее сдавливанию и расклиниванию (твердость), липкость, коэффициент внешнего и внутреннего трения, несущая способность (№. X. Пигулевский, Н. А. Качинский, П. А. Некрасов, М. Г. Чижевский, Н. В. Щучкин, А. Н. Урсулов, А. Ф. Вадюнина, А. С. Львов, П. У. Бахтин, Ю. Ю. Ревякин, Г. Н. Синеоков, А. А. Высоцкий 44
и др.). Разработана полевая и лабораторная методика определения этих свойств, изучены физико-механические свойства отдельных почвенных типов. Наряду с использованием этих материалов в целях прогноза и учета энергетического баланса при работе сельскохозяйственных машин, они дают возможность позонально выявить наиболее благоприятные условия для обработки почвы в целях наилучшего ее острукт^ри- ваиия. Кроме того, изучение физико-механических свойств почв по профилю их дает новый добавочный материал для характеристики типа почв. Особенно четко этим методом выявляются свойства перегнойно-аккумулятивного, элювиального и иллювиального горизонтов: липкость, твердость и др. Вопросы структуры почвы в последние годы стали обязательными при любых почвенных исследованиях. К настоящему времени собран обширный материал для характеристики структуры почв разного типа в позональном масштабе, что позволяет глубже познать генезис почв и полнее наметить комплекс мероприятий для непрерывного повышения их плодородия. Разработку этой важнейшей характеристики почв нужно продолжать и впредь.
Глава VI О МЕТОДАХ И УСЛОВИЯХ ОСТРУКТУРИВАНИЯ ПОЧВ Раскрывая теоретическую сущность структурообразования, Костычев, Гедройц, Вильяме и их ученики стремились выработать систему агротехнических мероприятий для оструктури- вания почв в целях непрерывного повышения их плодородия. До настоящего времени основными методами оструктури- вания почв были агротехнические методы: а) методы обработки почвы; б) любые способы обогащения почв гумусом типа гуминового и ульминового комплекса; в) известкование кислых почв и гипсование солонцов или применение заменителей извести и гипса; г) введение травопольных севооборотов при условии хорошего развития и высоких урожаев трав (урожай сена свыше 50 ц/га). Здесь мы стремимся уточнить три вопроса: 1) роль обработки и понятие о физической спелости почв; 2) роль термического фактора в оструктуривании почв; 3) роль многолетних и однолетних трав и других культурных растений в оструктуривании почв. Наиболее часто применяемым методом оструктуривания почв и создания в них оптимальных для возделывания сельскохозяйственных культур физических свойств является метод обработки. Грандиозность этого вида воздействия на почву может быть иллюстрирована следующими приблизительными подсчетами. На всем земном шаре возделывается более 1 млрд. га земли. Если принять, что из этой площади ежегодно обрабатывается половина ее и что вспашка в среднем производится на 20 см глубины, то окажется, что земледельцы всего земного шара переворачивают ежегодно более 1000 юн3 почвы — это в 7—10 раз больше того твердого материала, который реки всего земного шара ежегодно несут в моря и океаны. Исключительная массовость и повсеместность воз- 46
действия человека на почву через обработку делает особо ответственным правильный подход к этому мероприятию, ибо всякая ошибка здесь неизбежно распространяется на миллионы гектаров так же, как и всякое рационализаторское предложение будет использовано миллионами людей. 2/см г 4 Щ96 1г* VI 2/.23 26,60 3t,S2 37,24 42,56 47,86 53,20 56\Л2 63,в<* 69,16 7^8 Абсолютная длажность О Yfijso 30 40 50 60 70 80 90 /00 //О 120 /30 /40 /50 Относительная длажность Рис. 9. Зависимость сопротивления почвы расклиниванию и липкости от ее влажности. Приазовский карбонатный глинистый чернозем, стерня озимой пшеницы: / — расклинивание в кг/см2 по Голубеву; 2— по Качинскому; 3 — липкость в г/см2 для глубины 1—3 см; 4 — для глубины 8—10 см; 5 — для глубины 16—18 см Вильяме первенствующее значение придавал культурной обработке почвы. Он писал: «Введение культурной вспашки плутом с предплужником представляет, без преувеличения, самую важную задачу советской революционной агрономии, так как о бесструктурность почвы разбивается эффект всех, без исключения, агрономических мероприятий всех порядков» (Вильяме, 1947). И в другом месте: «Задача обработки состоит в том, чтобы обратить весь пахотный горизонт почвы в комковатое состояние и при этом возможно меньше распылить почву» (Вильяме, 1943). На рис. 9 иллюстрируем динамику важнейших физико-механических свойств почвы — липкости и твердости,— обусловливающих качество вспашки. Зависимость этих свойств от 47
влажности почвы диаметрально противоположна. Твердость, или сопротивление почв расклиниванию, будучи близка к нулю в сырой почве, резко возрастает по мере ее подсушивания, достигая максимума в сухом состоянии. Этой закономерности не следуют лишь почвы песчаные и в совершенстве острукту- ренные. Те и другие в сухом состоянии приобретают рассыпчатое строение. Прилипание структурных почв к шлифованной стали (Ва- дюнина, 1939) в интервале относительной влажности от нуля до 60—70%, как правило, отсутствует или выражается крайне слабо. В интервале относительной влажности до 80% оно невелико, а при дальнейшем увлажнении почвы до границы нижней текучести, по Аттербергу, значительно увеличивается. Взаимное прилипание частиц почвы проявляется при меньшей ее смоченности (на 3—5% относительной влажности), нежели прилипание почвы к шлифованной стали. Совершенно очевидно, что вспашку почвы не следует производить при слишком низких и при слишком высоких ее влажностях. В первом случае почва будет распыляться. Пашня на недостаточно оструктуренной почве получится глыбистая. Удельное сопротивление почвы будет велико. Во втором случае вследствие сильно выраженной липкости почвы рабочие части плуга будут залипать. Внешнее трение почвы о поверхность отвала заменится внутренним трением: почва — почва. Удельное сопротивление почвы при пахоте снова сильно возрастает. Пашня получится смазанной и при высыхании превратится в сплошные глыбы. Как видно из данных, приведенных на рис. 9, оптимальной влажностью для вспашки характеризуемых почв будет относительная влажность 70—80%. При этих условиях частички почвы будут взаимно склеиваться и агрегироваться, а залипание орудий обработки будет отсутствовать. Пласт при этом хорошо крошится. Удельное сопротивление почвы при пахоте благодаря незначительной ее твердости будет наименьшим. В производственных условиях, когда период вспашки почвы вынужденно может растянуться на несколько дней, интервал относительной влажности, при котором еще обеспечивается удовлетворительное крошение почвы, дозволительно расширить на 10% в обе стороны. Существенно отметить (рис. 10), что прилипание распыленной почвы к металлу (а значит, к рабочим поверхностям трактора и плуга) выявляется при меньших влажностях и представлено величинами в несколько раз большими, нежели в почве структурной. Следовательно, наряду с другими отри- 48
дательными характеристиками, распыленная почва может быть обрабатываема без смазывания пласта лишь при значительном ее подсушивании, т. е. после непроизводительной потери около половины драгоценной для растений воды. При оценке оптимальной влажности для обработки почвы существенное значение имеет скорость хода трактора, на которой производится вспашка. До последнего времени вспашка производилась на первой скорости хода трактора (1 Mjсек) —это скорость движения лошади при вспашке. Явно необходимо перейти на более высокие скорости, к чему обязывает нас и Постановление январского Пленума ЦК КПСС 1961 г. В экспедициях Почвенного института АН СССР мы производили исследования вспашки на разных скоростях движения трактора и выявили преимущества скоростной вспашки: по производительности, по расходу горючего на единицу площади обработанного поля и по влиянию на структуру почвы (Качинский, 1952; Бахтин, 1954). На второй и третьей скоростях, по сравнению с первой, можно успешно обрабатывать более влажную почву, получая более структурную пашню (рис. 11) (Бахтин, 1954; Bachtin, 1960). Важно отметить, что на обработку структурной почвы по сравнению с бесструктурной требуется значительно меньшая затрата энергии. Говоря об оструктуривании почв при обработке их, нельзя пройти мимо влияния термического фактора, с которым связано просушивание и промораживание почв. Общеизвестно, что макроструктура почв, особенно грубая — глыбы, столбы, плитки, крупные орехи — образуется в процессе попеременного набухания почвенной till- cv, 7 - ^ IH <<> §•?- ^ п Ч" 1 - п J • ; : , J/ ~з 1 • | * / / /* ; J 1 1 1 1 '/ч / /Ч / / > 'Jj 20 <*0 60 60 100 120 НО Относительная влажность, % Рис. 10. Липкость почвы в зависимости от степени распыленности почвы и ее влажности. Дерново-среднеподзолистая, суглинистая, пылевато-песча- ная почва, стерня ржи, глубина 0—10 см: 1 — почва естественного сложения; 2—почва, просеянная через сито с диаметром отверстий 1 мм; 3 — почва, просеянная через сито диаметром 0,25 мм 49
массы при увлажнении и растрескивании ее при просушивании. Трещины закладываются при этом по линиям наименьшего сцепления и в различном почвенном субстрате приобретают разный характер, сопровождаясь и разной структурой. В случае однородной связности почвенного материала при подсыхании он. растрески- Скорость тода трактора в м/се* Рис. 11. Схема изменения физической спелости почвы в зависимости от скорости движения плуга. Стерня ржи: Р — тяговое усилие трактора при вспашке; ав — поперечник вспахиваемого пласта в см2 (по П. У. Бахтину) вается равномерно по трем осям координат, образуя структуру кубического (по Захарову) типа — комки, орехи, кубики. Если связность почвы в вертикальном направлении выражена слабее, нежели в горизонтальном, почва будет растрескиваться на плитки разной величины и формы. При обратном соотношении связности почва при подсыхании будет бороздиться вертикальными трещинами, распадаясь на параллелепипеды, вытянутые по оси у, столбики и столбы. Структура этого типа интересна как один из морфологических показателей для характеристики почв, но агрономически, особенно для условий пахотного слоя, она должна быть расценена как явление отрицательное. 50
Что касается промораживания почвы, то его влияние на структуру может быть и положительным, и отрицательным (Качинский, 1927). При промораживании и оттаивании оптимально увлажненной почвы (60, 70, 80, 90% относительной влажности) структура почвы улучшается. Природа этого явления многосторонняя. В первую очередь замерзает в почве лишь свободная вода в более крупных капиллярах, при этом объем ее увеличивается примерно на 9%. Участки почвы по периферии крупных пор с замерзшей водой уплотняются. При давлении создаются лучшие условия для ортокинети- ческой коагуляции коллоидов. Процессу коагуляции способствует и вымораживание чистой воды, в силу чего повышается концентрация электролитов в незамерзшей части раствора, и может быть достигнут порог коагулирующего действия их на коллоиды, чего не наблюдалось во всем объеме незамерз- шего раствора почвы. Наконец давление замерзшей воды способствует сближению почвенных частиц, а следовательно, и лучшему проявлению по границам соприкосновения сил Ван-дер-Ваальса. Иной процесс будет наблюдаться при замораживании и оттаивании переувлажненной почвы. В этом случае свободная замерзающая при незначительных отрицательных температурах вода пропитывает всю толщу почвы, в том числе и внутренность набухших комков. Твердая фаза почвы как бы плавает в воде. При замерзании воды, сопровождающемся расширением ее, структурные отдельности будут разрываться. Такая почва при оттаивании получает киселеобразную консистенцию и в сильнейшей степени обесструктуривается (Качинский, 1927). Наконец, сухая почва, просушенная до влаги завядания растений, замерзает лишь при температурах порядка —20° и ниже. Такая почва, оттаивая, заметно не меняет своих свойств. В качестве примера елияния промораживания непере- увлажненной почвы на ее структуру приводим рис. 12 с изображением характера замерзания воды в подзолистом горизонте А2 дерново-подзолистой почвы. При слабой водопроницаемости тяжелой по механическому составу дерново-подзолистой почвы впитывающаяся в нее вода задерживается на поверхности иллювиального горизонта Bi и растекается в толще подзолистого горизонта Аг в горизонтальном направлении. При замерзании она образует многочисленные горизонтально напластованные линзочки, расклинивающие толщу А2 на пластинки и листочки в том же направлении. Этот процесс 51
в пределах горизонта А] дерново-подзолистой почвы нивелируется воздействием густой сети корневой системы растений, чего не наблюдается в А2, так как мощность корневой системы в этом горизонте сокращается в десятки раз и на структуру его влияет слабо. Рис. 12. Характер замерзания воды в подзолистом горизонте дерново-подзолистой суглинистой почвы. Видны темные горизонтальные прослойки льда Говоря о системе удобрений как средстве оструктуривания почвы и улучшения питательного ее режима, Вильяме рекомендует такие формы и дозы внесения удобрений, чтобы они потреблялись растениями, а не лежали мертвым капиталом в почве. Изыскивая удобрения, необходимо наряду с заводскими минеральными туками, и даже в первую очередь, полностью использовать местные удобрения — навоз и навозную жижу, торфофекалии, компост, куриный помет, золу, а также гипс и известь. Оценивая роль навозного удобрения, Вильяме придавал ему двоякое значение: а) биологическое оживление почвы и 52
1 s 1 si? L£_A_ i ^ * oi 2* -з ll II pit» s I PL pr %0'99/ %Z'S9/ %l'OU %г'б9 1 %i'ei 3^ %6'Sl %l'09l <5s fcSSSSN к ьтшшзшшзшш* «"si г- \г*г 41«i %99€f % 9'81 %8V9J §^rfn . 7Ш %2'l£ в пшэоА энныасрон ■■г? р— 3 кнн *** ■Ml (^ ■■■- 1 N3£0Hd3h п/9ннэьенг9}пг9д ппю -SDMOOMpaifuoHgDuof Н1/НЭ£ ИРНЭ91Г и §5- Н9£0Н(1ЭН r>/9HH3t>OIfdtot9g \ппмэ£рудрмрэаиондрирр \ VITH9£ VPUQ91/ 1 нршэпит/г tfpfoj 1 3M39U РИ 1 рдьои uPHPh09uf)j ! tiPHHd(fO£potM)OQPlfJ 1 аинт/збэ pt/ vghou ирнвьээийэ moHuai/o£pouoH9trnj \ Л19шэпнт/гп~э i/0£pou **ь сз 4i 5: 1 ■ *>- § ■£> ■ <£* 1 13 9 I nu/DDff Э/9НЬ/Э£рОЦ \ 53 li • M 1 НЭЕОН0ЭЬ ni9HH9hOtr9lni9g 1 nnM£P)/gOitQ9dUOHQBUD£ I -fitfZ Op t/ H9H9MD£ У 1 ппшэпнтгзРэ i/oepou I W3/2 i9Hngfii/2 од 1 MHpmaHadau *t/nuH\ пншэпнт/гпэ uoegoj J мзд>/- (ni9HH9m 1 - fidDH9ti) *t/ wag- t/\ 'ni4Luapnnt/9f)0 iro£QQ0 III! tigt>ou J
б) обогащение ее питательными веществами. Оттеняя первое положение, он пишет: «Не подлежит никакому сомнению, что не для того мы вносим две-три тысячи пудов навоза на десятину, чтобы удобрить ее теми тридцатью-сорока пудами минеральных солей, которые заключаются в этом навозе,— такая операция была бы слишком невыгодна, слишком наивна. Нет, мы вносим навоз только для того, чтобы вновь оживить в мертвой почве те биологические процессы, которые угасли вследствие несовершенной, не отвечающей цели обработки, и без которых в ней замрет всякое движение вещества» (Вильяме, 1949). Однако, отметив столь ярко роль навоза как средства активизации биологических процессов в почвах, тесно связанных с оструктуриванием их, Вильяме в другом месте (1943) подчеркивает и его питательное значение как источника органического вещества, как одного из лучших минеральных и азотистых удобрений. И обработка почв, и удобрение их могут максимально проявить свою эффективность лишь в условиях севооборота. Исходя из того положения, что 'в естественной 'природной обстановке комковатая водопрочная структура создается в рыхлокустовой стадии лугового дернового процесса под покровом многолетних бобовых трав и рыхлокустовых злаков (в подзонах обыкновенных, тучных и мощных черноземов), Костычев и Вильяме развили тезис о необходимости в севообороте злаково-бобовых травосмесей как одного из главнейших условий оструктуривания почв, восстановления и повышения их плодородия. Вопрос этот нуждается в тщательном анализе. Как показали наши долголетние исследования (табл. 2 и рис. 13), действительно бобово-злаковая травосмесь, а из бобовых люпин и люцерна имеют корневую систему, по массе обычно превосходящую корневую систему льна, овса, ржи, пшеницы и особенно весьма слабую корневую систему таких «изнеженных» культурой растений, как картофель и свекла столовая (не считая мясистого корня). Однако ряд однолетних культур — пшеница, подсолнечник, кукуруза и некоторые другие— также развивают весьма мощную корневую систему, приближающуюся по массе к корневой системе луговых трав и превышающую иногда корневую систему клевера красного (табл. 2 и рис. 13). Следовательно, эти растения при своем развитии, как и травы, будут оструктуривать почву в ризосфере корней за счет деятельного перегноя, образуемого в форме комплексных соединений из азотсодержащих про- 54
Таблица 2 Соотношение абсолютно сухого вещества надземных и подземных частей растений Barbarea vulgaris (сурепка) Linum usitatissimum\ (лен) Avena sativa (овес) Avena sativa (овес) Avena sativa (овес) Triticum vulgare (пшеница) Пропашные Solanum tuberosum (картофель) Solanum tuberosum (картофель) Beta vulgaris (свекла столовая без мясистого корня) (с мясистым корнем) Helianthus annus (подсолнечник) Zea mays (кукуруза) Луговые травы среднеоподзоленныи суглинок подзол суглинистый Ап— 9 см у А2 (ненарушенный)—18 см подзол суглинистый, Ап и А2 перемешаны до глубины 27 см подзол суглинистый, А2 заменен Ап до глубины 24 см западнопредкавказский выщелоченный чернозем среднеоподзоленныи суглинок среднеоподзоленныи суглинок среднеоподзоленныи суглинок среднеоподзоленныи суглинок западнопредкавказский выщелоченный чернозем западнопредкавказский выщелоченный чернозем подзол суглинистый 24,3 25,2 42,72 71,84 126,46 44,77 21,18 21,18 12,44 12,44 152,39 280,71 44,0 10,31 9,38 12,10 21,31 17,21 31,20 9,48 без клубней 35,68 с клубнями 9,78 66,75 38,40 44,88 70,07 55
Продолжение табл. 2 Растения Луговые травы Бобовые Trifolium pratense (клевер луговой) Lupinus perennis (люпин многолетний) Medicago sativa (люцерна посевная) Medicago sativa (люцерна посевная) Medicago sativa (люцерна посевная) Почва сильнооподзоленная супесчаная почва на суглинке слабооподзоленная супесчаная почва на песке серая глинистая лесная земля западнопредкавказский выщелоченный чернозем среднеоподзоленный суглинок средиеоподзоленный суглинок среднеоподзоленный суглинок серая г глинистая лесная земля западнопредкавказский выщелоченный чернозем Вес надземных частей растений (А) с площади 625 см2 в г 32,2 52,9 42,62 28,93 35,9 45,1 34,3 35,05 28,93 Вес подземных частей (В) с площади 625 см* в г (до глубины 2 м) 32,45 41,75 59,23 41,31 24,83 33,71 58,55 57,91 53,21 В-100 А 97,7 78,9 139,0 142,8 69,2 74,7 170,7 165,2 166,0 дуктов автолиза тел бактерий и уроновых кислот (Рудаков, 1949, 1953) и вследствие расчленения ее густой сетью своих корней на зернышки и комочки. Наибольшего внимания среди однолетних растений заслуживает кукуруза, ставшая теперь «королевой полей». Общеизвестна ее ценность как высоко продуктивной зерновой и силосной культуры. Здесь я хотел бы отметить, что среди изученных нами однолетних растений она при хорошем развитии занимает и по массе корней, и по глубине укоренения, и по широте охвата почвы первое место. Так, на западнопредкавказском выщелоченном глинистом черноземе в среднем на 1 га в почве до глубины 2 м в период цветения растений найдено корней пшеницы 5 г, 56
подсолнечника 6,14 т, залежной двухлетней растительности 6,61 г, кукурузы 7,18 т, люцерны второго года пользования 8,51 т (табл. 2 и рис. 13, 14). Однако сказанное об оструктуривающей роли однолетних растений по сравнению с многолетними справедливо лишь Рис. 14. Корневая система кукурузы на западнопредкавказском выщелоченном черноземе для периода их вегетации. При запахивании же корневых остатков как материала для гумусообразования создается резкая разница между однолетними и многолетними травами. Дело в том, что однолетние растения к периоду плодоношения концентрируют все питательные вещества — белки, углеводы, жиры — в репродуктивных органах — в зерне, семени. В стеблях и корнях их к этому времени остаются преимущественно древесинные остатки. При запахивании же многолетних трав запахиваются живые корни и корневища, пожнивные живые остатки стеблей и почки возобновления, содержащие значительное количество белков, углеводов и других пластических соединений и питательных веществ. Особен- 57
но это относится к бобовым растениям — клеверам, люцерне, сераделле, эспарцету, люпину, на корнях которых поселяются азотфиксирующие клубеньковые бактерии. Следует помнить также, что бобовые травы, особенно клевер и люцерна, каль- циефилы. Концентрируя известь в своих корнях и стеблях, они при запахивании пласта обогащают ею пахотный слой, что очень важно на кислых почвах. Степень возврата извести % wo- 90* 50 ЬО зо\ 20\ W о 12 3*5 Часы Рис. 15. Водопрочность структурных отдельностей почв в % по методу Фадеева — Вильямеа. Дерново-подзолистая легкосуглинистая почва, колхоз «Красноармеец» Московской обл.: / — рожь; 2 — лес лиственный; 3 — клевер + тимофеевка первого года пользования; 4 — клевер 4- тимофеевка второго года пользования % 100 90 50 40 \ 30 20 10 \ 12 3 4 5 Часы наблюдений над водопроницаемостью Рис. 16. Водопрочность структурных отдельностей почв по методу Фадеева — Вильямеа в %. Чернозем обыкновенный легкоглинистый, Волгоградская обл. (анализировала И. В. Васильева): / — лесная полоса; 2 — люцерна третьего года; 3— рожь в почву с поукосными остатками будет зависеть от количества отчуждаемых с поля продуктов урожая в форме сена или зеленого корма. На рис. 15 и 16 приведена часть из наших обширных наблюдений над оструктуривающей ролью многолетних трав на черноземных и подзолистых почвах. Оструктуренность их 58
оценивалась по методу Фадеева — Впльямса применительно к ненарушенным почвенным образцам. Как видно из приведенных данных, структура почвы из-под многолетних трав оказывается значительно более водопрочной, нежели из-под ржи, хотя последняя шла по черному пару. Лучшая острукту- ренность почвы из-под трав доказана и прямым определением агрегатности почвы методом мокрого просеивания и оптическим путем, Говоря об оструктуривающем действии трав на почву, следует помнить, что положительное действие их можно ожидать лишь тогда, когда они хорошо развиваются (урожай сена свыше 40—50 ц/га). В этом случае они и при жизни своей корневой системой способствуют мелиорации почвы и после отмирания дают богатый материал для гумусообразо- вания. Если травы плохо развиваются и дают мизерные урожаи, конечно, положительной роли их в оструктуривании почвы не будет. Поскольку в настоящее время по директивам XXII съезда КПСС, зональных совещаний по сельскому хозяйству и мартовского (1962 г.) Пленума ЦК КПСС травы в севооборотах сокращены до минимума, а иногда и полностью исключены, а вопрос о благоприятных для растения физических свойствах почвы, а следовательно, и о структуре, которая обусловливает эти свойства, остается в силе, нужно своевременно найти заменители трав в части благоприятного влияния их на структуру почвы, на содержание в почве гумуса, на обогащение ее азотом и др.1. В интенсивном сельском хозяйстве такие заменители давно применяются: это известкование кислых почв и гипсбвание солонцов или применение заменителей извести и гипса, внесение в почву в должной мере навоза, торфо-навоза, запахивание, особенно на легких по механическому составу почвах, сидератов и других органических удобрений, систематическое внесение в почву минеральных (NPK) удобрений, с учетом потребности возделываемых растений; борьба с сорной растительностью и паразитическими грибами в почве путем ее обработки и широкого применения гербицидов; введение в пропашные севообороты бобовых культур, таких, как горох, кормовые бобы, соя и др. Наконец, в настоящее время в связи с развитием химии полимеров открываются 1 Под многолетними травами в перспективе остается 11 млн. га против 16,8 млн. га в I960 г. Но достижение намеченной урожайности — 35 ц/га — позволяет собирать этого ценного витаминного, богатого белками и минеральными элементами корма значительно больше, чем сейчас при урожайности 12—14 ц. («Коммунист», Кя 4, стр. 8, 1962). 59
широкие возможности использования полимеров в сельскохозяйственном производстве, и в частности для быстрого острук- туривания почв. Этому последнему вопросу посвящается глава VII настоящей работы. В заключение данной главы отметим, что мы против догмы в системах земледелия. Правомочна лишь система агротехнических мероприятий, которая строится с учетом природных факторов и запросов, предъявляемых государством к данному хозяйству в данное время. Но так как любая система агротехнических мероприятий должна стремиться к наивысшему урожаю сельскохозяйственных культур, то для почв тяжелых по механическому составу — суглинистых и глинистых — тезис о структурных почвах как наиболее плодородных остается в силе. Культурная почва — это структурная почва, и для оструктуривания ее нужно использовать любые методы: биологические, химические, физико-химические, физические и механические. Однако сердцевиной их остается необходимость обогащения почв высококачественным гумусом и коллоидальной частью в целом.
Глава VII ПРОБЛЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЛЯ ОСТРУКТУРИВАНИЯ ПОЧВ * В директивах XXII съезда КПСС одной из главнейших народнохозяйственных задач ставится проблема создания изобилия всех и особенно сельскохозяйственных продуктов — этой необходимой предпосылки для перехода от социализма к коммунизму в СССР. За ближайшее двадцатилетие продукция сельскохозяйственного производства должна возрасти в 3,5 раза. Решение этой проблемы неразрывно связано с с интенсификацией сельского хозяйства и с повышением плодородия наших почв, особенно в нечерноземной зоне. В широких масштабах должно быть проведено известкование кислых почв и гипсование солонцов или применение заменителей извести и гипса. В несколько раз должно возрасти применение на полях под сельскохозяйственные, садовые и другие культуры минеральных и органических удобрений (последних особенно на почвах таежной зоны). Должны быть проведены повсеместно полезащитное лесоразведение, борьба с эрозией, окультуривание болот и заболоченных почв, борьба с засухой в степной, полупустынной и пустынной зонах, широкое применение в правильных севооборотах высокоурожайных, в основном зерновых, зерно-бобовых и пропашных культур. В результате всех этих мероприятий повсемест- 1 Экспериментальная часть работы по программе и под руководством автора выполнена: на дерново-подзолистой лочве мл. научн. сотр. Почвенного института им. В. В. Докучаева С. А. Модиной; на светло-каштановой почве канд. биол. наук, мл. научн. сотр. кафедры физики и ^мелиорации почв биолого-почвенного факультета МГУ А. И. Мосоловой. Кроме того, использованы дипломные работы, выполненные под руководством автора студентами — Г. В. Шаклеиной, А. В. Юраневой, 3. Д. Филюги- ной и Т. Н. Красильниковой (1956, 1958, 1960, 1961, 1962). 61
но будут созданы культурные плодородные почвы с глубоким пахотным слоем, характеризующимся благоприятным водным, воздушным, тепловым, биологическим и питательным режимом. Но ведь все эти свойства в почвах тяжелых по механическому составу (суглинистых и глинистых) оптимально представлены лишь в почвах структурных, обладающих хорошей водо- и воздухопроницаемостью, высокой влагоемкостью и мобильностью воды, хорошей проницаемостью для корней растений, низкой удельной сопротивляемостью при обработке и другими положительными качествами. Следовательно, при окультуривании почв тяжелых по механическому составу необходимо постоянно наряду с другими мероприятиями стремиться оструктурить почву, придать пахотному слою мелкокомковато-зернистое строение. Среди приемов агротехники быстрым методом улучшения структуры пахотного слоя является культурная обработка ее при оптимальной влажности. Однако если исходная почва не обладает уже до обработки наличием прочных, водопрочных и пористых агрегатов, то улучшение физического ее состояния за счет обработки кратковременно. Взрыхленная пашня быстро садится, а в случае ливневого дождя или полива обесструктуривается. Комки и зерна ее размываются водой, почва покрывается вредоносной коркой. Значительно более фундаментальное оструктуривание почвы достигается в результате возделывания в севообороте трав, особенно многолетних. Созданная под травами в случае высокого их урожая и хорошо развитой корневой массы структура сохраняется несколько лет и лишь постепенно (через 4—5 лет) утрачивается под пропашными и особенно злаковыми зерновыми культурами. Казалось бы, этот метод оструктуривания почвы вполне удовлетворителен для сельскохозяйственного производства. Однако это не так. Существенное оструктуривание почв, например подзолистых, достигается под травами (смесь клевера красного с тимофеевкой) лишь в результате двухлетнего их использования, а максимум оструктуривающего действия более сложной травосмеси (4—5-компанентной) отмечается через 4—5 лет произрастания трав. Таким образом, срок, необходимый для оструктуривания почв в травопольном севообороте, составляет примерно половину того времени, на которое в последующем продлится эффект оструктуривания. Баланс весьма скромный, особенно если учесть экономическую невыгодность трав по сравнению с другими высокоурожайными культурами: зерновыми, зерно-бобовыми и пропашными. Поэтому естественны 62
поиски агрономической мысли по изысканию более быстрых и более эффективных методов улучшения физических свойств почвы путем внесения в нее каких-либо мелиорирующих веществ. Такими веществами издавна были навоз, торфяная крошка, компост, известь, гипс. Целью внесения этих удобрений было не только обогащение почвы питательными вещест- зами, но улучшение ее реакции (при внесении извести и гипса) и улучшение физических свойств почвы. Положительное мелиорирующее действие этих приемов на свойства почвы, на ее плодородие очевидно. Но ясно также, что потребные дозы их для мелиорации почвы, измеряемые многими тоннами, велики, а темп улучшения физических свойств и структуры почвы замедленный. Этим нужно объяснять, что поиски методов искусственного оструктуривания почв продолжались и особенно активизировались в последние десятилетия. Первую попытку приготовить искусственный клей для оструктуривания почвы сделали Фадеев и Вильяме в конце прошлого века. Они получали аммиачную гумусовую вытяжку из северного чернозема и использовали ее в опыте для оструктуривания смеси «воробьевского» третичного песка и илистой фракции из «гжельской» глины. Аналогичную попытку делали Свен Оден и затем Н. И. Саввинов (1936), получая щелочную вытяжку из торфа. С 1932 по 1936 г. обширные исследования в области искусственного оструктуривания почв были проведены в ФАИ под руководством А. Ф. Иоффе и Д. Л. Талмуда (Ф. Е. Ко- лясев, П. В. Вершинин, В. П. Константинова, Н. Я. Солеч- ник). В качестве структоррв были использованы битумы, торфяной клей, смоляной клей и др. Среди них особое значение придавалось двум препаратам — вискозе и коллоиду А Талмуда. Коллоид А получается по рецепту Талмуда путем воздействия на сульфитные щелока глутином, добываемым из осеи- на костей. Предназначен он для кислых почв, вносится в почву в виде сухого порошка. В почвенном растворе пептизи- руется. Катион щелочи структора входит в поглощающий комплекс почвы, вытесняя из него водород. Реакция раствора подкисляется, вследствие чего коллоид А коагулирует и скрепляет механические элементы почвы. Второй препарат — вискоза — получается из целлюлозы путем обработки ее 17—18%-ным раствором NaOH, а затем CS2. Реакция проходит так: 1) CeH904OH + NaOH -* С6Н904(Жа + Н20, 63
/OCeH904 2) C6H904ONa + CS2 -* C^S \SNa вискоза Вискоза — вязкий гель, растворимый в воде. Вносится в почву в жидком виде при отношении концентрации вискоза : вода — 1:1; 1:2; 1:4; 1:8; 1:12. Оструктуриваемая почва пропитывается раствором. После подсыхания почвы до 50—60% от влагоемкости она обрабатывается для получения нужной по форме и размерам структуры. При подсушивании почвы вискоза свертывается и получается прочная и водопрочная структура. В основе объяснения действия этих препаратов на почву лежит теория Д. Л. Талмуда — теория молекулярного припоя (1932). По этой теории, оструктуривающие вещества должны одевать почвенные частички сплошным мономолекулярным слоем. Этот поверхностно-активный слой изменяет поверхностную энергию на границе раздела двух контактирующих твердых фаз и обусловливает их склеивание. По утверждению П. В. Вершинина (1958), для острукту- ривания почвы означенными препаратами требуется от 0,5 до 1 % структора к весу почвы. Если рассчитать это количество на пахотный слой толщиной в 20 см при объемном его весе 1,2 г/см3, то для оструктуривания пахотного слоя на гектар потребуется структора 12—24 т. При полевых опытах в случае внесения вискозы урожай овса получился менее контрольного. При внесении торфяного клея и коллоида А были получены прибавки урожая в 3— 5 ц/га при величине урожая на контроле 20,06 ц/га. Высокая доза означенных структоров, потребная для оструктуривания почв, небольшие и неустойчивые прибавки в урожае и кратковременность действия предложенных структоров были причинами того, что они не вошли в сельскохозяйственное производство. Аналогичные работы по оструктуриванию почв были проведены в 1944—1948 гг. в США *. Для оструктуривания почв использовались: силикат натрия, кремнийорганические соединения, метилцеллюлоза, стеариновая, альгиновая, абиетиновая кислоты и другие аналогичные препараты. Эти исследования не дали практически приемлемых результатов и в практику сельского хозяйства также не вошли. 1 «Soil. Sci. Soc. Amer. Proc», 10, 450, 1945; «J. Amer. Soc. Agronomy», 38, 95, 1946; «Agr. Sci.», 37, 257, 1947. 64
Принципиально новое направление в оструктуривании почв наметилось с 1950 г. Для оструктуривания были использованы новые высокомолекулярные соединения — полимеры и сополимеры, получившие собирательное название крилиу- мов. Остановимся кратко на теории и истории этого вопроса. Крилиумы в основном — производные трех органических кислот: акриловой, метакриловой и малеиновой (Чичибабин, 1957). Они имеют следующие формулы: акриловая кислота СН2 = СН — СООН, метакриловая кислота СН2 = С(СН3) — СООН, малеиновая кислота СООН — СН = СН — СООН. Как видно из формул, все эти кислоты обладают двойными этиленовыми связями, способными под влиянием различных катализаторов к раскрытию. Следствием такого раскрытия двойной связи в мономере является возникновение двух других ковалентных связей в молекуле данного вещества. Из мономера, скажем, акриловой кислоты СН2 = СН — СООН возникает мономерное звено — СН2 — СН — СООН. По линии вновь возникших ковалентных связей может идти присоединение новых молекул. Получается цепь молекул, возможно глыба или полимер. В полимерной цепи могут участвовать и производные названных кислот, содержащие активные функциональные группы, как нитрильная (—CN), аминогруппа (—NH2), амид кислоты (—СО—NH2) и др. Приведем примеры таких производных: акрилонитрил (СН2 = СН— CN) —мономер; акрилонитрил после раскрытия двойной этиленовой связи (—СН2 — СН — CN) — мономер- I ное звено; в результате полимеризации звеньев акрилонитри- ла возникает цепь: (—СН2 — СН — CN) • х — это будет поли- I мер акрилонитрила, в написании которого х обозначает коэффициент полимеризации, указывающий количество полимерных звеньев, участвующих в цепи. Если в образовании полимерной цепи участвуют одинаковые мономерные звенья, то цепь образует полимер. Если цепь образована различными полимеризующимися звеньями, она носит название сополимера. Примером последнего может 65
быть кальциевая соль сополимера винилацетата и малеино- вой кислоты: Н Н —СНа—СН—С С- СН3СОО СОО соо \Са/ Количество мономерных звеньев, участвующих в полимерной или сополимерной цепи, может достигать многих тысяч, в результате чего возникает гигантская молекула с молекулярным весом в десятки и сотни тысяч единиц. Так как вышеназванные полимеризующиеся соединения в растворе способны диссоциировать преимущественно по связям активных групп, то в результате диссоциации ионов в мономерных звеньях возникают полианионы или поликатионы, несущие заряды. Приведем примеры поликатиона и полианиона (по Ruchr- wein and Ward, 1952): Полианион Поликатион н сн3 I I -С—С— н с=о I о _ Na~~_ Полиметакрилат натрия н сн3 I I —С—С— I .1 н с=о I о I н—с—н I Н—С—Н Н3С—N—СН3 н Н3С—С—О II о Гидроацетат поли-р-ди- метиламиноэтилметакрилат Полиэлектролиты, будучи внесены в почву и неся заряды то положительные, то отрицательные, взаимодействуют с 66
почвенными коллоидами, вызывая их коагуляцию и образуя мостики скрепления между отдельными механическими элементами почвы и микроагрегатами. Полианионы могут коагулировать и сами под влиянием катионов раствора, преимущественно Са",А1"\ Fe**-. В силу того, что гигантская молекула полимера имеет тысячи и десятки тысяч активных точек, она способна вызывать коагуляцию и сама коагулировать в значительном объеме коллоидного раствора, способствуя образованию цементирующей массы в пределах зерен и комков. Цементирующие мостики между коллоидальными частицами могут возникать и в результате химического взаимодействия по линии свободных ковалентных связей полимера и остаточных валентностей коллоидных частиц. Существенную роль при взаимодействии полимеров с глинистыми частицами, как показали исследования (French, Wadsworth, Cook, Culter, 1954; Holmes, Toth, 1957; Lynch, Wright, Cotnoir, 1956; Fiedler, 1956, 1957), играет возникновение по линии активных функциональных групп межмолекулярных водородных связей, представляющих по своей природе нечто среднее между обычными химическими силами (ковалентными связями) и силами Ван-дер-Ваальса (неэлектрические силы межатомного и межмолекулярного притяжения). Изложенные здесь вкратце свойства производных кислот акриловой, метакриловой и малеиновой были использованы в США для опытов по искусственному оструктуриванию почв. Фирма Monsanto Chemical C° организовала для этой цели специальный институт и опытные поля. Была разработана технология приготовления различных крилиумов, из которых наибольшую известность получили три препарата: кальциевая соль сополимера винилацетата и малеиновой кислоты (сокращенное название препарата VAMA CRD-186), поли- акриламид (—СН2—СН—СО—NH2)x — гидролизованный (сокращенное название Separan), натриевая соль гидролизо- ванного полиакрилонитрила (HPAN-CRD-189). Эти препараты были испытаны в многочисленных лабораториях и полевых опытах. В почву они вносились в виде порошка на глубину 6 дюймов (~15 см), с последующим тщательным ее перемешиванием, и в виде раствора — путем дождевания в дозах от 0,025 до 0,1% к весу почвы. Результаты опытов обсуждались на съезде Американской ассоциации почвоведов в Филадельфии 29 декабря 1951 г. (Hedrick and Mowry, 1952; Martin, Taylor, Engibous and Burnett, 1952; Quastal, 1952; Ruchrwein and Ward, 1952 и др.). 67
Предварительные выводы сводились к следующему: а) крилиумы повысили водопрочность и порозность агрегатов; увеличили число пластичности почвы при одновременном снижении ее липкости, что способствует облегчению обработки поля; б) значительно увеличилась водопроницаемость почв и уменьшилась испаряющая их способность; в) крилиумы CRD-186 и CRD-189 не препятствуют всхожести растений, не подавляют микробиологической деятельности почвы и не угнетают почвенную фауну, вместе с тем они якобы не подвержены быстрому разложению микроорганизмами. В дальнейшем исследования по изучению действия кри- лиумов на почву продолжались в США, Англии, Бельгии, Италии, ФРГ, ГДР, Венгрии, Румынии и в некоторых других странах, где также стали изготовлять препараты крилиумов. Например, в ФРГ был синтезирован и испытан препарат Rohagit — кальциево-натриевая смесь соли сополимера мета- криловой кислоты и метилового ее эфира, который вносился в почву в виде порошка; в ГДР предложен крилиум Verdi- ckung AN — вязкий, растворимый в воде гель натриево-ам- монийной соли полиакриловой кислоты. Появились многочисленные публикации по испытанию новых средств (Allison, 1956; Emerson, 1956; French, Wadsworth, 1954; Hagin, Bodman, 1954; Holmes and Toth, 1957; Montgomery and Hibbard, 1955; Homrighausen, 1958). В СССР возобновили исследования по использованию структурных клеев сотрудники ФАИ (П. В. Вершинин, ■И. Б. Ревут, Г. Л. Масленкова и др., 1958, 1959, 1960, 1961). Масленковой под руководством Ревута выполнены тщательные эксперименты по выявлению взаимодействия некоторых полимеров с каолинитом. Она пришла к выводу, что микроструктура каолинита обусловливалась в основном коагуля- ционным процессом, а процесс макроструктурообразования почвы при взаимодействии с ней полимеров имеет в своей основе возникновение межмолекулярных водородных связей. В этой же работе показано, что сила цементирующего действия полимера на почву в большой степени зависит от технологии его приготовления. Так, полиакрилоамид проявляет наибольшую силу в оструктуривании каолинита при гидролизе его на 30%. Использованием полимеров для оструктуривания почв стали заниматься и в ряде других учреждений: в ВИУАА (В. И. Штатнов), в Лаборатории физики почв Узбекской АН (В. Б. Гуссак) и др. 68
До настоящего времени нет единства мнений в оценке значимости структоров. В литературе по данному вопросу можно отметить две точки зрения. Одни исследователи (Allison, 1952; 1956; Hedrick, 1952; Quastel, 1952; Bergman und Fiedler, 1954, 1955; Michael, 1923; Homrighausen, 1957, 1958; Вершинин, 1959; Ревут, 1959, и др.) отмечают большой эффект в оструктуривании почв искусственными клеями и возлагают на них большие надежды. Другие исследователи отмечают неустойчивый эффект в плодородии почв от применения структоров, а иногда и полное отсутствие положительного эффекта или даже отрицательное воздействие их на урожай растений (Barley, 1953; Marshall, 1953; Swanson, 1953; Nielsen et al., 1959). Нам эти разногласия понятны. Дело в том, что один и тот же структор по-разному действует в разных почвенных и климатических условиях; огромное значение имеет доза структора, вносимого в почву, метод его внесения, растения, под которыми он испытывается. В наших лабораториях физики и технологии почвы Почвенного института им. В. В. Докучаева 1 и физики и механики почвы кафедры физики и мелиорации почв МГУ вопрос искусственного оструктуривания почв изучается начиная с 1956 г. и по настоящее время (Качинский, 1958; Димо, 1960; Мосолова, 1961; Модина, 1962). Здесь мы изложим программу исследований, краткие их результаты и перспективы дальнейших работ. До настоящего времени нами испытаны, преимущественно в лаборатории и в меньшей степени в полевых условиях, следующие структоры отечественного производства. 1. Лигносульфонат аммония — АК-1. 2. Лигносульфонат кальция — АК-7. Оба препарата мало известны, поэтому приводим краткую их характеристику. Они относятся к группе сульфитных щелоков, являющихся отходами целлюлозно-бумажной промышленности; это высокомолекулярные соединения, в состав которых входят эмульгированные смолы и жиры, видоизмененные пентозаны и гексозаны, образующие с присутствующим здесь лигнином так называемые лигносульфоновые кислоты. АК-1 получается путем осаждения лигнина из сульфитного щелока кислой сернистоаммонийной солью. По внешнему виду это порошок темно-бурого цвета, хорошо растворимый в воде (рН раствора 4,4). 1 Лабораторией Почвенного института автор настоящей работы руководил до 1961 г. 69
АК-7 получается аналогичным способом, но осаждение лигнина производится Ca(HS03h. Это порошок светло-желтого цвета. В воде растворяется медленно (рН его суспензии 11,2). Оба препарата приготовлены по рецепту акад. С. И. Вольф- ковича. 3. Торфяный клей, представляющий собой сгущенную вытяжку 10%-ного КОН из полуразложившегося травяно-осоко- вого торфа — вязкий темно-коричневый препарат, медленно растворяющийся в воде. 4. Угольный клей, или азотно-гуматное удобрение,— рассыпчатый, черный препарат, медленно растворяющийся в воде (приготовлен по рецепту Вольфковича). 5. Полиакрилонитрил гидролизованный — красновато-жел- гый порошок, хорошо растворимый в воде. Сильно (до 100 объемов) набухает в растворе. Из зарубежных препаратов испытаны: 1. Verdickung AN (ГДР) —двойная натриево-аммонийная соль гидролизованного полиакрилонитрила, вязкий гель, хорошо растворимый в воде. 2. VAMA — CRD-186 (США) — кальциевая соль сополимера винилацетата и малеиновой кислоты, розовый порошок, хорошо растворимый в воде, набухает слабо. 3. Separan (США) — гидролизованный полиакрил-амид, серебристый порошок, хорошо растворимый в воде, набухает слабо. Формулы этих соединений даны выше. Помимо названных структоров в настоящее время мы испытываем препараты отечественного производства: 1- полиакрил-амид гидролизованный; 2. гуматный препарат; 3. полиакрил-амидо-гуматный препарат; 4. К4, Кб, Кб — препараты на полиакрил-амидной основе1. Из вновь полученных зарубежных препаратов испыты- заются: 1. Rohagit — кальциево-натриевая смесь соли сополимера метакриловой кислоты и метилового ее эфира (ФРГ); 2. HPAN — CRD-189 — натриевая соль гидролизованного полиакрилонитрила (США, Monsanto Chemical C°). Вышеназванные препараты структоров испытаны на двух почвах. 1. Дерново-подзолистая, средне-оподзоленная, средне-суглинистая, песчано-пылеватая, поле из-под трав (станция Лу- 1 Эти препараты предоставлены нам лабораторией химии Узбекской АН. 70
говая, Московская область). Краткая аналитическая характеристика почвы приводится в табл. 3. 2. Светло-каштановая солонцеватая тяжелосуглинистая иловато-пылеватая почва (целина, Тингута, Волгоградская обл.). Некоторые аналитические характеристики этой почвы приведены в табл. 4. При экспериментах были внесены дозы: а) для всех структоров отечественного производства — 0,1. 0,5 и 1% к весу почвы; б) для немецкого структора Verdickung AN — 0,1%; в) для структоров VAMA— CRD-186 и Separan — 0,01, 0,05 и 0,1%. Различие доз определялось степенью действия структора: предварительными опытами было выяснено, что крилиумы Separan и VAMA обладают силой цементирующего действия в 5, а иногда в 10 раз большей, чем другие структоры. При оценке результатов опытов нужно учитывать, что американские и немецкие препараты синтезировались со специальной целью — оструктуривания почв. Советские же препараты использованы или как отход промышленности, или заимствованы из других областей производства, например полиакрилонитрил — из производства искусственного шелка. Как выяснилось из предварительного опыта, эффект действия структоров на почву помимо их дозы зависит от многих причин, поэтому в опыте пришлось решать следующие дополнительные вопросы. 1. Закрепление с использованием структоров уже имеющихся в почве агрегатов. Для этой цели во всех случаях отсеивались из образцов почвы агрегаты диаметром 5—7 мм. 2. Цементация с помощью структора искусственных агрегатов диаметром 5—7 мм, приготовленных из образцов почвы, пропущенных сквозь сито 0,25 мм. 3. Метод внесения структора порошком и раствором, если исходный препарат представлен порошком. 4. Влажность затворения почвы при создании искусственной структуры: испытывалась влажность в интервале от 50% относительной влажности до общей влагоемкости почвы (относительная влажность 100%). 5. Длительность перемешивания или перемятия почвы при затворении структуры из распыленной ее массы. 6. Степень сохранности цементирующего действия структо- 71
в ч X S ч U S ч о 5а 6 S 00 С о Х»Х со 00 X <U Ж Ч х 2 3 ¥ ев X X ecj т «У (J Я «у Ж С О <и аг х со t О т л н Поро ноет грега сз Я X* 2 0Q К О О. о >> 5Л «о «в & 2 5j «и я --> си О хо О я я СО основ <У 'а я я а» Ч гло о П ьд СЗ и Гумус по юоину, ь >> ч u* . 3 ризонт бина. £ ;? 1 *Я о со. Ч о »я о 3 о 1 05 «0 5$ ^ «0 05 3 чо 40 05 5? ^ ^ О со ь- со TJ* ем ю ~^ 1С cn СО о (М СО ^ о о о о 1С тр со <N "•*• о" 00 СП 1С CN о" О 00^ О ем i о, с < тг СП <?i СО ь- Г- 1С 00 тР О я '— о О0 со о о о 1С 1С СП о' Tf СП со ОО о" ео о 1С со 1 1С CN < К ч ю о ч о СО ш 2 Я" 2е Se се О * н Л й О 03 ч а> н ч 2 я X Сб н о §.= «в Н о * н ев о Q.X ecj х х х з- «у s 5 2 а. о н о м^С ороз- хть егато 7 лш % £ = &' «!£ я н 2 CQ X о. к я я сз основ и ые CD 3" о огл X СО Z »я о о: с о 9Я о 5 fiQ 40 СП 3 40 С»5 3 ^Р и 03 05 • ^ ^ 2 - к >, 1я Ub >> Sg eg со Я so о. о U СП 1С ^ 1С 1С / 00 со г- <N СО' о о г- СП —< г—1 о СО 1С 00 г- со (N CN 1С У—> 1 о < СП со со 1С 1С CD сэ CN О о см 00 со <—' о СП t^ о см о' 1С ОО СМ 1 1 СП со 72
pa при последовательном разрушении агрегатов и новом их агрегировании без добавочного внесения структора. 7. Влияние на оструктуренность почвы (при внесении структоров) сельскохозяйственных растений. 8. Влияние микроорганизмов на цементирующую стойкость структоров. После предварительных опытов было принято, что почва после внесения структора порошком и тщательного ее перемешивания, а также при внесении структора в растворе во всех случаях должна увлажняться до состояния общей влаго- емкости 1. Агрегирование распыленной массы производилось после подсыхания почвы до 70% относительной влажности, причем перемятие ее шпателем и перемешивание стеклянной палочкой выполнялось в течение 1,5 мин. При внесении структоров в поле почва до глубины внесения структора тщательно дважды перемешивалась обычными орудиями обработки. Эффект действия структора учитывался по показателям. 1) водопрочность агрегатов по Андрианову (1947); 2) результаты сухого и мокрого просеивания почвы по Саввинову (1931); 3) порозность агрегатов фиксажным методом по Качин- скому — Польскому (Качинский, 1947; Польский, 1949). В метод Андрианова нами были внесены поправки в технику анализа и в расчеты результатов. При выполнении анализа по Андрианову результаты искажались вследствие создания неровностей на фильтровальной бумаге с разложенными на ней агрегатами в процессе капиллярного подпитывания агрегатов и особенно при затоплении их водой. Для устранения этого дефекта нами вводится в сито для анализа вырезной латунный круг с четырьмя радиальными лучами, идущими из центра к периферии, который накладывается в сите поверх фильтровальной бумаги. Агрегаты почвы размещаются в секторах круга между радиальными лучами. Учет разрушения агрегатов проводится не через 2,5 мин., как в инструкции Андрианова, а через каждую минуту в течение 10 мин. Принимается, что водопрочность агрегатов, не распавшихся под водой в течение этого времени равна 100%. Агрегаты, распавшиеся в интервале времени от 9 до 10 мин. имеют водо- 1 Напоминаем, что под общей влагоемкостью мы понимаем максимальное количество воды в почве в весовых процентах, которое она может удержать в себе после длительного дождя или искусственного полива и после стекания из смоченных горизонтов или слоев свободной гравитационной воды. 73
90+100 лгг о л прочность =95; от 8 до 9 мин. — соответственно 80 4-90 ос л =85 и т. д. Агрегаты, распадающиеся в интервале от начала опыта до конца первой минуты, характеризуются о+Ю - ^ 0 водопрочностью = 5. Суммарный расчет водопрочно- сти в процентах к максимальной возможной величине выразится формулой: (а,-5 4-аа-15^-ая.25Ч +а10-100).2 ВаГ|. = 100 где аь аг, аз и т. д.— количество агрегатов, распавшихся под водой в течение первой, второй, третьей и т. д. минут. По этой формуле водопрочность агрегатов любой почвы укладывается в рамки от 5 до 100%, тогда как по формуле Андрианова этот интервал изменяется от единиц до бесконечности, что, конечно, не соответствует фактическому различию в водо- прочности агрегатов разных почв. Очень важно при сравнительной оценке действия крилиу- мов (структоров, почвенных клеев) добиться единообразия технологии создания искусственных агрегатов. Работы Вилен- ского, Вершинина, Колосова и др. говорят о том, что из любого почвенного материала тяжелого механического состава, кроме сильноизвестковых и засоленных пород, после тщательного перемятия и плотной упаковки его можно создать весьма водопрочную структуру, не прибегая ни к каким крили- умам. Водопрочность в этом случае обусловливается образованием в агрегате преимущественно неактивных пор, заполняемых при увлажнении агрегата адсорбированной и тонкокапиллярной водой. Мы уже неоднократно отмечали в печати, что такая структура агрономически неприемлема. Критерием степени допустимой упаковки агрегатов при их затворении должна быть их порозность, удовлетворительные размеры которой колеблются от 40 до 45, хорошие — от 45 до 50 и отличные— > 50%. Но порозность и водопрочность в известной мере антагонисты. Как видно из табл. 5, для контрольных агрегатов и для всех крилиумов наблюдается одна и та же закономерность: по мере усиления перемешивания образца почвы при затворении агрегатов порозность их сокращается, а водопрочность возрастает. В этом случае целесообразно не добиваться максимальной водопрочности за счет недопустимого снижения порозности агрегатов, а остановиться на перемешивании образца при затворении агрегатов в ин- 74
ю со 1 о о о во I о,оо о 5~ с Sv S с я а< л я - о^* еа О л 3* г с с g s g в* 2 <•> ■ §g г а о S nt м Л ь. S s u* о та rt £ Z О, Я О S * C о о я ° ^ S £ 2 я н ex, 5 О С s u о я * о x u oo Is* 1 ^ 1 £> со a SCO ЭМЯТ ние о. a> go» a s oj a* о £<* 1 к s 5 S 1 fc! я я и 1 Я 0) as 1 a» 4: nepi в тс Среднее вание 1 а я о» аз Sjj« S^? со к и ю 2 К си S а, к С со s a 8g &8 &8 5? И о & Л л ° h &8 в я §8 юо а с п Л &8 «о G 8S 8*8 с к . 3* §8 2* аз м Л sag ИСК 8- а. 5 со о СО со а> t^ а> 00 ю ^Г о ю 0> ^ ю т^ ^г о to О ОС' 00 rf __ о 1>- см 0> 00 ТР о ю ~* JQ о * со • оо t^ со ю О а> тг1 о СО ю 00 С7> СО ю СО W" h- сп Т ОО о СО ю 00 сТ~~ "^ 0> ^ см СО с- 3 3 f- a: s a 5.5 la я < о u CO f*- t^. CO o> О OS О t^ CM ^ r^- 00 о о ю со т1< 0> СО СО о ю ^, а> 00 00 о ю о а> СО < 2Р 3 j* а "О су > О "Ч4 ^ t-- СО СО СО СО О 00 о а> о а> О- СП о см Г-- —. ^ Tf О 05 О С7> О C7i о см см со О) Ю ^ ^ О ОО о г-- О 05 СО "3- —- *т СО — ю ю СМ 05 OS Ю а> ст> —о о 00 — to см ю ю 05 ^ G5 С5 с ее са с • < s ^ < > 6 sV g н о s >> с _ ^1 I Й Ч ^>00 О са . с °-_Г S СО ^г со о- ей s< °* со со CQ = =^ fc S а> г О Д О) Q О) g «ч н е s Я « о 2 » § О с( S ^ »^*" о .ю о Я g igl fe ffl о S —* U СУ •> W га о л О (U О ^ 5 S ffl §• су о а> П£ 75
тервале 1—2 мин. (1,5 мин.). Здесь же попутно отметим, что структоры Separan и VAMA обеспечивают высокую водопроч- ность искусственных агрегатов при хорошей их порозности. Второй, методически важный вопрос — это целесообразная влажность затворения искусственных агрегатов из распыленной массы почвы. Из уже упомянутых работ Виленского и других известно, что наиболее плотной упаковки механиче- /оо SO во 70] 60 50 <>0 SO] го 10 111 Km 111 Контроль ШЬПолиакрилонитрилШЬУегасскипд-ЯМ ^MSeporan ШмММА Искусственные огрегаты ш^ШКк Естестбенные агрегаты Рис. 17. Водопрочность агрегатов (по Саввинову) в зависимости от типа структора, фракции>0,25 мм в процентах к весу почвы (доза структора 0,1% к весу почвы) ских элементов в агрегате при обработке и наибольшей ее водопрочности легче достичь при влажности почвы, равной общей ее влагоемкости. Однако, во-первых, агрегаты в этом случае будут малопористыми и, во-вторых, при такой влажности невозможна работа с орудиями обработки в поле. Проведя ряд сравнительных экспериментов, мы рекомендуем производить затворение искусственных агрегатов всегда при одной и той же степени смоченности почвы, а именно в интервале 70—75% относительной ее влажности. Для действия крилиумов имеет значение и способ их внесения в почву: во всех случаях оструктуривающее действие крилиумов сказывается скорее и сильнее при внесении их в 76
почву не в виде порошка, а в растворе, так как в этом случае достигается более полное и более равномерное взаимодействие полимера с почвой. Еще можно отметить одну общую и очень важную закономерность во влиянии всех испытанных крилиумов на прочность и водопрочность агрегатов. Они в несколько раз сильнее обеспечивают прочность и водопрочность уже существующих Естественные агрегаты Я, (0f5J см в, (15 -37} см искусственные агрегаты в, (О -15} см /I в, (15 -37) см 4 \ \ \ 3 \ *3 Z I 0,5 0.25'< 0,25 >3 2 t 0.5 0,25 <0,25 >3 2 ' 0.5 0,25 < 0^5 >3 2 Размер фракций в мм 0.5 0,25 <0,25 Рис. 18. Водопрочность агрегатов (по Саввинову) светло-каштановой почвы в зависимости от характера структоров (доза структора 0,1% к весу почвы) 1 — контроль, 2—полиакрилонитрил, 3 — Verdickung AN; 4 — Separan в почве агрегатов по сравнению с искусственными агрегатами, создаваемыми из распыленной почвы (табл. 6 и рис. 17 и 18). Видимо, существующий в почве «каркас», коллоидальной и другой природы, цементирующий агрегаты, взаимодействуя с полианионами и поликатионами крилиумов, приобретает возрастающую прочность и водопрочность. В случае же разрушения этого необратимо свернутого «каркаса» крилиум сам по себе не в состоянии его восстановить и обеспечить суммарный эффект цементации, возможный при сложении цементирующих систем почвы и структора. Отсюда вывод, что при всех условиях, в том числе и при использовании крилиумов в сельском хозяйстве, имеющуюся агрономически
ценную структуру в почве нужно разумно сохранять, ибо для создания новой структурной пашни из распыленной массы почвы потребуется значительно больше сил и средств, чем для улучшения уже имеющейся структуры. Таблица б Водопрочность агрегатов по Саввинову в зависимости от типа структора. Фракция >> 0,25 мм в % к весу почвы Тип структора Дерново-подзолистая почва А„ (0-20) см А2.В,(25-35) см != I Светло-каштановая солонцеватая почва А, (0-15) см Bt(15—37) см о Si Контроль . . . . Полиакрилонитрил гидролизованный VerdickungAN . . Separan VAMA ...... 20,22 43,78 47,40 86,96| 62,62 0,12 2,42 11,94 37,52 77,13 43,34 0,0 2,62 3,20 39,16 21,93 7,14 32,84 64,21 77,98 0,63 10,11 23,46 40,90 31,71 77,23 84,26 93,70 15,77 27,73- 40,43 41,86 П р и м е ч]а н и е. Искусственные агрегаты готовились из фракции <0,25 мм без перемятия 'почвы при относительной влажности 70 %. В анализ шли естественные и искусственные агрегаты размером 5—7 мм. Структоры внесены в жидком виде^в дозе 0,1% к весу почвы. Как видно из табл. 5 и 6, действие крилиумов на разные лочвы и даже на разные горизонты одной и той же почвы неодинаково. Отмечается строгая закономерность: чем выше природная водопрочность агрегатов, тем сильнее действие на них крилиумов. Например, гидролизованный полиакрилонитрил повышает количество водопрочных агрегатов из Ап дерново-подзолистой почвы с 20,22% до 43,78% (увеличение на 23,56%), а та же доза структора в подзолистом горизонте А2 увеличивает процент водопрочных агрегатов лишь на 9,52% (с 2,42% до 11,94%). Такая же закономерность наблюдается и в отношении других структоров. Как видно из табл. 5, максимальное содержание водопрочных агрегатов в обеих исследованных почвах по всем горизонтам достигнуто для тех образцов, которые и в природном состоянии обладают лучшей, по сравнению с другими образцами, водопрочностью. 78
Оценивая силу оструктуривающего действия различных, испытанных нами кондиционирующих веществ, мы должны подразделить их на три группы (табл. 6 и рис. 17, 18). 1. Наиболее сильным действием обладают препараты фирмы Monsanto Chemical C° — Separan и VAMA. Заметное улучшающее их действие на структуру почвы проявляется при дозе 0,05% к весу почвы, а при дозе 0,1%, как видно из табл. 5, даже такие слабоструктурные почвы, как дерново- подзолистая и светло-каштановая солонцеватая, могут быть переведены из бесструктурного состояния в структурное. Длительность действия этих препаратов мы пока не проверили, так как только теперь получили возможность заложить с использованием их полевые опыты. 2. Средними по силе цементации являются немецкий структор Verdickung AN и гидролизованный полиакрилонит- рил советского производства. Для получения водопрочных агрегатов, создаваемых из распыленной массы дерново-подзолистой почвы и Ai светло-каштановой почвы, первого из этих структоров требуется 0,2% к весу почвы, а второго 0,3— 0,4%. Для закрепления уже имеющихся в названных почвах агрегатов количество этих кондиционирующих веществ может быть снижено вдвое. 3. Наименее слабой силой действия по обеспечению водо- прочности почвенных агрегатов из испытанных нами структоров обладают торфяный и угольный клеи, лигносульфонат аммония и лигносульфонат кальция. Для оструктуривания распыленной массы пахотного слоя исследованных почв этих структоров требуется больше 0,5% к весу почвы. Конечно, для разных почв и их горизонтов это количество будет варьировать. Например, для оструктуривания Aj светло-каштановой почвы (до содержания водопрочных агрегатов>0,25 мм— 85—95%) требуется лигносульфоната кальция 1%, а для такой же степени оструктуривания лугово-каштановой почвы его достаточно 0,3%. Как видно из изложенного, в наших исследованиях не подтвердилось оптимистическое заключение некоторых авторов о том, что, применяя сополимер, в некоторых случаях можно оструктурить почву дозой его 0,001% к весу почвы. При условии умеренного перемешивания почвы при затво- рении агрегатов, все испытанные нами кондиционирующие вещества несколько повышают порозность агрегатов (табл. 5) и рыхлость почвы, причем с увеличением дозы структора этот эффект возрастает. 79
Испытанные нами структоры стимулируют всхожесть и развитие проростков овса и пшеницы. Внесенные в поле АК-1 и АК-7 в дозах 0,1 и 0,2% к весу почвы дали в год внесения (1959) прибавку урожая сена по травосмеси на дерново-подзолистых почвах 15% при общем укосе сена на контрольной делянке 75 ц/га (повторность в опыте 6-кратная). Те же структоры и в тех же дозах в 1960 г. на светло-каштановой солонцеватой тяжелосуглинистой почве также дали прибавку в урожае (табл. 7). Таблица 7 Урожай зеленой массы кукурузы Варианты опытов Доза структора к весу почвы на слой 20 см, Высота растений при начале цветения, см Урожай зеленой массы кг\га Контроль Лигносульфонат NH^ Лигносульфонат Са" Контроль Лигносульфонат NH^ Лигносульфонат Са*# 0 0,1 0,1 0 0,2 0,2 60—80 100—120 140—150 60—80 160 120 5490 5800 9090 5600 11880 70§0 100 106 166 100 212 128 Как видно из табл. 7, прибавки в урожае зеленой массы кукурузы для АК-7 при дозе 0,1% и для АК-1 при дозе 0,2% к весу почвы оказались весьма высокими. Так как наши опытные делянки по причине ограниченного количества структоров были малыми (на дерново-подзолистой почве — 64 м2 каждая и на светло-каштановой — 15 ж2), то мы осторожно относимся к полученным прибавкам в урожае и не даем им расширенного толкования, тем более, что в 1961 г. на тех же делянках и для тех же культур прибавки в урожае не превышали 32%. Однако положительное влияние на урожай названных нами растений структоров АК-1 и АК-7 несомненно. Следует только иметь в виду, что эти структоры являются одновременно и удобрительным веществом. И еще подлежит выяснению: отчего больше зависела прибавка в урожае — от оструктуривания почвы или от обогащения ее питательными веществами. Этот вопрос тем более закономерен, что названные структоры в дозах 0,1 и 0,2% к весу почвы оструктури- вают ее недостаточно. 80
Попутно здесь отметим, что увеличение дозы АК-7 даже до 1% к весу почвы стимулировало развитие растений, тогда как внесение АК-1 уже при дозе 0,5% к весу почвы подавляло всходы и развитие растений или губило их полностью. Решая вопрос о целесообразности использования крилиу- мов для оструктуривания почв, нельзя не интересоваться длительностью их положительного действия. Причиной ликвидации этого действия может быть: а) утрата цементирующей способности при механическом разрушении созданных агрегатов при повторных обработках почвы; в) разрушение их микронаселением почвы. По обоим этим вопросам в литературе имеется очень мало сведений; мы поставили опыты для выяснения того и другого вопросов. В табл. 8 приведены данные по сохранению цементирующей силы структоров в случае повторного разрушения и затворения агрегатов. Из таблицы явствует, что различные структоры в разной степени сохраняют свою цементирующую силу. Наиболее стойким оказался в этом отношении Separan, наименее стойкими — гидролизованный полиакрилонитрил и Verdickung AN. Цементирующая сила действия этих двух последних структоров полностью утрачивается после четвертого затворения. Сильно сказываются в данном случае и свойства почвы. Так, Separan стойко сохраняет цементирующую способность для дерново- подзолистой почвы: снижение цементирующей способности после четвертого агрегирования равняется лишь 3,4%. Но этот же препарат на светло-каштановой почве после четвертого затворения агрегатов почти полностью утратил цементирующую способность, снизив ее с 92 до 31% при контроле 23%. В новейших американских работах (Nielsen et al., 1959) отмечается, что на почвах штата Айова полная утрата цементирующего действия крилиумов, внесенных в количестве 1 т на акр, на структуру почв наблюдается к пятому-шестому году после их внесения. Для выяснения влияния крилиумов на развитие микроорганизмов в почве под нашим руководством были поставлены специальные опыты К Испытывалось влияние структоров: лигносульфоната аммония САК-1), лигносульфоната кальция (АК-7) и гидролизованного полиакрил-нитрила на развитие чистых культур Azotobacter chroococcum, Pseudomonas fluo- rescens, Bacillus mycoides и на общее микронаселение почвы. 1 Исполнители опытов — Т. Н. Красилькикова (1961) и Г. В. Шаклеи- на (1956), консультант — старший науч. сотр. кафедры биологии почв биолого-почвенного ф-та МГУ Ю. А. Худякова. 81
Таблица 8 Потеря водопрочности искусственными агрегатами при повторном разрушении и агрегировании (анализ по Андрианову, расчет водопрочности (%) по Каминскому) Внесен структор Повтор- ность агрегирования Дерново-подзолистая почва А п(0-20 см) Светло-каштановая солонцеватая почва А^О—15 см) водопрочность, % Без структора (контроль) Полиакрилонитрил гидролизованный Verdickung AN Separan VAMA 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 73,3 86,2 74,8 74,0 74,7 89,0 75,3 73,0 72,7 100,0 99,8 98,2 96,6 99,9 95,9 93,4 84,2 23 73 34 25 22 92 51 32 31 84 70 51 32 Примечание. Искусственные агрегаты готовились из фракции<0,25 мм с перемешиванием в течение 1,5 мин. при относительной влажности 70%. Размер агрегатов 5—7 мм. Структоры внесены в растворе в дозе 0,1% к весу почвы. Исследуемая почва при оптимальной влажности (70% от влагоемкости) помещалась на 6 дней для «оживления» в термостат при 25°. Затем в эту почву в заданной дозе вносился структор. Через 4, 15 и 30 дней после внесения каждого структора из почвы проводились микробиологические посевы на МПА, среду Чапека и Эшби для определения общего количества бактерий. После двухдневного выдерживания чашек Петри в термостате при 25—30° производился учет количества микроорганизмов. 82
Отмечено, что при внесении структора АК-7 в горизонтах Ai и Bi светло-каштановой почвы количество гетеротрофных бактерий через четверо суток было примерно таким же, Рис. 19. Развитие гетеротрофных бактерий на МПА при посеве почвенной «болтушки» из горизонта Ai светло-каштановой почвы на контроле и с добавлением структора АК-7: I—контроль; 2 —АК-7 в дозе к почве 0,25%; 3 —АК-7 в дозе к почве 1%; 4 —АК-7 в дозе к почве 2% как и в контроле. При посевах через 15—30 дней количество ■микроорганизмов резко повышалось, достигая максимума при дозах структора 1 и 2% к весу почвы (рис. 19). 83 фЩШЯша**~.ШшШШ^"" .Ж
По-видимому, АК-7 в малых концентрациях является благоприятной средой для гетеротрофных бактерий, и в процессе развития они будут быстро разлагать этот препарат. Несколько иная закономерность отмечена для почвы с внесением гидролизованного полиакрилонитрила. В данном слу- чае на первых этапах опыта (через 4 дня после внесения структора) в вариантах опыта с А} и Bj замечалось определенное угнетение микрофлоры со снижением микроорганизмов в 2 и более раза. На 15-е сутки опыта наступало выравнивание с контролем, а в дальнейшем при наличии структора: наблюдалась стимуляция биологических процессов. Стимулирующее действие малых доз испытанных в данном опыте структоров, на развитие микроорганизмов подтверждается и во втором опыте, проведенном по методу диффузии в агар с использованием цилиндриков по Редидишу. На поверхность пластинки из агара с произведенными на нее засевами почвенной болтушки из контроля и со структо- рами разной концентрации ставились алюминиевые цилиндрики размером: d внешний — 8 мм; d внутренний — 6 мм; высота— 10 мм. Внутрь цилиндриков вносилось по 4 капли раствора структора разной концентрации. После 4-дневной инкубации отмечено довольно интенсивное развитие микроорганизмов по периферии цилиндриков при концентрация структоров до 1% к весу почвы (рис. 20). Очевидно, и в данном случае структоры не мешали развитию микроорганизмов,, а в некоторых случаях даже стимулировали его. Однако дозы лигносульфоната NH4 0,01%, а лигносуль- фоната Са" 0,02% к весу среды оказывали сильное токсическое действие на развитие Azotobacter chroococcum (рис 21). Подведем итог испытанию крилиумов в целях оструктури- вания почв. 1. Доказано, что, используя различные кондиционирующие вещества, можно быстро (в несколько дней) острукту- рить почву, создав в ней водопрочные, пористые агрегаты и сообщив ей рыхлое, благоприятное для механической обработки, строение. 2. Лучшими для этой цели препаратами из испытанных нами являются крилиумы фирмы Monsanto Chemical Сэ Sepa- ran и VAMA, синтезированные специально для мелиорации почв. Наименьшая доза их, обеспечивающая переход слабоструктурной почвы в структурную, равна 0,05% к весу почвы, или 1,2 т/га при глубине мелиорируемого* пахотного слоя в 20 см. 84
3. Недостаточно изученным остается вопрос о длительности действия кондиционирующих веществ, утрачивающих свою цементирующую силу в процессе повторного механического разрушения связующих агрегат цепочек и в результате биологического их разрушения. 4. Основным препятствием к использованию крилиумов для мелиорации почв в настоящее время является их дороговизна. Для примера укажем, что 1 кг гидролизованного по- лиакрилонитрила советского производства, приобретенный нами на заводе, стоит 53 руб., а 1 кг импортных препаратов 85
VAMA и Separan стоит 130 и 195 руб. На дороговизну крилиу- мов, как на препятствие к их широкому использованию в США, указывают и американские почвоведы (Nielsen et al.t 1959). Заканчивая рассмотрение данного вопроса, формулируем требования к характеру структоров, которые желательно синтезировать. г,т L А Рис. 21. Развитие Azotobacter chroococcum на контрольной среде Эшби (1) и на той же среде, но с добавлением 0,02% лигносульфоната Са*- (2). 1. Структоры, или почвенные клеи, должны способствовать созданию структуры пористой, упруго-прочной и водопрочной. 2. Структоры не должны быть инертной примесью к почве и ядами для биологического ее населения. 3. Они должны быть гидрофильны и умеренно набухать (не свыше, чем набухаемость почвы, которая подвергается оструктуриванию), но после коагуляции или денатурирования должны не растворяться в воде. 4. Они должны содержать запас- питательных веществ, которые при постепенном распаде цементирующей массы будут усваиваться растениями. 5. Процесс биологического распада клеев должен быть длительным (не менее одной ротации севооборота) иначе оструктуривающая роль клея будет неоправдано кратковременной. 86
6. Наиболее правильным было бы изыскивать цути искусственного приготовления гумусоподобных веществ. 7. Структор должен быть дешев и настолько активен, чтобы эффект оструктуривания почвы достигался при малом его количестве (не свыше 0,5—1 т/га), иначе использование его будет ограниченным. Препятствия к использованию кондиционирующих веществ в сельском хозяйстве в настоящее время не должны снимать этот вопрос с дальнейшей проработки. Напротив, надо устранить эти препятствия. Для этого нужно глубже изучать вопрос о кондиционирующих веществах в различных зонах и на различных типал почв. Ведь они могут быть использованы не только для оструктуривания почв, но и для других нужд сельского и всего народного хозяйства, например для закрепления сыпучих песков, для борьбы с пылимостью на аэродромах, для закрепления дна и откосов крупных каналов и др. В разрешении этого вопроса необходимо объединить усилия почвоведов, агрономов, биологов, химиков, технологов. Нам нужен опытный завод и опытная лаборатория по синтезированию высокомолекулярных соединений специально для нужд сельского хозяйства, по синтезированию препаратов доступных экономически и с высокой силой действия на почву. Полимеры и сополимеры должны войти в агрономическую практику для целей мелиорации почв, повышения их плодородия и урожаев всех сельскохозяйственных культур.
Глава VIII ОЧЕРЕДНЫЕ ЗАДАЧИ В ОБЛАСТИ ИЗУЧЕНИЯ СТРУКТУРЫ ПОЧВ В ранее изложенных главах мы делали критические замечания по тому или другому разделу учения о структуре почвы и пытались наметить целесообразные пути их развития. В заключение формулируем наиболее важные, по нашему мнению, вопросы, касающиеся учения о структуре почв, подлежащие исследованию в ближайшее время. 1. Значимость структуры почвы как фактора ее плодородия в различных почвенных зонах. Специфика оптимальной для плодородия конкретных почв структуры в зависимости от водного, воздушного и теплового их режимов. Роль микро- и макроструктуры в обусловливании оптимальных физических свойств и физического режима почв. 2. Дальнейшее изучение природы структурообразования в почвах с дифференциацией процессов: биологических, химических, физико-химических, физических и физико-механических, а также взаимосвязей этих процессов. 3. Процессы оструктуривания почв при скоростных методах их обработки и в соответствии с этим уточнение и дифференциация понятия о физической спелости почв. 4. Оструктуривание почв разного типа путем использования кондиционирующих веществ. Научные поиски новых типов крилиумов, доступных сельскохозяйственному производству. 5. Дальнейшая разработка агротехнических методов оструктуривания почв по зонам. 6. Роль многолетних и однолетних растений в оструктури- вании почв. 7. Влияние различных минеральных и органических удобрений на структуру почвы. 88
8. Роль термического фактора (преимущественно отрицательных температур и просушивания) в оструктуривании и обесструктуривании почв разных типов. 9. Изучение структуры почвы, преимущественно пахотного слоя с охватом динамики процесса в течение вегетационного периода в связи с возделываемыми культурами, водным, воздушным и тепловым режимом почв. 10. Дальнейшая разработка методов учета структуры почвы, в частности оптического метода с расшифровкой почвенных шлифов (минеральный состав твердой фазы, характер минеральных, гуматных и биологических связей и др.).
ЛИТЕРАТУРА Александрова Л. Н. Перегнойные вещества и процессы их взаимодействия с минеральной частью почвы. Автореф. докт. дис. Ленингр. сельхоз. ин-т, 1953. Александрова Л. Н. и Надь М. О природе органо-мине- •ральных коллоидов и о методах их изучения. «Почвоведение», 1958, № 10. Андрианов П. И. О прочности почвенного комка и методах ее определения. «Почвоведение», 1947, № 2. Ант и пов-К а р ат а ев И. Н., Келлерман В. В., X а н Д. В. О почвенном агрегате и методах его исследования. Изд-во АН СССР, М., 1948. Афанасьева Е. А. Происхождение, состав и свойства мощных черноземов Стрелецкой степи. «Тр. Почвен. ин-та АН СССР», 25, 1947. Афанасьева Е. А., Каран дин а С. Н., Кис сие Т. Я., Оло- вянникова Н. Н. Лесорастительные свойства южных черноземов и произрастание на них древесных насаждений. «Тр. комплексн. научн, экспед. по вопросам полезащитного лесоразведения», 2, вып. 1, 1952. Ахромейко А. И. Структура почвы. Сельхозгиз, М., 1930. Бахтин П. У. Динамика физико-механических свойств почв в связи с вопросами их обработки. «Тр. Почвен. ин-та АН СССР», 15, 1954. Бахтин П. У. и Польский М. Н. О роли дождевых червей в оструктуривании дерново-подзолистых почв. «Почвоведение», 1950, № 8. Бейдеман Н. И. Краткий обзор корневых систем полупустынных растений. «Тр. Азерб. отд. Закавк. фил. АН СССР», секц. бот., вып. 5, 1934. Бекаревич Н. Е. Влияние адсорбированной воды на прочность структуры почвы. «Почвоведение», 1949, № 11. Будакова А. А. Влияние обменных оснований и органических веществ на прочность (почвенной структуры. Канд. дис, МГУ, 1940. Вадюнина А. Ф. Динамика липкости почвы в зависимости от типа почвы, культурного состояния ее и влажности. «Почвоведение», 1939, № 6. Вадюнина А. Ф. Физический режим подзолистой почвы в зависимости от способов обработки ее. «Уч. зап. Моск. ун-та», вып. 105, 1946. Вадюнина А. Ф. Влияние гнезда дуба на среду произрастания. <Вестн. Моск. ун-та», 1953, № 9. Вадюнина А. Ф. и Мраморнова М. В. Вяз мелколистный как главная порода в полезащитных полосах на светло-каштановых почвах. «Почвоведение», 1955, № 6. Вадюнина А. Ф. Полезащитное лесоразведение на светло-каштановых почвах. Сб. «Полезащитное лесоразведение на каштановых почвах». Изд-во МГУ, 1961. Вершинин П. В. Формирование почвенной структуры. «Вестн. j.-x. науки», вып. 1. 1941. Вершинин П. В. Об искусственных почвенных структурообразова- гелях. «Почвоведение», 1958, № 10. Вершинин П. В. Проблема искусственного оструктуривания почв. Сб. «Основы агрофизики». Физматгиз, М., 1959. Вершинин П. В. Проблема искусственного структурообразования. сСб. тр. по агроном, физ.», вып. 8. Изд-во Мин. сельск. хоз-ва, М., 1960. Вершинин П. В., Константинова В. П. Физико-химические основы искусственной структуры почвы. Сельхозгиз, М., 1935. Виленский Д. Г. Влажность структурообразования почв, ее природа и значение в вопросах обработки почв. «Тр. конф. по почвовед, и физиол. культ, раст.», т. 1. Саратов, 1937, стр. 87, 89, 96, 113, 114. 90
Виленский Д. Г. Исследование процесса агрегирования почв. «Почвоведение», № 8, 1940. Виленский Д. Г. Агрегация почв, ее теория и практическое приложение. Изд-во АН СССР, М., 1945, стр. 28, 29, 36, 41 и др. В и л е н с к и й Д. Г., Г е р м а н о в а В. Н. Опыт экспериментального исследования вопросов структурообразования. «Почвоведение», 1934, № 1. Вильяме В. Р. Основы земледелия. Сельхозгиз, М., 1943, стр. 57. Вильяме В. Р. Почвоведение. Сельхозгиз, М., 1947, стр. 32, 35, 56, 147, 384. Вильяме В. Р. Собрание сочинений, т. 7. Сельхозгиз, М. — Л., 1949, стр. 161. В л а д ы ч е н с к и и С. А. Происхождение структуры южных черноземов в районе нижнего течения реки Дон. «Вестн. Моск. ун-та», 1952, № 10. Владыченский С. А., Лебедева Н. Л. Строение макроагрегатов некоторых южных черноземов и каштановых почв. «Почвоведение», 1949, № 10. Воронин А. Д. Некоторые свойства фракций механических элементов комплекса почв светло-каштановой подзоны. «Вестн. Моск. ун-та», 1958, № 4. Г а е л ь А. Г. Облесение бугристых песков засушливых областей. Географгиз, М., 1952. ГедройцК. К. К вопросу о почвенной структуре и сельскохозяйственном ее значении. «Изв. Гос. ин-та опытной агрономии», 4, № 3, 1926. Г е д р о й ц К. К. Учение о поглотительной способности почв. Сельхозгиз, М., 1933. Гельцер Ф. Ю. Значение микроорганизмов в образовании перегноя и прочности структуры почвы. Сельхозгиз, М., 1940. Гельцер Ф. Ю. Значение деятельности перегноя и пути образования его в почвах. Тр. юбил. сес, поев, столетию со дня рождения В. В. Докучаева. Изд-во АН СССР, М., 1949. Геммерлинг В. В. Сравнительная характеристика органических веществ почв разного типа. «Уч. зап. Моск. ун-та», вып. 105, 1946. Гольдшмидт В. М. Кристаллохимия. ОНТИ, М., 1937. Горбунов Н. И. Поглотительная способность почв и ее природа. Сельхозгиз, М., 1948. Г о р б у н о в Н. И. и К о в а л е в Р. В. Физико-химические показатели пригодности почв под чайную культуру. «Почвоведение», 1953, № 2. Горшков П. А. Влияние минеральных удобрений на превращение органического вещества почвы. «Сов. агроном.», 1940, № 1. Г о р ь к о в а И. М. Об искусственном структурообразовании в засоленных почвах. «Почвоведение», 1937, № 2. Горькова И. М. Влияние гидратации на агрегацию глин. Канд. дис. МГУ, 1939. Груздев Г. И. Выбор местоположения и почвы под сад. Сельхозгиз, М., 1956. Гусев М. И. Разложение органических веществ в почве и влияние их на физические и физико-химические свойства. «Химизация соц. земледелия», № 5, 1940. Г у с с а к В. Б. Некоторые наблюдения над эрозией почв в пограничном слое с помощью микрокиносъемки. «Почвоведение», 1948, № 7. Г у с с а к В. Б. Некоторые вопросы методики и техники лабораторных исследований эродируемости почв. «Почвоведение», 1950, № 5. Дараселия М. К. Водный режим красноземных почв в условиях чайных плантаций. Тбилиси, 1939. 91
Дев и Г. Основания земледельческой химии. Изд. Имп. ВЭК. Общ.. СПб., 1832. Димо В. Н. К вопросу об искусственной структуре почвы. «Сб. тр. по агроном, физ.», вып. 8, 1960. Докучаев В. В. Наши степи прежде и теперь. СПб., 1892, сгр. 126. Докучаев В. В. О почвенных зонах вообще и вертикальных зонах в особенности. В кн.: «К учению о зонах природы», СПб., 1899а, стр. 18. Докучаев В. В. Доклад проф. В. В. Докучаева Закавказскому статистическому комитету об оценке земель вообще и Закавказья в особенности. Почвенные горизонтальные и вертикальные зоны. Тифлис, 18996, стр. 11. Докучаев В. В. Лекции о почвоведении. Полтава, 1901, стр. 45. Драгунов С. С. Сравнительное исследование почвенных и торфяных гуминовых кислот. «Почвоведение», 1948, № 7. Егоров М. А. Содоклад на диспуте. Сб. «Проблемы повышения урожайности». Харьков, 1929. Зонн С. В. Почвенная влага и лесные насаждения. Изд-во АН СССР, М., 1959. 3 о н н С. В. и М и н а В. Н. О почвообразовательном значении дубовых лесов на различных почвах. ДАН СССР, 63, № б, 1948. Измаильский А. А. Как высохла наша степь. Полтава, 1893. Измаильский А. А. Влажность почвы и грунтовая вода. Полтава, 1894. Канивец И. И. Роль гриба Trichoderma lignorum и корневой системы сахарной свеклы в создании почвы с прочной структурой. Сб. работ ВНИИС. Киев, 1939. К а н и в е ц И. И. Об обработке почвы и удобрениях в плодоносящем саду. Кишинев, 1956. Канивец И. И. Альбом «Роль почв в садоводстве». Кишинев, 1956. Канцвец И. И. Почвенные условия и рост яблони. Кишинев, 1958. Канивец И. И. Почвенные условия и рост садовых насаждений. Кишинев, 1960. К а ч и н с к и й Н. А. Корневая система растений в почвах подзолистого типа. «Тр. Моск. обл. с.-х. опытн. ст.», 7, 1925. Качинский Н. А. Замерзание, размерзание и влажность почв в зимний сезон в лесу и на полевых участках. Изд-во МГУ, 1927. Качинский Н. А. Структура почвы как один из факторов ее урожайности. Сельхозгиз, М., 1931. Качинский Н. А. О структуре почвы в связи с вопросами агротехники. «Тр. Уральск, фил. АН СССР», вып. 2, 1934. Качинский Н. А. Опыт агромелиоративной характеристики почв. Изд. сов. секции МАП, М., 1934. Качинский Н. А. Физика почвы на службе социалистическому строительству. «Почвоведение», 1937, № 9. Качинский Н. А. О структуре почвы, некоторых водных ее свойствах и дифференциальной порозности. «Почвоведение», 1947, № 6. Качинский Н. А. О некоторых неправильных теориях структуро- образования почвы. «Почвоведение», 1949, № 10. Качинский Н. А. Еще раз о псевдоструктуре почв проф. Д. Г. Ви- ленского. «Почвоведение», 1951, № 6. Качинский Н. А. Оптимальная влажность для обработки почвы. «Сов. агрономия», 1952, № 9. Качинский Н. А. Природа механической прочности и водопроч- ности почвенной структуры в связи с ее генезисом. «Вестн. Моск. ун-та», 1958, № 1. 92
Качинский Н. А. Агромелиоративная характеристика основных почвенных типов Ленкоранской зоны. Сб. «Агромелиоративная характеристика Ленкоранской зоны Азербайджана». Изд-во АН СССР, М, 1960. Качинский Н. А., Вадюнина А. Ф., Корчагина 3. А. Опыт агрофизической характеристики почв на примере центрального Урала. Изд-во АН СССР, М., 1950. Качинский Н. А., Модина С. А., Мосолова А. И. Структура почв и опыт искусственного восстановления ее. «Техника в сельск. хоз-ве», 1961, № 10. Келлерман В. В. Физико-химические свойства водоустойчивых агрегатов в различных типах почв СССР. Вопросы физико-химии почв и методы исследования. Изд-во АН СССР, М., 1959. Коля с ев Ф. Е. Структурообразующие вещества и растение. «Тр. лабор. физики почв Физико-агроном. ин-та», вып. 2, 1937. К о м о в И. М. О земледелии. М., 1789. Кононова М. М. Основные итоги исследований в области почвенного гумуса в СССР за 30 лет. «Почвоведение», 1947, № 10. Кононова М. М. Проблемы почвенного гумуса и современные задачи его изучения. Изд-во АН СССР, М., 1951. Кононова М. М. Гумус главнейших типов почв СССР, его природа и пути образования. «Почвоведение», 1956. № 3. Кононова М. М. Важнейшие итоги исследований почвенного гумуса. «Почвоведение», 1957, № 11. Кононова М. М., Бельчикова Н. П. Изучение гумификации растительных остатков микроскопическим методом. «Почвоведение», № 9, 1946. Кононова М. М., Бельчикова Н. П. Опыт характеристики природы почвенных гуминовых кислот с помощью спектрофотометрии. ДАН СССР, 72, № 1, 1950. Кононова М. М. и ПанковаН. А. Изменения в содержании органического вещества при окультуривании. «Почвоведение», 1948, № 11. Кононова М. М., Бельчикова Н. П. К изучению природы гумусовых веществ почвы приемами фракционирования. «Почвоведение», 1960, №11. Колосов И. П. О возможности искусственного структурообразова- ния в черноземных почвах. «Почвоведение», 1937, № 2. Колосов И. П. О влажности почвы как факторе структурообразо- вания. «Химизация соц. земледелия», № 3, 1938. Колосов И. П. Структура черноземных почв. «Сб. научн.-иссл. работ. Азово-черноз. с.-х. ин-та», № 8, 1939. Костычев П. А. Почвоведение. Сельхозгиз, М.—Л., 1940, сгр. 100, 101, 102, 103, 104, 125, 131 и др. Переиздание учебника 1886—1887 гг. Кочерина Е. И. Некоторые химические и физические свойства отдельных механических фракций дерново-подзолистой почвы. «Почвоведение», 1954, № 12. Красильников Н. А. Микроорганизмы почвы и высшие растения. Изд-во АН СССР, М., 1958. Красильникова Т. Н. Противобиологическая стойкость некоторых полимеров при оструктуривании светло-каштановой солонцеватой тяжелосуглинистой почвы. Рукопись. Кафедра физики и мелиорации почв биол.-почв. ф-та МГУ, 1961. Красовская И. В. Новое в изучении корневой системы растений. Достижения и перспективы в области прикладной ботаники, генетики и селекции. Изд. ГИОА, Л., 1929. 93
Красовская И. В. Корневая система растений и рост ее в зависимости от внешних факторов. «Тр. по прикладной ботанике и селекции», 15, вып. 5, 1925. Кульчицкая А. И. Дифференциальная и видимая порозность как качественный признак структуры на примере основных типов почв Лен- коранской зоны Азербайджанской ССР. «Вестн. Моск. ун-та», 1957, № 3. Кульчицкая А. И. Фракционный состав гумуса некоторых почвенных типов Ленкорани и его роль при оструктуривании почв. «Вестн. Моск. ун-та», 1959, № 3. Линовский Я. А. Критический разбор мнений ученых об условиях плодородия земли, с применением общего вывода к земледелию. СПб., 1846. Л и ч м а н о в а А. И. Некоторые свойства отдельных механических фракций светло-серой лесной почвы. «Почвоведение», 1962, № 6. М а л я н о в А. П. Физические свойства почв и корневые системы растений Башкирии в пределах юго-западного Предуралья. «Уч. зап. Моск. ун-та», вып. 12, 1937. Масленкова Г. Л. Исследование структурообразующих свойств полимеров методом инфракрасной спектроскопии. «Коллоидный журнал», 23, № 5, 1961. Масленкова Г. Л. О механизме искусственного структурообразо- вания. «Почвоведение», № 11, 1961. Масленкова Г. Л. Исследование природы склеивающей способности полимеров при искусственном структурообразоваиии почв. Автореферат канд. дисс. Ин-т высокомолекулярных соединений АН СССР, Л.. 1962. Маттсон С. Почвенные коллоиды. Сельхозгиз, М., 1938. Мельников П. Ф. Состав и свойства глинистой части некоторых почв и грунтов. «Уч. зап. Моск. ун-та», вып. 133, 1949. Мишустин Е. Н. Роль микробиологического фактора в образовании почвенной структуры. «Микробиология», И, вып. 3, 1943. Мишустин Е. Н. Почвенная микробиология и ее очередные задачи. «Тр. Ин-та микробиол. АН СССР», вып. 1, 1951. Михайлова Л. В. Опыт искусственного оструктуривания дерново- подзолистой среднесуглинистой почвы с помощью угольного и торфяного клеев. Рукопись. Кафедра физики и мелиорации почв биол.-почв. ф-та МГУ, 1959. М о д и и а С. А. Опыт использования искусственных клеев для оструктуривания почв. «Почвоведение», 1962, № 3. Павлов Г. И. Метод агрегатного анализа и агрегатный состав почвы. «Тр. Ак-Кавакской опытно-оросительной станции», вып. 2, 1928. Павлов Г. И. Динамика строения пахотного горизонта в условиях орошаемого земледелия и факторы, ее обусловливающие. Мат-лы по опытно-оросительному делу. Ташкент, 1930. Павлов Г. И. Метод агрегатного анализа и агрегатный состав почвы. «Тр. Ак-Кавакской опытно-оросительной станции», вып. 5, 1930. Павлов М. Г. Курс сельского хозяйства, 1—2. М., 1837. Панкова Н. А. Содержание и состав органического вещества в некоторых почвах Кутулукского опытного участка. «Тр. Почвен. ин-та АН СССР», 37, 1952. Петров Е. Г. Наблюдения над влиянием смачивания почвы на ее прочность. «Научно-агроном. журн.», 1927, № 4. Польский М. Н. К вопросу о порозности почвенных агрегатов. «Почвоведение», 1949, № 4. Польский М. Н. Об изучении порозности и микроструктуры поч- 94
венных агрегатов в изолированных шлифах. «Почвоведение», 1952, № 4. Пономарева С. И. Скорость образования в почвах кальцита дождевыми червями. ДАН СССР, 61, № 3, 1948. Пономарева С. И. Влияние деятельности дождевых червей на создание устойчивой в эрозионном отношении структуры почвы. Тр. юбил, сес, поев, столетию со дня рождения В. В. Докучаева. Изд-во АН СССР. М, 1949. Пономарева С. И. Влияние жизнедеятельности дождевых червей на минерализацию растительных остатков. «Почвоведение», 1952, № 8. Пономарева В.-В. О сущности и географических закономерностях подзолообразования. «Почвоведение», 1956, № 3. Пронин М. Е. Сельскохозяйственное значение структуры почв. Сельхозгиз, М., 1930, стр. 32, 33 и др. Ревут И. Б. Удобрения создают структуру. «Наука и жизнь», 1959. № 6. Ревут И. Б. Приемы создания и поддержания водопрочности макроструктуры почвы. Сб. «Физика в земледелии». Физматгиз, М.—Л.. 1960. Роде А. А. Опыт изучения механического состава нескольких почв подзолистой зоны. «Тр. Почвен. ин-та АН СССР», 6, 1932, стр. 155 и др. Роде А. А. Дисперсность твердой массы почвы, химический и минералогический состав ее и отдельных ее компонентов. «Почвоведение», 1938, № 2. Розов Л. П. Система механических анализов вместо одного анализа, как метод характеристики водно-физических свойств почвы. Сб. «Физика почв в СССР». Сельхозгиз, М., 1936. Р у б а ш о в А. Б. К вопросу о генезисе водопрочной структуры и роли ее в плодородии. «Почвоведение», 1949, № 3. Рудаков К. И. Почвенная структура и деятельный перегной. Тр. конф. по вопросам микробиологии, связанным с внедрением в сельское хозяйство комплекса Докучаева—Костычева—Вильямса. Изд-во АН СССР, М., 1953. Рудаков К. И. и БиркельМ. Р. Развивающееся растение, микроорганизмы и прочная структура почвы. «Микробиология», 18, вып. 6. 1949. Рыжов С. Н. К определению порозности почвенных агрегатов. «Сб. тр. по агроном, физике», вып. 18, 1937. Сабанин А. Н. Краткий курс почвоведения. М., 1909, стр. 146. Саввинов Н. И. Структура почвы и ее прочность. Сельхозгиз, М.. 1931. Саввинов Н. И. О физических («структурообразующих») удобрениях для почв. Сб. «Физика почв в СССР». Сельхозгиз, М., 1936. Саввинов Н. И. Влияние многолетних трав и некоторых агротехнических приемов на прочность структуры почв в разных зонах. Сб. «Физика почв в СССР». Сельхозгиз, М., 1936. Саввинов Н. И. и ПанковаН. А. Корневая система растительности целинных участков степей Заволжья. Сб. памяти акад. В. Р. Вильямса. Изд-во АН СССР, М., 1940. Советов А. В. О разведении кормовых трав на нолях. СПб., 1859. Советов А. В. О системах земледелия. СПб., 1867. Соколовский А. Н. Из области явлений, связанных с коллоидной частью почвы. Сб. «Изв. Петровской с.-х. акад.», вып. 1—4, 1921. Соколовский А. Н. Структура почв и ее сельскохозяйственная ценность. «Почвоведение», 1933, № 1. 95
Соколовский А. Н. К вопросу о количественной оценке структурности почвы. Сб. «Физика почв в СССР». Сельхозгиз, М., 1936. Солечник Н. Я. О структурообразующих клеях. Сообщение 2-е. «Тр. лабор. физ. почв физико-агроном. ин-та», вып. 2, 1937. Солечник Н. Я. и Новосильцева Н. Д. О структурообразующих клеях. «Тр. сектора физ. лочв. Физико-агроном. ин-та», вып. 1, 1936. Талмуд Д. Л. Поверхностные явления и их приложения в технике. «Соц. реконструкция и наука», вып. 3, 1932. Троицкий Е. П. Роль минерального в синтезе органического вещества почвы — растения. «Уч. зап. Моск. ун-та», вып. 141, 1952. Т у л а й к о в Н. М. Залежь и травяной пласт, как элемент севооборота. Сб. «Проблемы залежей и севооборота в пшеничном хозяйстве». Сельхозгиз, М., 1930. Тулайков Н. М. Речь. Сб. «За травопольную систему земледелия». Планхозгиз, М., 1930. Тулайков Н. М. Предисловие к ст. С. Ф. Сергеева «Влияние поверхностного рыхления почвы на ее влажность и урожай сельскохозяйственных растений». «Журнал опытной агрономии юго-востока», 9, .вып. 1г 1931. Т ю л и н А. Ф. Вопросы почвенной структуры. Агрегатный анализ как подсобный метод для оценки реальной структурности почвы. Пермь, 1928. Т ю л и н А. Ф. О методах качественного и количественного определения почвенной структуры. Сб. «Физика почв в СССР». Сельхозгиз, М., 1936. Т ю л и н А. Ф. О более детальной характеристике выделяемого ила при подготовке почвы к механическому анализу. Сб. «Физика почв в СССР». Сельхозгиз, М., 1936. Т ю л и н А. Ф. Вопросы почвенной структуры в лесу. «Почвоведение», 1954, № 1. Т ю л и н А. Ф. Вопросы почвенной структуры в лесу. «Почвоведение», 1955, № 1. Тюлин А. Ф. Органо-минеральные коллоиды в почве, их генезис и значение для корневого питания высших растений. Изд-во АН СССР, М., 1958. Тюлин А. Ф., К о р о в к и н а А. В. Различное качество почвенных водопрочных агрегатов в зависимости от группового состава вторичных частиц < 0,01 мм. «Почвоведение», 1950, № 3. Тюлин А. Ф. С к л я р А. И. Пористость почвенных агрегатов и механическое поглощение суспензии в почве. Сб. «Физика почв в СССР». Сельхозгиз, М., 1936. Тюрин И. В. Органическое вещество почв. Сельхозгиз, М., 1937. Т ю р и н И. В. К вопросу о природе фульвокислот почвенного гумуса. «Тр. Почвен. ин-та АН СССР», 23, 1940. Тюрин И. В. Географические закономерности гумусообразования. Тр. юбил. сес, поев, столетию со дня рожд. В. В. Докучаева. Изд-во АН СССР, М., 1949. Тюрин И. В. и Найденова О. А. Характеристики состава и свойств гуминовых кислот. «Тр. Почвен. ин-та АН СССР», 38, 1951. Ферсман А. Е. Избранные труды, 1—2. Изд-во АН СССР, М., 1952—1953. Филиппович 3. С. Поглощение коллоидов почвами и образование структуры. «Почвоведение», 1956, № 2. Францессон В. А. Набухание и усадка в черноземных почвах в связи с прочностью их структуры. «Почвоведение», 1942, № 1. 96
Францессон В. А. О свойствах структуры почв после их обработки во влажном состоянии. «Докл. ВАСХНИЛ», вып. 9, 1952. Францессон В. А. и КривицкаяЕ. Ф. Высушивание и смачивание как фактор изменения структуры почвы и подвижности в ней литательных веществ. «Тр. ВИУАА», вып. 28, 1948. Францессон В. А. и Герасимова А. В. Вопросы структуры и сохранения плодородия вновь освоенных черноземных почв Северного Казахстана и Западной Сибири. «Земледелие», 1959, № 3. X а н Д. В. Поглощение органического вещества минералами почвы. «Почвоведение», 1950, № 1. Хан Д. В. Состав перегнойных веществ и их связь с минеральной частью почв. «Почвоведение», 1959, № 1. X в ы л я К. С. Усовершенствование прибора Фадеева—Вильямса для определения прочности структуры почвы. «Почвоведение», № 7, 1952. Христева Л. А. Гуминовые кислоты углистых сланцев, как новый вид удобрения. «Вестн. АН СССР», 1950, № 6. Христева Л. А., Пивоваров Л. Р., Пшеничный А. Е., Я р- ч у к И. И. О взаимосвязи между минеральным и органическим питанием высших растений и использовании гуминовых кислот в качестве удобрений. «.Почвоведение», 1954, № 12. Чижевский М. Г. и Бакшеев И. М. Макроагрегатный анализ почв методом качания сит. «Сов. агрономия», 1947, № 2. Чижевский М. Г., Богомолов В. 3. Методы углубления пахотного слоя в условиях дерново-подзолистых почв. «Химизация соц. земледелия», 1935, № 4. Ч и ч и б а б и н А. Е. Основные начала органической химии, т. 2. Гос- химиздат, М., 1957. Шаклеина Г. В. Оструктуривание светло-каштановой почвы искусственными полиэлектролитами. Рукопись. Кафедра физики и мелиорации почв биол.-почв. ф-та МГУ, 1956. Юранева А. В. Опыт искусственного оструктуривания светло- каштановой почвы гидролизованным полиакрилонитрилом. Рукопись. Кафедра физики и мелиорации почв биол.-почв. ф-та МГУ, 1958. Allison L. E. Effect of synthetic polyelectrolytes on the structure of saline and alkali soils. «Soil Sci», 73, No. 6, 1952. Allison L. E. Soil and plant responses to VAMA and HPAN soil conditioners in the presence of high exchangeable sodium. «Soil Sci. Soc. Amer. Proc», 20, No. 2, 1956. В а с h t i n P. U. Die Bedeutung der Feuchtigkeit bei der Bodenbear- beitung. 2. Probleme der Bodenbearbeitung. Deutsche Akad. Landwirtschafts- wiss. Tagungsberichte. Nr. 28, 1960. Bergmann W. und Fiedler H. J. Synthetische Bodenverbes- serungsmittel. «Ztsch. Deutsche Gartenbau», H. 12, 1954. Fiedler H. J. und Bergmann W. Synthetische Bodenverbes- serungsmittel, ihre Wirkung und Anwendung. «Wiss. Ztsch. Friedrich-Schil- ler Univ.» Math.-Naturwiss. Reihe, 4, H. 2—3, 1954—1955. Barley K. P. Structure building in halomorphic soils. «J. Austral. Inst. Agric. Sci.», 19, No. 2, 1953. Emerson W. W. Synthetic soil conditioners. «J. Agric. Sci.», 47, No. 1, 1956. Fiedler H. J. und Bergmann W. Synthetische Bodenverbes- serungsmittel im Gartenbau. «Archiv fur Gartenbau», 3, H. 2, 1955. Fiedler H. J. Ober der Wirkung organischer Polyanionen und Po- lykationen auf Bodenbestandteile und Boden. «Wiss. Ztsch. Fridrich-Schil- ler Univ.», Math.-naturwiss. Reihe, 6, H. 5—6, 1956—1957. 97
French R. О., Wads worth M. E., Cook M. A., Cul ter LB. The quantita application infrared spectroscopy to studies in surface chemistry. «J. Phys. Chem.»,58, 805, 1954. H a g i n I., В о d m a n G. B. Influence of the polyelectrolyte CRD—186 on aggregation and other physical properties of some California and Israeli soils and some clay minerals. «Soil Sci.», 78, 367, 1964. Hedrick R. M. and Mo wry D. T. Effect of synthetic polyelec- trolytes on aggregation, aeration and water relations of soil. «Soil Sci.»r 73, 427—441, 1952. Holmes R. M. and Toth S. I. Physico-chemical bechavior of clay- conditioner complexes. «Soil Sci.», 84, 479, 1957. Homrighausen E. Untersuchungen uber den Einflufi des synthe- tischen Bodenverbesserungsmittels. «Rohagit S 7366» auf die Bodenstruc- tur. «Ztsch. Pflanzenernahr, Dung. Bodenk.», 78 (123), H. 1, 1957. Homrighausen E. Der Wasserhaushalt des Bodens in Abhangig- keit von seinem Strukturzustand. Mededelingen van de Landbouwhogeschool en de Opzoekingsstations van de staat te Gent. 1959, Deel. 24, Nr. 1. «Intern. Symp. on Soil Structure, Ghent», 1958. lacks G. V. Mulechung soil conditioners. «Sci. Progr.», 42, 276—284, 1954. Katschinsky N. A. Bodenstruktur als einer der Faktoren der Bo- denfruchtbarkeit. «Почвоведение,», 1932, N 4. Katschinsky N. A. Das Wurzelsistem Wildwachsender und Kul- turpflanzen in verschiedenen Bodenarbeiten in Verbindung mit den Wasser— und Nahrstoff verchaltnissen der Boden. «Тр. советской секции МАП». M., 1936. Katschinsky N. A. De la structure du sol et de sa porosite diffe- rentielle. «Rapports VI Congres Internat. Sci. du Sol.». Paris, 1, 19,127—134, 1956. Kapur S. L. and Nair С. К. N. Effect of krilium on soil structure and plant growth. «J. Sci. Industr. Res. India», Sec. В., 13, 747—748, 1954. L i e b i g I. Die Chemie in ihrer Anwendung auf Agricultur und Phy- siologie. Braunschweig, 1846. Lutz I. F., Lagos R. G. and Hilton H. С Effect of phosphate fertilizers on some physical properties of soils. Trans, 7-th Congr. Intern. Soc. Soil. Sci. I, Madison, Wisconsin, p. 241, 1960. Lynch D. L., Wright L. M., С о t n о i r L. J. The adsorption of carbohydrates and related compounds on clay minerales. «Soil Sci. Soc. Amer. Proc.» 20, p. 6, 1956. Martin W. P., Taylor G. S., Engibous F. С, В u r n e 11 E. Soil and crop responses from field application of soil conditioners. «Soil Sci.», 73, 445—471, 1952. Martin T. Microorganisms and soil aggregation. «Soil. Sci.», 61, No. 2, 1946; 69, No. 6, 1950. Michaels A. S. Aggregation of suspensions by polyelectrolytes. «Industr. and Engineering Chem.», 46, 1485, 1954. Michaels A. S., M о r e 1 о s O. Polyelectrolyte adsotption by kao- linite. «Industr. and Engineering Chem.», 47, No. 9, 1955. Marshall R. M. Conditioning soil in the southwest. «Better Crops», 37, No. 9, 1953. Mi t s ch e r 1 i ch. E. A. Bodenkunde fur Land und Forstwirte. Berlin, 1923, S. 73. Montgomery R. S. and Hibbard В. В. Theoretical aspects of the soil conditioning activity of polymers. «Soil Sci.», 79, No. 4, 1955. 98
Nielsen D. R., Don Kirkham and Phillips. R. E. Synthe tic soil conditioners. «Iowa Farm Sci.», 13, No. 8, 1959. P e e 1 e Т. С Microbial activiti in relation to soil aggregation. «J. Amer. Soc. Agronomy», 32, No. 3, 1940. Quastel J. H. Influense of organic matter on aeration and structure of soil. «Soil Sci.», 73, No. 6, 1952. Quastel J. H. and Web ley D. M. The effects of the addition to soil of alginic acid and other forms of organic matter on soil aeration. «J. Agric. Sci.», 37, 257, 1947. Richards L. A. Advances in soil physics. Transactions of 7-th International Congress of Soil. Sci. Madison, 1, 67—79, 1960. Ruchrwein R. A. and Ward D. W. Mechanism of clay aggregation by polyelectrolytes. «Soil Sci.», 73, No. 6, 1952. Russell E. W. Soil structure. Imperial Bureau of soil science technical communication. No. 37, 1938. Schubler G. Grundsatze der Agrikulturchemie. Leipzig, 1938. Schumacher W. Die Physik des Bodens in ihren theoretischen und praktischen Beziehungen zur Landwirtschaft. Berlin, 1864. S e к е г a F. Die optimale Bodenstruktur. «Dtsch. Landwirtsch», Nr. 9, 1955. Shaw С F. When the soil mulch conserves moisture. «J. Americ. Soc. Agronomy», 21, No. 12, 1929. S w a n s о n C. Z. W. Soil conditioners. «Scient. America», 189, No. 2, 1953. Thaer A. Grundsatze der rationellen Landwirtschaft. Neue Ausgabe. Berlin, 1806. Tuorila P. Uber die rasche und langsame Koagulation von polydis- persen Systemen. «Kolloidchemische Beihefte» (Erganzungshefte zur Kolloid- Ztsch.), 22. H. 6—12, 1926. Tuorila P. Ober orthokinetische und perikinetische Koagulation. Theorie der Stromungskoagulation und Beitrag zur Koagulationstheorie von M. V. Smoluchowski und H. Miiller mit experimentellen Untersuchungen zur Koagulation der Kolloid — und grobdispersen Systeme und zur Schlam- manalyse. «Kolloidchemische Beihefte» (Erganzungshefte zur Kolloid-Ztsch.). 24, H. 1—4, 1927. Tuorila P. Uber Beziehungen zwischen Koagulation elektrokineti- schen Wanderungs geschwindigkeiten, Ionenhydratation und chemischer Beeinflussung Experimentelle Untersuchungen an Ton-, Quarz- und Permu- titsuspensionen, «Kolloidchemische Beihefte» (Erganzungs Hefte zur Kolloid - Ztschr.)., Veihmeyer F. Some factors affecting, the irrigation requirement of deceduons Orhards. «Hilgardia», 2, No. 6, 1927. Weeks L. E. and Colter W. G. Effect of synthetic soil conditioners on erosion control. «Soil. Sci.», 73, No. 6, 1952. W о 11 n у Е. Forschungen aus dem Gebiete der Agrikulturphysik, Hei delberg, 1878—1898.
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 3 Г л а в а I. О структуре почвы в связи с ее плодородием (от Ко- мова до Докучаева и Костычева) 7 Глава II. Структура почвы в работах В. Р. Вильямса ... И Глава III. Коагуляционная теория образования структуры почвы К. К. Гедройца 14 Глава IV. Дискуссия о значимости структуры почвы как фактора ее плодородия 22 Глава V. Краткий очерк новейших работ по вопросу о структуре почвы 25 Глава VI. О методах и условиях оструктуривания почв . . 46 Глава VII. Проблема использования высокомолекулярных соединений для оструктуривания почв 61 Глава VIII. Очередные задачи в области изучения структуры почв 88 Литература 90 Никодим Антонович Качинский СТРУКТУРА ПОЧВЫ Редактор Г. Д. Звягинцев Технический редактор Л. В. Мухинй Сдано в набор 22/III 1963 г. Подписано к печати 21/VIII 1963 г Л-70760 Формат 60Х90А6 Печ. л. 6,25 Уч.-изд. л. 5,95 Изд. № 191 Заказ 486 Тираж 5750 Цена 42 коп. Типография Издательства МГУ. Москва, Ленинские горы