Экологическое значение кислотности и щёлочности почв

Рассмотрим влияние реакции среды (pH) на основные свойства почв, растения и микроорганизмы.

pH 4,0-5,0. Резкокислая реакция среды. Часто встречается во влажном климате и характерна для подзолистых и болотных почв, желтоземно- и красноземно-подзолистых и других почв. Все они сильно промыты от извести, соединений калия, бора, серы, цинка, кобальта, йода. Доступность растениям фосфатов понижена. Железо, алюминий и марганец подвижны и оказывают на многие растения (кроме чая) токсическое воздействие. Деятельность бактерий подавлена, наблюдается повышенная активность грибов. Многие сельскохозяйственные растения нуждаются в изменении реакции среды, но известкование нужно применять очень осторожно. На таких почвах оно может вызвать разрушение органических веществ, которыми эти почвы, как правило, бедны, и даже ухудшить их физические свойства. Физические свойства почв нередко весьма благоприятны: их коллоиды скоагулированы подвижными Аl³⁺ и Fe³⁺. В подобных почвах нет периода весенней спелости, их можно обрабатывать в любое время года. Почвы с таким pH наиболее рационально использовать под кислотолюбивые и кислотовыносливые растения.

pH 5,0-6,0. Сильнокислая реакция среды. Характерна для почв влажного климата (подзолистые, дерново-подзолистые, бурые лесные ненасыщенные, желтоземы и красноземы). Состояние фосфатов, соединений железа, алюминия, марганца, кальция, калия, бора, кобальта, йода аналогично резкокислым условиям. Понижена бактериальная деятельность, активизирована грибная. Для почв с таким pH при суглинистом и особенно глинистом гранулометрическом составе характерны плохие физические свойства – склонность к уплотнению. Весной эти почвы не созревают, а постепенно высыхают. Благоприятные условия обработки бывают только в очень узком диапазоне влажности: то почва сырая и дает пласты, далее легко ссыхающиеся в глыбы, то сухая и пашня глыбистая. Объясняется это тем, что весной, образующаяся углекислота при этом pH не вытесняет Са²⁺, а соединения алюминия и железа так же еще не образуют достаточного количества ионов. На севере эти почвы исправляются известкованием.

pH 6,0-6,5. Слабокислая реакция среды. Встречается в почвах влажного климата (выщелоченные черноземы, серые и бурые лесные, насыщенные желтоземы и красноземы). Фосфаты находятся в доступном состоянии, токсичность алюминия и марганца понижена или отсутствует. Дефицит серы, кальция, калия, бора, кобальта, йода невысокий. Условия минерального и азотного питания близки к оптимальным. Характерны достаточно благоприятные физические условия при некоторой склонности к уплотнению, повышенный уровень жизнедеятельности микроорганизмов и нитрификационной активности. У этих почв хорошо выражен период спелости, связанный с обесструктуриванием пересыщенной влагой почвы за зиму и вновь образованием структуры весной при прогревании почвы. Процесс созревания таких почв связан с возобновлением микробиологической активности, выделением СO₂, вытеснением кальция водородом угольной кислоты. Появление Са²⁺ в свободном состоянии вызывает коагуляцию коллоидов и восстановление утраченной за зиму структуры. Так как созревание почвы происходит без большой потери влаги, то срок оптимальной обработки после созревания почвы достаточно велик.

pH 6,5-7,5. Нейтральная реакция среды. Типична для черноземных почв. Благоприятные физические условия, прекрасная оструктуренность, интенсивная микробиологическая деятельность, оптимальные условия фосфорного, азотного и минерального питания, высокий уровень плодородия. Обрабатывать весной необходимо при спелости почвы, которая наступает быстрее, чем у слабокислых почв.

pH 7,5-8,5 (8,7). Слабощелочные условия. Наблюдаются в южных черноземах, в карбонатных почвах, в автоморфных почвах сухих и полупустынных степей. Фосфаты, железо, цинк и марганец могут быть в дефиците. Легко возникает антагонизм между обеспеченностью фосфором, цинком и медью. При систематическом применении фосфора возникает цинковая и медная недостаточность. Возможен хлороз растений, чаще в относительно более влажных условиях. Физические свойства – от отличных (карбонатные чернозёмы) до неудовлетворительных (солонцеватые почвы). Весеннее созревание почвы идет быстро. Микробиологическая деятельность, нитрификационная способность, условия азотного питания, доступность многих зольных элементов хорошие.

pH 8,5(8,7)-10,0. Сильнощелочные условия. При pH выше 8,9 в горизонте почвы следует отнести в группу резкощелочных. Основу этой группы составляют почвы с повышенной щелочной реакцией материнской породы. Такое повышенное pH характерно для материнских пород многих черноземов и каштановых почв. В этом случае щелочность, не отражаясь существенно на полевых культурах, неблагоприятна для деревьев, особенно яблони и черешни.

рH 10-12. Резкощелочные условия. Встречаются местами в аридном климате. Такими могут быть многие солонцы, содовые солончаки. Доступность фосфатов понижена, железо и марганец в дефиците, возможен избыток бора. Характеризуются крайне неблагоприятными физическими условиями, обесструктуренностью и подавленной деятельностью микроорганизмов. Требуют высоких доз гипсования, без которого к сельскохозяйственному использованию непригодны.

Наиболее благоприятной для большинства растений в физиологическом отношении является реакция почвенного раствора, близкая к нейтральной, слабокислой или слабощелочной. Повышенная кислотность и щелочность отрицательно влияет на рост и развитие растений, действуя негативно физиологически и через снабжение растений питательными веществами. При pH менее 3 и выше 9 повреждается протоплазма клеток в корнях большинства растений. В щелочных условиях при pH выше 8,5 (8,7) возможен дефицит нитратов и фосфатов, избыток легкорастворимых солей, недостаток двухвалентных форм железа и марганца, дефицит меди и цинка.

В кислых почвах также мало нитратов из-за подавленной нитрификационной способности, наблюдается связывание фосфатов в недоступные растениям трехвалентные формы железа и алюминия, ощущается недостаток кальция, магния, калия, серы. Кроме этого, избыток подвижных соединений алюминия и марганца оказывает на растения токсическое действие. Микроскопическое исследование растений, выращенных при высоких концентрациях алюминия, показало ненормально большое число клеток с двумя ядрами в меристематической зоне кончика корня (Блэк). Это указывает на подавление деления клеток. Избыток алюминия подавляет поглощение растениями фосфора, кальция, калия, железа, натрия и бора, так как снижается проницаемость протоплазмы корневых клеток. Марганец в кислой почве ведёт себя подобно алюминию.

Реакция растений на различную кислотность почвы хорошо иллюстрирует табл. 26. Четко видно, что угнетающее воздействие кислых условий неодинаково сказывается на различных культурах. Однако существуют растения ацидофилы. Например, чайный куст, тунг, клевер, люпин нуждаются для своего развития в кислых условиях и не выносят избытка кальция.

Большой группе растений предпочтительны нейтральные или слабощелочные почвы. Это наши ведущие зерновые культуры – пшеница, ячмень. Хорошо растет на щелочных известковых почвах виноград. Из трав, развивающихся только в нейтральных и щелочных условиях, можно назвать донник, люцерну, житняк, суданскую траву. Некоторые растения могут развиваться при широком диапазоне реакции среды: кукуруза, рис, табак.

Исследование реакции почвенной среды особенно важно для плодовых насаждений. Нормальной реакцией считается pH от 6,0 до 8,0, несколько хуже – 8,3–8,5. На кислых почвах при pH ниже 5 для семечковых пород и при pH ниже 6 для косточковых пород необходимо известкование.

Абрикос не выносит кислой реакции, но он мало чувствителен к щелочной реакции глубоких горизонтов. Груша и яблоня, хорошо развиваясь на слабокислых почвах, совершенно не выносят повышенной щелочности даже в глубоких горизонтах.

При оценке экологической значимости величин pH определённое значение имеют методологические подходы. При этом необходимо учитывать следующее:

· определение pH в растворе водной вытяжки дает приближенное представление о кислотности или щелочности почв, так как на реакцию среды влияет потенциальная кислотность или щелочность почвы;

· определения pH в солевой вытяжке с КСl отражает подлинную реакцию среды только в кислых почвах. В нейтральных и щелочных почвах, как правило, показывается более повышенная концентрация иона Н⁺, чем это имеет место при анализе экологического состояния растений;

· наиболее полно фактическое состояние почвы отражает определение pH не в вытяжках из почвы, а в её суспензиях при соотношении почва: вода 1:5. Особенно это важно для почв с pH более 7,5. Суспензионный эффект, природа которого до сих пор не полностью выяснена, приближает определяемые величины к истинным значениям pH, которые хорошо коррелируют с состоянием тех или иных растений.