6.2.1. Основні властивості ґрунту
Грунт є тонким шаром на поверхні суші, утворений в результаті взаємодії біоти з гірськими породами.
Найбільш повне визначення поняття "грунт" дав видатний український дослідник природи, основоположник сучасного ґрунтознавства В.В.Докучаєв: - це суть поверхнево лежачі мінерально-органічні утворення, які завжди більш-менш забарвлені гумусом; ці тіла мають своє власне походження Вони завжди і всюди є результатом сукупної діяльності материнської гірської породи, живих і віджилих організмів (як рослин, так і тварин), клімату, віку країни та рельєфу місцевості, ґрунт, як і всякий інший організм, завжди має відому будову, нормальну товщину і нормальне становище … " .
Значення ґрунту для будь-якої наземної екосистеми визначається насамперед тим, що без нього неможливе існування переважної більшості продуцентів, а їх роль в екосистемі ми вже неодноразово наголошували. Збереження родючих ґрунтів під землеробськими угіддями, пасовищами та лісами – одна з основних умов сталого розвитку людства. Ґрунт належить до щодо відновлюваних ресурсів, тобто. природні процеси здатні підтримувати її існування нескінченно довго при правильному догляді та охороні. Однак нерозумна експлуатація ґрунтових ресурсів людиною призводить до того, що природні механізми виявляються недостатніми. Археологи встановили, що занепад багатьох стародавніх цивілізацій, що процвітали, був викликаний не зовнішніми ворогами, а повільним екологічним самогубством, що полягав у нерозумному використанні ґрунтових і водних ресурсів і нездатності їх зберегти. Наприклад, близько 9000 років тому території великих Шумерського та Вавилонського царств рясніли високопродуктивними лісами талуками, але вже до третього тисячоліття до нашої ери більша частина цих земель перетворилася на безплідні пустелі, які й досі займають значну частину сучасної території Ірану та Іраку. Північна Африка, що була свого часу житницею Римської імперії, в даний час здебільшого є пустелею. Можливо, що це одна із причин підриву життєздатності Стародавнього Риму. Втрату грунтової родючості називають і однією з причин занепаду культури Майя, що колись процвітала, в Центральній Америці.
Починаючи з античного часу, йде безперервний процес втрат грунту, більше того, з часом масштаби втрат стають все більшими і більшими і в даний час є серйозною екологічною та економічною проблемою. Але перш, ніж обговорювати ці масштаби та причини, що їх викликають, розглянемо основні властивості ґрунту.
6.2.1. Основні властивості ґрунту
Щоб рослини та інші організми могли нормально існувати ґрунт як середовище проживання має мати певні властивості. Нижче будуть розглянуті найважливіші властивості ґрунту з цієї точки зору (нагадаємо, що розподіл на основні та "неосновні" властивості може бути проведено лише умовно).
Мінеральні елементи живлення та здатність ґрунту їх утримувати.Для нормального розвитку рослин необхідна присутність у ґрунті різних мінеральних поживних компонентів (біогенів), серед яких найбільшу роль відіграють нітрати (NO3 – ), фосфати (PO4 3– ), калій (K + ) та кальцій (Ca 2+ ). За винятком азоту, що утворюється в результаті азотфіксації з атмосферного азоту в процесі кругообігу цього елемента, решта біогенів спочатку входять до складу материнської гірської породи, в результаті руйнування якої і утворився грунт. Однак для того, щоб ці біогени сталидоступні для рослин, вони повинні бути переведені в менш пов'язаний стан, водний розчин, що відбувається при руйнуванні материнської породи. Процес руйнування материнської породи називається вивітрюванням і включає різноманітні фізичні процеси (наприклад, замерзання і відтавання, нагрівання і охолодження, абразивну дію піщаних частинок, що переносяться водою або вітром і т.д.), хімічні реакції та біологічні фактори, такі як тиск коренів , що ростуть у дрібних тріщинах, і т.п.
Однак вивільнення біогенів і перехід їх у водний розчин робить можливим не тільки їх засвоєння рослинами, але і вимивання з ґрунту водою, що просочується крізь неї. Цей процес вимивання називається вилуговуванням і не тільки знижує родючість ґрунтів, а й сприяє забруднення середовища, насамперед водойм.
Отже, здатність ґрунту утримувати іони біогенів, звана іонообмінною ємністю грунту, настільки ж важлива, як і вихідний запас біогенів.
Вивітрювання, будучи вихідним джерелом біогенів у грунті, все ж таки надто повільний процес порівняно з життєвим циклом більшості рослин, щоб забезпечити більш менш стабільне заповнення біогенів, що вилучаються з грунту в процесі живлення рослин. У природних екосистемах основне джерело заповнення біогенів у ґрунті – детрит, що розкладається, і метаболічні відходи тварин, які включені в загальний кругообіг біогенів, описаний вище на прикладах вуглецю, фосфору та азоту.
У штучних екосистемах, якими є сільськогосподарські угіддя, як зазначалося, цей кругообіг розривається. Тому для збереження родючості ґрунтів у них постійно штучно підтримується належний рівень біогенів шляхом внесення у ґрунт добрив. Неорганічні або хімічніДобрива є сумішшю мінеральних біогенів. Органічні добрива, які є рослинними залишками і відходами тварин, наприклад, гною, вивільняють біогени, що містяться в них, в міру розкладання. Широкомасштабне використання добрив пред'являє підвищені вимоги до іонообмінної ємності ґрунту, оскільки, по-перше, вилуговування добрив завдає очевидних економічних збитків, а по-друге, і це головне, призводить до значного забруднення навколишнього середовища.
Вода та водоутримуюча здатність.Для підтримки активного росту більшість рослин потребує значної кількості вологи. Це зумовлено тим, що через тонкі пори в листі рослин, через які відбувається поглинання вуглекислого газу та виділення кисню у процесі фотосинтезу, проходить також вода. Цей процес називаєтьсятранспірацією. На компенсацію транспірації витрачається, щонайменше, 99% всієї води, що поглинається рослиною і тільки менше 1% йде на забезпечення процесу фотосинтезу. Якщо води недостатньо, то рослина в'яне. У зів'ялому стані рослина ще здатна деякий час існувати, але перестає розвиватися. Розрізняють фізичну та фізіологічну сухість ґрунту. Перша пов'язана із загальним недоліком вологи та характерна для сухого клімату. Друга виникає через фізіологічну недоступність фізично доступної води, іноді навіть за її надлишку, наприклад, через високу кислотність грунту, наявність токсичних речовин тощо.
Аерація.Аерацією називається процес газообміну ґрунтового повітря з атмосферним, в результаті якого відбувається збагачення ґрунтового повітря киснем, а приземного атмосферного – вуглекислим газом. Необхідність аерації обумовлена тим, що коріння рослин потребує забезпечення клітинного дихання в кисніі виділяють у процесі його в довкілля вуглекислий газ, а більшість рослин не здатні транспортувати ці гази між своїми органами. З глибиною кількість вуглекислого газу у ґрунті підвищується, а кількість кисню зменшується. Зазвичай аерацію ускладнюють дві обставини, що перешкоджають дифузії кисню в ґрунт і зустрічної дифузії вуглекислого газу і можуть призвести до уповільнення зростання або навіть загибелі рослини: ущільнення ґрунту та насичення його водою.
Механічні властивості.Середній розмір частинок грунту дуже різний для різних типів грунтів і становить від 1 - 2 мм для грубого піску до 0,05 - 0,002 мм для пилу і менше 0,002 мм для глини. Відповідно до цього класифікація ґрунтів за механічним складом будується в залежності від співвідношення цих трьох компонентів. Наприклад, для суглинків характерно приблизно 40% піску, 40% пилу та 20% глини. Механічний склад ґрунту істотно впливає на інфільтрацію, водоутримуючу здатність, іонообмінну ємність та аерацію. Чим більші частинки ґрунту, тим більше простір між ними і тим краще інфільтрація та аерація. Навпаки, водоутримуюча здатність та іонообмінна ємність знаходяться від розмірів частинок у зворотній залежності. Від механічного складу залежить також обробіток грунту, що дуже важливо для сільського господарства. Найбільш важко оброблюються глинисті ґрунти, найлегше – піщані.
Який же ґрунт найродючіший? Виходячи із закону лімітуючих факторів, найбільш виражена властивість лімітує можливості середовища в цілому. Тому оптимальним виявляється суглинистий або пилуватий механічний склад ґрунту, що забезпечує компроміс між властивостями піску та глини. У таблиці 6.2 представлені взаємини між механічним складом ґрунту та його фізичними тахімічні властивості.