Микроагрегатный состав почвы
Микроагрегатный состав почвы — это относительное содержание в почве структурных отдельностей объёмом менее 0,25 мм (по некоторым классификациям — (0,01-0,25 мм)[1][2][3]. Идея отнести почвенные агрегаты менее 0,25 мм к категории микроагрегатов впервые была предложена российским и советским биологом-почвоведом К. К. Гедройцем[4][5].
Микроагрегаты состоят из глинистых и илистых частиц, частиц органического вещества, остатков растений и грибов[6]. Специфика организации микроагрегатов напрямую ассоциирована с их физическими свойствами: связностью (механической прочностью), устойчивостью к размывающему действию воды (водопрочностью) и пористостью[1][2]. У микроагрегатов основную связующую роль между пылеватыми и песчаными элементарными почвенными частицами играют именно илистые частицы[7].
Формирование
Почва — это гетерогенная, динамичная и биологически активная пористая среда, функции которой тесно связаны с ее трёхмерной структурой[8]. Формирование почвенной структуры происходит в результате различных процессов, наиболее важный из которых — взаимная коагуляция коллоидных частиц, приводящая к формированию почвенных микро- и макроагрегатов. На этот процесс существенное влияние оказывают ионы, растворённые в почвенном растворе. К примеру, ионы кальция и железа трехвалентного способствуют образованию механически прочных и водопрочных агрегатов, тогда как ионы натрия влияют на формирование агрегатов неустойчивых, легко подверженных размытию водой[9].
Формирование микроагрегатов осуществляется четырьмя группами процессов. К ним относятся[10][11][12][13]:
- биологические (колонизация микроорганизмами, биодеградация и потребление);
- химические (адсорбция, осаждение, окислительно-восстановительные реакции, комплексация — в том числе, обмен лигандами);
- биофизические (биотурбация, биосмешивание, расширение пор, биотранспорт, биотранслокация);
- физические (замораживание-оттаивание, высушивание-увлажнение, сжатие-набухание, капиллярность, адвекция, диффузия, окклюзия, инкапсуляция, цементация)[13].
Комбинация всех этих факторов способствует образованию прочной комковато-зернистой структуры, которая обеспечивает создание оптимальных условий для роста растений и почвообитающих животных, а также достаточного запаса питательных элементов в почве[9].
Описание и свойства
Микроагрегат можно определить как почвенное трёхмерное образование, состоящее из первичных (элементарных) почвенных частиц (ЭПЧ)[14]. ЭПЧ представляют собой обломки горных пород и минералов, а также аморфные соединения, все элементы которых находятся в химической взаимосвязи и не поддаются разрушению общепринятыми методами пептизации[15]. Ключевым отличием микроагрегатов от элементарных почвенных частиц является устойчивость при разного рода внешних воздействиях[16].
Высокая степень стабильности микроагрегатов обеспечивается наличием таких постоянных связующих агентов, как гуминовые вещества, ассоциированные с аморфным железом и соединениями алюминия[17].
Отмечается, что среднее время существования органического вещества в микроагрегатах выше, нежели в макроагрегатах[13]. Органическое вещество играет двоякую роль в формировании и стабилизации почвенных агрегатов. Гумифицированное органическое вещество работает как агрегирующий материал при формировании микроагрегатов вокруг органо-минеральных ядер и, впоследствии, соединении микроагрегатов в макроагрегаты[13]. Частью связующего «клея» способен выступать активный углерод (растительные сахариды и полисахариды), потребляемые микробами для получения энергии[6]. В свою очередь, свежие растительные остатки и возникающие при их разложении твёрдые дискретные частицы, которые относятся к фракции дисперсного органического вещества, и становятся основой макроагрегатов, внутри которых, при последующем разложении окклюдированного дисперсного органического вещества и уже распаде макроагрегатов, образуются микроагрегаты[13][18][19].
Микроагрегаты имеют важное характерное в агротехническом и мелиоративном плане свойство — дополнительную внутриагрегатную пористость, образуемую элементарными почвенными частицами[5]. Такая пористость влияет на водоустойчивость, водо- и воздухопроницаемость, влагоёмкость почвы[20].
Оценка агрегатности
Для проведения микроагрегатного анализа, то есть оценки содержания микроагрегатов в почве, применяются методы, главная задача которых — при разрушении макроагрегатов оставить неразрушенными микроагрегаты[3][21].
Среди таких методов:
- интенсивное механическое взбалтывание в дистиллированной воде (метод Н. А. Качинского),
- использование низкой концентрации (0.4 %) пирофосфата натрия и слабое механическое воздействие;
- микроагрегатный анализ почв методом лазерной дифракции.
Традиционно оценку микроагрегатного состава почв рассматривают совместно с механическим (гранулометрическим) составом почв. Определение содержания фракций микроагрегатов производят пипеточным методом или иными методами, используемыми для гранулометрического анализа[3].
Для характеристики устойчивости почвенных микроагрегатов (оструктуренности) используются различные параметры и коэффициенты. Среди таковых — следующие оценочные градации почв по гранулометрическому и микроагрегатному составам[14]:
Коэффициент дисперсности почвы по Качинскому (Кd, %)
Кd = Им/Иг,
где Им- содержание илистой фракции ила при микроагрегатном составе, Иг — содержание илистой фракции при механическом (гранулометрическом) составе.
Данный показатель выражает степень пептизируемости илистых частиц почвы при воздействии воды.
Интерпретация результатов. Классификация оструктуренности по коэффициенту Качинского:
- <15 — высокая микрооструктуренность;
- 15-25 — хорошая;
- 25-40 — удовлетворительная;
- 40-60 — неудовлетворительная;
- >60 — весьма низкая[14].
Степень агрегированности по Бэйверу (Аг, %)
Аг = Пм — Пг / Пм,
где Пм — содержание фракции более 0,05 мм при микроагрегатном анализе, Пг — содержание фракции при механическом (гранулометрическом) анализе.
Интерпретация результатов. Классификация по Бэйверу:
- >90 — очень высокая микроагрегированность;
- 80-90 — высокая;
- 65-80 — хорошая;
- 50-65 — удовлетворительная;
- 35-50 — слабая;
- 20-35 — весьма слабая;
- <20 — низкая.
См. также
Литература
- Ивонин В. М. Эрозия почв при талом стоке на склонах с лесными полосами // Мелиорация и гидротехника. 2021. № 2.
- Митрофанов Д. В. Плодородие почвы и продуктивность полевых культур в зависимости от севооборота и части склона // Плодородие. 2021. № 5 (122). 15-18.
- Филиппова О. И., Холодов В,А., Сафронова Н. А., Юдина А. В., Куликова Н. А. Микроагрегатный, гранулометрический и агрегатный состав гумусовых горизонтов зонального ряда почв европейской России // Почвоведение. 2019. № 3. 335—347.
- Межгосударственный стандарт. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. ГОСТ 12536-2014. 2014. Переиздание.: февраль 2019.
- Шадских В. А., Кижаева В. Е., Романова Л. Г., Рассказова О. Л. Влияние культур орошаемого зерно-кормового севооборота на агрофизические и агрохимические свойства почвы // Мелиорация и гидротехника. 2018. № 4 (32).
- Бабаев М. Пирверди-Оглы, Рамазанова Ф. М., Мирзазаде Р. И. Влияние промежуточных посевов на микроагрегатный состав почв сухостепной и полупустынной зон Азербайджана // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2018. № 2 (198).
- Totsche K.U., Amelung W., Gerzabek M.H., Guggenberger G., Klumpp E., Knief C., Lehndorff E., Mikutta R., Peth S., Prechtel A., Ray N., Kögel-Knabner I. Microaggregates in soils // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2018. 181 (1). 104—136.
- Новицкий М. Л. Гранулометрический, микроагрегатный и структурный состав молодых почв на сульфидных шахтных отвалах // Бюллетень ГНБС. 2013. № 109. 55-64.
- Юдина А. В., Фомин Д. С., Котельникова А. Д., Милановский Е. Ю. От понятия элементарной почвенной частицы к гранулометрическому и микроагрегатному анализам (обзор) // Почвоведение. 2018. 1340—1362.