1. 1
Ушаков Р.Н., Захарова О.А., Зубец А.Н., Головина Н.А.
УСТОЙЧИВОСТЬ ПОЧВЫ:
научно-аналитический подход в агроэкологической
оценке плодородия
Монография
Рязань 2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2. 2
УДК 631.41+631.45+631.95
У 932
Ушаков Р.Н., Захарова О.А., Зубец А.Н., Головина Н.А. Устойчивость почвы:
научно-аналитический подход в агроэкологической оценке плодородия. – Рязань:
РГАТУ, 2013. - 98 с.
Рецензент:
кандидат технических наук, доцент, ведущий сотрудник,
заведующий аналитической лабораторией МФ ВНИИГиМ К.Н. Евсенкин
В монографии представлен литературный обзор и результаты собственных
многолетних исследований по изучению показателей устойчивости почв к под-
кислению, загрязнению тяжелыми металлами, фосфору и калию. Рассмотрена
природа буферных свойств, влияние отдельных агрохимических мероприятий в
их формировании, значение показателей буферности в агроэкологической оцен-
ке плодородия.
Монография предназначена специалистов сельского хозяйства, экологов, аг-
рономов, аспирантов и студентов высших учебных заведений.
 Ушаков Р.Н., Захарова О.А.,
Зубец А.Н., Головина Н.А.
 федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Рязанский государственный
агротехнологический университет
имени П.А.Костычева, 2013
ISBN 978-5-98660-140-3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

3. 3
СОДЕРЖАНИЕ
Глава 1. Понятие о плодородии почвы 5
Глава 2 Буферные свойства почвы 9
Глава 3. Общее представление устойчивости почвы к
внешним воздействиям
17
3.1. Критерииоценки устойчивости 20
3.2. Механизмы устойчивостипочвы 22
Глава 4. Физико-химическаябуферность к подкислению 26
4.1. Проблема подкисления почв 26
4.2. Общие понятия и термины, буферные зоны 31
4.3. Методика определения буферности к подкисле-
нию
32
4.4. Интерпретация результатов исследований 35
Глава 5. Физико-химическаябуферность к загрязнению 38
5.1. Проблема загрязнения почв 38
5.2. Природабуферностик загрязняющим веществам 45
5.3. Методика определения буферности к загрязне-
нию
48
5.4. Интерпретация результатов для диагностики
плодородияпочвы
50
Глава 6. Фосфатнаябуферность почвы 59
6.1. Проблема фосфорав земледелии 59
6.2. Природа проявления почвой фосфатной буфер-
ности
61
6.3. Методика определения фосфатнойбуферности 62
6.4. Диагностика плодородия почв по фосфатной бу-
ферности
66
Глава 7. Калийнаябуферность почвы 72
7.1. Проблема калия в земледелии 72
7.2. Природабуферности 73
7.3. Методика определения 74
7.4. Интерпретация результатов исследований 75
Заключение 101
Списоклитературы 102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

4. 4
Глава 1. Понятие о плодородии почвы
Под плодородием следует понимать способность почв удовлетворять по-
требности растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые систе-
мы достаточным количеством воздуха тепла и благоприятной физико-
химическойсредойдля нормального ростаи развития.
Плодородие - существенное качественное свойство почвы, отличающее ее
от горной породы. Понятия почва и ее плодородие неразрывны. Плодородие поч-
вы - результат развития природного почвообразовательного процесса, а при сель-
скохозяйственном использовании - также процессаокультуривания.
Различают факторы и условия почвенного плодородия. К первым относят-
ся элементы азотного и зольного питания растений, вода, воздух и частично теп-
ло - необходимые земные факторы жизни и роста растений, ко вторым - совокуп-
ность свойств и режимов, сложное взаимодействие которых определяет возмож-
ность обеспечения растений земными факторами (физические и физико-
химические свойства, наличие токсическихвеществ и др.).
Важнейшими параметрами, от которых зависит уровень плодородия, яв-
ляются конкретныепоказатели почвенных режимов, отображенныхна рисунке 1.
Возможны количественные оценки плодородия почвы - экономические и
биологические.
Экономическая количественная оценка плодородия основана на относи-
тельной его оценке в баллах по количественным показателям свойств почв, кор-
релирующих с урожайностью сельскохозяйственных культур или продуктивно-
стью естественных ценозов, а также климатических условий. Такая оценка полу-
чила название бонитировки почв. Экономическая оценка земли может быть вы-
ражена и в ценах на единицу ее площади (1 га).
Биологическая количественная оценка плодородия основана на определе-
нии показателя среднегодовой биологической продуктивности растений на дан-
ной почве, характеризующего способность почвы обеспечивать продуктивность
фотосинтеза.
Различают следующие виды плодородия: естественное, или природное;
искусственное; эффективное, или экономическое. Выделяют также понятие по-
тенциальное плодородия.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

5. 5
Рисунок 1 – Режимы почвы
Естественное плодородие определяется взаимодействием свойств и режи-
мов почв, обусловленных развитием природного почвообразовательного процес-
са, не нарушенного человеком. В чистом виде оно присуще целинным почвам.
Качественные и количественные изменения в свойствах и режимах почв,
вызванные воздействием человека, характеризуют их искусственное плодородие.
В чистим виде она возникает при создании субстратов для выращивания расте-
ний в теплицах, парниках т. п. При сельскохозяйственном использовании почв
искусственное плодородие в совокупности с естественным проявляется как эф-
фективное, или экономическое, плодородие. Она реализуется в урожае сельско-
хозяйственныхкультур.
Потенциальное плодородие характеризуется общими запасами элементов
питания растений формами их соединений и сложным взаимодействием всех
других свойств, определяющих способность почвы в благоприятных условиях
обеспечения растений другими земными факторами (водой, воздухом, теплом)
биохимиче-
ский
питатель-
ный
темпера-
турный
водно-
воздушный
физико-
химиче-
ский
окисли-
тельно-
восстано-
вительный
солевой
Режимы поч-
вы, влияю-
щие на ее
плодородие
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

6. 6
длительное время мобилизовать в необходимых для растений количествах эле-
менты питания и поддерживать высокий уровень эффективного плодородия. Вы-
соким потенциальным плодородием обладают, например, черноземные почвы,
низким – подзолистые(рисунок2).
Рисунок 2 –Высокоплодородные черноземы и малоплодородные
подзолистые почвы
Плодородие, так же как и почвообразование, тесно связано с процессами
превращения, аккумуляции и передачи вещества, что является причиной количе-
ственных и качественных изменений факторов и условий плодородия. Эти изме-
нения могут протекать в благоприятном направлении для развития плодородия и
приводить к его повышению или в неблагоприятном, приводя к снижению пло-
дородия. За определенный период времени изменение плодородия может прояв-
ляться в виде; полного, простого и расширенного его воспроизводства. Формиро-
вание плодородия почвы ниже первоначального уровня означает неполное вос-
производство почвенного плодородия. Возвращение почвенного плодородия к
исходному уровню означает простое воспроизводство плодородия. Создание
почвенного плодородия выше исходного уровня представляет собой расширен-
ное воспроизводствоплодородия.
Под воздействием естественных и антропогенных факторов развивается
культурный почвообразовательный процесс. Специфичность культурного про-
цесса почвообразования заключается в том, что он развивается под направлен-
ным воздействием человека. При этом происходит замена естественной расти-
тельности культурными агроценозами (рисунок 3), а почвообразование воздей-
ствуют новые факторы, не свойственные природному процессу: обработка почвы,
применение удобрений и других средств химизации, различные приемы мелио-
рации (осушение, орошениеи др.).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

7. 7
Рисунок 3 – Фито- и агрофитоценозы
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

8. 8
Глава 2. Буферные свойства почвы
Основоположником науки о почве как самостоятельной естественно-
исторической науки стал выдающийся русский ученый Василий Васильевич До-
кучаев (1846–1903).
Докучаев впервые сформулировал науч-
ное определение почвы, назвав почву самостоя-
тельным естественно-историческим телом, ко-
торое является продуктом совокупной деятель-
ности материнской горной породы, климата,
растительных и животных организмов, возраста
почвы и отчасти рельефа местности. Все факто-
ры почвообразования о которых говорил Доку-
чаев были известны и до него, их последова-
тельно выдвигали разные ученые, но всегда в
качестве единственного определяющего усло-
вия.
В. В. Докучаев
Докучаев первый сказал, что возникновение почвы происходит в резуль-
тате совместного действия всех факторов почвообразования. Он установил
взгляд на почву как на самостоятельное особое природное тело, равнозначное
понятиям растение, животное, минерал и т.д., которое возникает, развивается,
непрерывно изменяется во времени и пространстве, и этим он заложил прочный
фундамент новойнауки.
Докучаев установил принцип строения почвенного профиля, развил идею
о закономерности пространственного распределения отдельных видов почв, по-
крывающих поверхность суши в виде горизонтальных, или широтных зон, уста-
новил вертикальную зональность, или поясность, в распределении почв, под ко-
торой понимается закономерная смена одних почв другими по мере поднятия от
подножия до вершины высоких гор. Ему принадлежит и первая научная класси-
фикация почв, в основу которой были заложена вся совокупность важнейших
признаков и свойств почвы. Классификация Докучаева получила признание ми-
ровой науки и предложенные им названия «чернозем», «подзол», «солончак»,
«солонец» стали международными научными терминами. Он разработал методы
изучения происхождения и плодородия почв, а также методы их картографиро-
вания и даже в 1899 составил первую почвенную карту северного полушария (эта
карта называлась «Схема почвенных зонсеверного полушария»).
Кроме Докучаева большой вклад в развитие науки почвоведение в нашей
стране внесли П. А. Костычев, В. Р. Вильямс, Н. М. Сибирцев, Г. Н. Высоцкий,
П. С. Коссович, К. К. Гедройц, К. Д. Глинка, С. С. Неуструев, Б. Б. Полынов, Л.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

9. 9
И. Прасолов и другие.
Таким образом, наука о почве как о самостоятельном природном образо-
вании сформировалась в России. Докучаевские идеи оказали сильное влияние на
развитие почвоведения в других странах. Многие русские термины вошли в меж-
дународныйнаучный лексикон (chernozem, podzol, gley и др.).
В настоящее время накоплен огромный научный материал, который ис-
пользуется специалистами сельского хозяйства и сотрудниками научных учре-
ждений для решения проблем загрязнения почвы.
Одним из наиболее распространенных в настоящее время загрязнений яв-
ляется поступление в окружающую среду тяжелых металлов (ТМ). Тяжёлые ме-
таллы — группа химических элементов со свойствами металлов и значительным
атомным весом либо плотностью. Известно около сорока различных определений
термина «тяжелые металлы», и невозможно указать на одно из них, как наиболее
принятое. Соответственно, список тяжелых металлов согласно разным определе-
ниям будет включать разные элементы. Используемым критерием может быть
атомный вес свыше 50, и тогда в список попадают все металлы, начиная с вана-
дия, независимо от плотности. Другим часто используемым критерием является
плотность, примерно равная или большая плотности железа, тогда в список по-
падают такие элементы как свинец, ртуть, медь, кадмий, кобальт, а, например,
более легкое олово выпадает из списка. Существуют классификации, основанные
и на других значениях пороговой плотности или атомного веса. Некоторые клас-
сификации делают исключения для благородных и редких металлов, не относя их
к тяжелым, некоторыеисключают нецветные металлы (железо, марганец).
Термин тяжелые металлы чаще всего рассматривается не с химической, а
с медицинской и природоохранной точек зрения и, таким, образом, при включе-
нии в эту категорию учитываются не только химические и физические свойства
элемента, но и его биологическая активность и токсичность, а также объем ис-
пользования в хозяйственнойдеятельности.
Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязня-
ющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В раз-
личных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение
этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяже-
лых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принад-
лежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плот-
ность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченно-
сти в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение
тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, вис-
мут) или металлоидам (например, мышьяк).
В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

10. 10
среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам
относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева (рисунок 4)
с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo,
Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др.
Рисунок 4 – Периодическая система Д. И. Менделеева
При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов иг-
рают следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в отно-
сительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и био-
магнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за
исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на
настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, вхо-
дят в состав многих ферментов. По классификации Н. Реймерса, тяжелыми сле-
дует считать металлы с плотностью более 8 г/см3
. Таким образом, к тяжелым ме-
таллам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.
Формально определению тяжелые металлы соответствует большое коли-
чество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической де-
ятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнени-
ем окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как
загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок
группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обу-
словленными направлением и спецификой работ. Так, в ставших уже классиче-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

11. 11
скими работах Ю.А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих опре-
делению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках,
в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой стороны, со-
гласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей
под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбо-
ром и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских
странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам. По опреде-
лению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие
металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В
прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W,
Fe, Au, Mn.
Ионы металлов являются непременными компонентами природных водо-
емов. В зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный
потенциал, наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и
входят в состав разнообразных неорганических и металлорганических соедине-
ний, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или
входить в состав минеральных и органическихвзвесей.
Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнооб-
разны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации
(образованием полиядерных гидроксокомплексов) и комплексообразования с
различными лигандами. Соответственно, как каталитические свойства металлов,
так и доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования
их в воднойэкосистеме.
Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти
комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природ-
ных водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному
циклу и являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами
с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других
тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной,
слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы
способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния.
Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь поверхност-
ных вод, в которыхобразованиедругихкомплексов невозможно.
Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в
природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую до-
ступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и
долю свободныхи связанныхформ металла.
Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет
три следствия:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

12. 12
1. может происходить увеличение суммарной концентрации ионов ме-
талла за счет перехода его в раствор из донныхотложений;
2. мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно
отличаться от проницаемостигидратированныхионов;
3. токсичность металла в результате комплексообразования может
сильно измениться.
Так, хелатные формы Cu, Cd, Hg менее токсичны, нежели свободные ионы.
Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природ-
ных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступ-
ность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю
связанныхи свободныхформ.
Знания теории устойчивости почвы к различным природным и антропоген-
ным влияниям, в частности к загрязнению ТМ, представляют важность для раз-
работки и внедрения научно-обоснованных систем удобрений, обработки почвы,
севооборотов, комплексных системных мероприятий. Вместе с этим, возникает
необходимость использования дополнительных показателей, которые бы указы-
вали на качественное исполнение межфазных взаимодействий на основе явлений
ионообменнойадсорбции, десорбции.
Буферность почвы - свойство почвы препятствовать изменению своей ак-
тивной кислотности (рН) при воздействии кислот или щелочей. Обусловлена
присутствием в ней коллоидов, содержащих способные к обмену ионы: ионы во-
дорода определяют буферность по отношению к щелочам, а ионы основания — к
кислотам. Присутствие в почвенном растворе соли сильного основания (натрия,
калия, кальция) и слабых, преимущественно органических кислот (гуминовой,
угольной и др.), в смеси со слабой кислотой, имеющей общий с солью анион,
также обусловливает буферность почвы. Она зависит обычно от коллоидной и
илистой фракций почвы.
Наиболее высокой буферностью характеризуются богатые гумусом почвы
тяжелого гранулометрического состава (глинистого, тяжелосуглинистого) —
черноземные, торфянистыеидр.
Буферность почвы способствует сохранению почвой своей реакции среды
или постоянному ее изменению при внесении физиологически кислых (щелоч-
ных) удобрений, при образовании в почве кислот, щелочей, солей в результате
биохимических процессов или при внесении этих веществ в почву осадками. Это
благоприятно влияет на растения и микроорганизмы почвы, которые не перено-
сят резких колебаний рН.
Буферные свойства отражают физико-химический аспект плодородия поч-
вы. С ними связаны калийный, фосфатный режимы, уровень и степень устойчи-
вости питания культурных растений, реализация буферных механизмов к под-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

13. 13
кислению, загрязнениюкатионами ТМ.
Буферность в определенных пределах контролирует равновесное состояние
системы, отображенноена рисунке 5.
Рисунок 5 – Взаимосвязь компонентов окружающей среды
Частным проявлением устойчивости почвы является физико-химическая
буферность, формирующаяся под влиянием соответствующих почвенных про-
цессов, что дает возможность диагностики последних. При использовании тради-
ционных агрохимических показателей в оценке агротехнических воздействий на
почвенное плодородие (нередко оно всего лишь статистически измеряется без
учета проявления антропогенного фактора) выпадают почвенные процессы. Это
существенно ограничивает возможность выбора оптимальных технологических
схем управления и моделирования ими для привлечения в решении экологиче-
ских, продукционных и иных проблем внутренних возможней самой почвы без
нанесения ей ущерба.
Согласно фундаментальным экологическим законом функционирования
природных систем любого ранга, их открытость внешним факторам подразуме-
вает наличие проявления согласованных механизмов устойчивости к неблаго-
приятным факторам. Почва, как диссипативная система не является исключением.
В ней механизмы устойчивости заложены в реакционных точках компонентах
минеральной, органической и органо-минеральной природы. В условиях при-
знанной научным фактом угрозы проявления деградационных процессов в па-
хотных почвах, затрагивающих указанные компоненты, неизбежно ухудшение
буферных свойств. Вместе с ними следует ожидать ослабление экологических
функций почвы, агроэкосистемы, их устойчивости к комплексу
Удобрения
Растения
Почва
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

14. 14
приятных факторов, что в конечном итоге отразится на продуктивности культур-
ных растений.
Среди множества других в южной части Нечерноземной зоны можно вы-
делить такие факторы как
подкисление,
загрязнение,
истощение калием и фосфором, тем более что общий фон их прояв-
ления только усиливается.
Для сохранения приемлемой среды обитания для будущих поколений
необходимо повысить гомеостатический статус плодородия почвы (рисунок 6) в
управлении, которого важное место отводится режиму органического вещества,
как возобновляемомуресурсу.
Органическое вещество способ-
но оказывать на другие компоненты
почвы, в том числе на биофазу протек-
торное и стимулирующее действие. Во
многом этим объясняется тот факт, что
продуктивность культурных растений и
ее стабильность на 50-66% определяет-
ся плодородием почв (Шатилов, 1985).
В рассмотрении вопросов
устойчивости почвы важное место от-
водится показателям, отражающим бу-
ферные свойства – буферности к под-
кислению, загрязнению тяжелыми ме-
таллами, калию, фосфоруи другим.
Рисунок 6 - Богатый урожай
зерновых собран в
хозяйствах Рязанской области
В свете агроэкологических представлений о роли почвенного покрова
студент должен правильно оценить состояние плодородия почвы, диагностируя
его не только общими физическими, вводно-физическими, агрохимическими,
биологическими, но и физико-химическимипараметрами.
Проводя сравнительный анализ материалам в состоянии самостоятельно
понять условия реализации буферности к тем или иным факторам, с тем, чтобы
выбрать оптимальную стратегию управления взаимодействия формата:
фактор
(условия)
почвен-
ные про-
цесс(ы)
свойства
(буферность)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

15. 15
В основе улучшения агротехнологий лежит сложное почвенное вещество.
От него зависит качество (эффективность) проявляемых эффектов, ожидаемых от
применения удобрений, обработки и других мероприятий, оказывающих влияние
на сельскохозяйственныерастения через почву.
Следовательно, без характеристик о функциональном состоянии минераль-
ного комплекса почвы и отдельных его компонентов истинная информация об
устойчивостипочв будетнеполной.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

16. 16
Глава 3. Общее представление устойчивости почвы
к внешним воздействиям
Устойчивость почв – одна из главных экологических проблем современ-
ного естествознания. С одной стороны, устойчивость почв тесно связана с биотой,
а с другой – с экосистемой в целом (Черников и др., 2003). Устойчивость почв –
понятие комплексное и охватывает как частные виды устойчивости (физическую,
химическую, биологическую), так и общую (интегральную). Устойчивость почв
не может быть охарактеризованаодним, даже ведущим показателем.
Признание у почв устойчивости к внешним воздействиям не отрицает их
способностик развитию и эволюции.
Главным фактором устойчивости почв является высокая скорость круго-
ворота биофильных элементов. Микроорганизмы поддерживают устойчивый
круговорот всех элементов, которые находятся в почве. Аккумуляция и транс-
формация в почвах веществ техногенного происхождения связаны с существова-
нием геохимическихбарьеров (Перельман, 1989).
Наличие в почвах геохимических барьеров увеличивает геохимическую
устойчивость почв, так как способствует переходу техногенных элементов в ме-
нее доступныедля биоты формы.
Н.Б. Хитров (2002) в понятие устойчивости почв включает совокупность
взаимно дополняющих частныхпонятий. Некоторыеиз них следующие:
 инертность отдельных компонентов почвы как способность не взаи-
модействовать с поступающими извне веществами;
 стойкость, относительная стабильность основных групп твердых
компонентов, горизонтов и почвы как способность сохранять длительное время
состав и свойствапри внешних воздействиях;
 живучесть ценозов почвенных живых организмов как способность
сохранять структуру и характер функционирования сообщества при возмущениях;
 сохранение почвойсвоего пространственногоположения;
 буферность как способность почвы поддерживать относительное по-
стоянство отдельныххарактеристик при небольшом изменении своего состава;
 надежность функционирования почвы в составе геосистемы как спо-
собность почвы выполнять входные, внутренние и выходные функции, обеспечи-
вающие поддержание состояния и функционирование других компонентов гео-
системы (прежде всего, биоценоза);
 устойчивость функционирования почвы, обеспечивающую поддер-
жание и обновление внутреннего состава, строения и характера связей между
компонентами;
 способность к восстановлению состава, структуры и функционирова-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

17. 17
ния после возмущения исходного состояния.
Устойчивость почвы – способность почвы длительное время сохранять
свое состояние (состав, структуру, функционирование, пространственное поло-
жение) в условиях относительно небольшого изменения или колебания факторов
почвообразования, а также способность восстанавливать основные качественные
характеристики своего исходногосостояния послеего возмущения.
Устойчивость системы не является простой суммой устойчивости отдель-
ных ее компонентов. Для каждого иерархического уровня строения педосферы
свойственны особые механизмы. Почвенно-поглощающий комплекс (ППК), осо-
знаваемый как система органо-минеральных частиц, является ключевым звеном в
определении устойчивостипочв к деградации.
По И. И. Лебедеву, В. Д.
Тонконогова, деградация почв –
результат негативных (с точки зре-
ния охраны природы или конкрет-
ной хозяйственной задачи) изме-
нений строения, состава и элемен-
тов функционирования почв, вы-
званных антропогенными процес-
сами (рисунок7).
Необходимо по-разному
оценивать деградацию естествен-
ных и антропогенно-
преобразованныхпочв.
Рисунок 7 – Деградированная почва
В первом случае это негативное смещение комплекса свойств почв по от-
ношению к естественной почве, во втором – к заданной оптимальноймодели.
А. С. Федоров полагает, что устойчивость почв к антропогенным воздей-
ствиям определяется прямымии косвеннымифакторами.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

18. 18
Прямые факторы воздействия
гранулометрический и минерало-
гическийсостав
запасы и тип гумуса
почвенная биота
Косвенные факторы воздействия
климат
рельеф
время
К прямым факторам принадлежит также и антропогенный, изменяющий
устойчивость почвы к внешним воздействиям путем внесения удобрений, повы-
шающих буферные свойства, биологическую активность.
Потенциальный устойчивость почв имеет комплексный, многокомпонент-
ный характер и является ее фундаментальным свойством (Булгаков и др., 2002).
Применительно к агрогенно-преобразованным почвам Фридланд предла-
гает разграничивать понятия устойчивости и стабильности. Устойчивость – спо-
собность почв противостоять негативным воздействиям. Стабильность – способ-
ность почв сохранять приобретенные в результате агропедогенза позитивные
свойства и противостоять процессам восстановления естественных свойств, ко-
торыемогут быть расценены как негативные.
Упругость – свойство почвы как компонента экосистемы полностью воз-
вращаться в исходное состояние после прекращения внешнего воздействия. Та-
кая же категория устойчивости выделяется для эко- и геосистем (Росновский,
1997). По мнению А. А. Ляпунова, собственно упругость и есть истинная устой-
чивость почвы как компонента экосистемы (Физическая энциклопедия, 1998).
Пластичность – способность почвы накапливать результаты внешних воз-
действий, не изменяя при этом (до некоторого предела) кардинально свою струк-
турно-функциональную организацию и экологическиефункции в экосистеме.
Упругость – первый барьер устойчивости почвы и экосистемы тоже, при-
чём барьер экологически безопасный, так как, почва, обладающая упругостью,
способна через некоторое время (зависящее от её периода релаксации) возвра-
щаться в практически точно исходное состояние. Пластичность же почвы – это
последний (конечный) барьер её устойчивости, превосходя который почва необ-
ратимо изменяется, переходя в новое качественно-классификационное состояние
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

19. 19
(Росновский,1993, 2001).
Н. Б. Хитров предлагает выделять два вида устойчивости, отображенных
на рисунке 8.
Рисунок 8 – Виды устойчивости почвы
Под устойчивостью в этом случае понимается свойство почвы как компо-
нента экосистемы сохранять собственные свойства, параметры режимов, соот-
ношение фаз и структурную организацию в некоторых пределах, определяемых
естественной вариабельностью в границах её классификационного выдела в
условиях действующих внешних возмущений различной (в том числе и антропо-
генной) природы (Росновский,1993, 2001).
3.1.Критерии оценки устойчивости
Критическиеоценки устойчивостивключают:
 критические значения воздействий, вызывающих деградацию почвы
(перевод ее в необратимо неустойчивое состояние) или переход в другое устой-
чивое состояние;
 параметры системы, остающиеся неизменными при различных воз-
мущениях;
 критерии, основанные на отборе наиболее чувствительных характе-
ристик почвы к данному виду воздействия (биологические тесты, в частности
альгологическиймониторинг,рисунок 9);
 критерии, основанные на относительном изменении какого-либо
свойстваили характеристики почвы;
Виды устойчивости почвы
Резистентная - способность со-
хранять свойства при наличии
воздействия
Регенерационная - способность
восстанавливать свойства по-
сле прекращения воздействия
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

20. 20
Устойчивость почв к внешним
воздействиям определяется устойчиво-
стью почвенного микробного сообще-
ства (рисунки 10; 11). В качестве меры
устойчивости можно принять отноше-
ние скорости дыхания микроорганиз-
мов к их биомассе, названное микроб-
ным метаболическим коэффициентом
– qCO2 (Anderson, Domsch, 1985).
Рисунок 9 – Альгологический
мониторинг
Рисунок 10 - Почвенные микроорга-
низмы
Г.А. Евдокимова, В.Н. Перевер-
зев полагают, критерием устойчивости
почвы должна служить биогенность
почвы, рассчитываемая по формуле:
Бп = (Бмикр./Сорг. • Nорг./Сорг.)• 104
,
где Бмикр. – микробная биомасса; Сорг.
и Nорг. – запасы органического веще-
ства и азота соответственно. Если БП <
2 – биогенность низкая; БП = 2-8 – био-
генность средняя; БП > 8 – биогенность
высокая.
Н.П. Чижикова считает, что для почв как открытой системы при ее актив-
ном функционировании важно как сохранение минеральных компонент, так и
мобилизация из них элементов питания. Возникает противоречие между устой-
чивостью минералов и необходимостью разрушения их для произрастания расте-
ний.
Изменения минералогическо-
го состава почв приводит к негатив-
ным явлениям в почвах, которые
принято относить к деградацион-
ным. Минеральные тонкодисперс-
ные компоненты (илистые фракции)
активно реагируют на антропоген-
ные воздействия, и в первую оче-
редь те из них, которые приводят к
подкислениюпочвенного раствора. Рисунок 11 - Изучение почвенной микро-
флоры
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

21. 21
Наиболее активно на изменение реакции среды реагируют смешанослой-
ные образования с высоким содержанием смектитовых пакетов. На фоне разру-
шения смектитовой фазы, деградации слюд-гидрослюд, хлоритов происходит от-
носительное накопление в тонких фракциях каолинита. Поэтому в качестве кри-
терия оценки устойчивости может служить количество ила и/или смектитовой
(вермикулитовой) компоненты в поверхностныхгоризонтах.
На рисунке 12 проиллюстрирована научно-исследовательская работа в
рамках почвенно-экологического мониторинга деградированных земель Рязан-
ского района Рязанской области, проводимого на кафедре агрохимии, почвоведе-
ния и физиологии растений Рязанского государственного агротехнологического
универсистета.
Рисунок 12 – Изучение профиля деградированной почвы Рязанского района
С позиции почвенной структуры устойчивость реализуется за счет спо-
собности почвы к переагрегации. Переагрегация почвенной массы происходит в
результате циклов набухания – усадки при увлажнении и высыхании, заморажи-
вания и оттаивания. В результате этих процессов идет формирование новых поч-
венных агрегатов и порового пространства, то есть иного структурного состояния
почвы (В. Ф. Уткаева).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

22. 22
3.2.Механизмы устойчивости почвы
Механизмами устойчивостиявляются:
 многообразие компонентов почвы, обеспечивающее возможность за-
мены одного компонента другим для выполнения одной и той же функции почвы;
 способность поглощению и удержанию веществ и энергии. Эта спо-
собность обеспечивается совокупностью физических, химических и биологиче-
ских явлений (адсорбция, ионный обмен, низкая растворимость многих соедине-
ний, активное удержание живымиорганизмами);
 проточность системы (Глазовская, 1998), т.е. наличие возможности
удаления легко растворимых компонентов за пределы почвы в результате про-
мывания;
 существование почвенных процессов, способствующихобновлению
состава, свойств и строения даннойпочвы.
Механизмы устойчивостипочвы заложены в твердофазном веществе поч-
вы, представленном органическими, минеральнымикомпонентамии продуктами
их взаимодействия.
Гумусовые вещества покрывают большую часть поверхности контакта
твердой фазы почвы и почвенного раствора. Плащ гуминовых кислот является
ареной химических и биохимических реакций иммобилизации и инактивации
токсических веществ, поступающих в почву. Этот процесс проходит при посред-
стве свободных радикалов гуминовых кислот. В то же время гумус выполняет
биопротекторную функцию. Доля вклада механизма связывания ТМ из почвен-
ного раствора в выполнение общей биопротекторной функции составляет 20%,
80% приходится на прямую физиологическую стимуляцию адаптационных реак-
ций растений на токсическоедействиеТМ.
По мнению Дьяконовой, оптимальным содержанием гумуса следует счи-
тать такую величину, которая обеспечит устойчивое получение урожая культур-
ных растений, отвечающего биоклиматическому потенциалу региона. Уровень
содержания гумуса не должен лимитировать получение программируемого уро-
жая.
Продукты органно-минерального взаимодействия за счет адсорбционно-
десорбционного механизма участвуют в формировании запасов элементов пита-
ния в почве.
Снижение емкости катионного, которое в старопахотных лесостепных
черноземах достигло 5 – 10 % за последние 50 лет. Это объясняется как транс-
формацией органического вещества, так и изменением минералогического соста-
ва тонкодисперсных фракций, прежде всего ила, который концентрирует и физи-
чески стабилизирует основную массу органического вещества почв (55-90%). С
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

23. 23
другой стороны, адсорбированные поверхностью илистых частиц, гумусовые
вещества защищают минеральный компонент от интенсивного преобразования.
Органно-глинистые комплексы являются формой накопления и консервации ор-
ганического вещества и тем самым формой накопления энергии, необходимой
для произрастания растений. Они служат формой стабилизации наиболее актив-
ной тонкодисперсной минеральной массы верхних слоев почвы (Травнинова и
др., 2000). Органно-глинистые комплексы участвуют в образовании микроагрега-
тов. Органно-глинистые комплексы образуют почвенно-поглощающий комплекс
(ППК). Именно ППК, осознаваемый как система органно-минеральных частиц,
является ключевым звеном в определении устойчивостипочв к деградации.
Являясь самосогласованной системой, почва стремится обеспечить свою
устойчивость не синтезом инертных к внешним воздействиям компонент, а пу-
тем стабилизации гумусовых веществ фрагментами структур тонкодисперсных
минералов, до тех пор, пока не будет полностью исчерпан потенциал реализации
таких процессов.
Традиционно в параметрическую модель плодородия включались агрохими-
ческие, агрофизические и другие свойства. Мы попытались дополнить ее физико-
химическими свойствами, которые оказывают влияние на формирование продук-
тивности и отражают устойчивость почвы. В отличие от общих статических аг-
рохимических свойств, использующихся в моделях плодородия, физико-
химические описывают процессы, происходящие на границе двух фаз – твердой
(ППК) и жидкой (почвенныйраствор).
Количественной и качественной мерами реализации механизмов устойчиво-
сти являются предложенные в таблице 1 показатели, отражающие три уровня
устойчивости почвы относительно низкий, средний и высокий. Длительное при-
менение минеральных и органических удобрений обеспечивало на серой лесной
тяжелосуглинистой почве достоверные прибавки урожайности сельскохозяй-
ственных культур в пределах 0,8-1,6 т/га к.ед. Средняя продуктивность севообо-
ротов составила 2,7-3,5 т/га к.ед. Ее нельзя считать предельной, так как в южной
части Нечерноземной зоны можно получать более высокие урожаи за счет опти-
мизации питания. Поэтому примем в модели, что значения относительной актив-
ности калия и калийной буферности в пределах 0,002-0,004 М/л и 24-45 соответ-
ственно, а также равновесной концентрации фосфора от 0,1 до 0,2 мг/л и фос-
фатной буферности от 34 до 45 мл/г ориентировочно характеризуют степень
устойчивости почвы каксреднюю или близкую к ней.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

24. 24
Таблица 1 – Физико-химический блок модели плодородиясеройлеснойтяжело-
суглинистойпочвы
Уровень устойчивости почвы
Показатели Единица
измерения
низкий средний высокий
урожайность, т/га к. ед.
< 2,7 2,7-3,5 > 3,5
Общая за интервалы рН емкость
буферности к подкислению (ЕБк)
мМ-экв/100 г < 9 9-11 > 11
Поглощенные основания
(Ca2+
+Mg2+
) мг-экв/100 г
< 20 20-25 > 25
Максимальная адсорбция (Qmax) по
Ленгмюру:
мМ/кг
Цинка < 91 91-143 > 143
Меди < 104 104-130 > 130
Кадмия < 93 > 93
Свинца < 61 61-132 >132
Буферность к загрязнению по изо-
терме адсорбции в точки концентра-
ции
цинк
5 < 4 4-7 > 7
10 < 2 2-4 > 4
фактор медь
5 интенсив– < 5 5-6 > 6
10 ности в < 2 2-3 > 3
мМ/л кадмий
5 фактор < 4 > 4
10 емкости < 2 > 2
в мМ/кг свинец
5 < 2 2-6 > 6
10 < 1 1-4 > 4
Относительная активность калия
(ARo)
М/л∙10-3
< 2 2-4 > 4
Потенциальная калийная буфер-
ность (РБСк
)
Фактор емко-
сти в
< 24 24-45 > 45
мг-экв/100 г
Равновесная концентрация фосфора
(в вытяжке 0,01 М CaCl2)
мг/л < 0,1 0,1-0,2 > 0,2
Емкость десорбции _(Qo) мг Р/100 г < 0,7 0,7-1,4 > 1,4
Потенциальная фосфатная буфер-
ность (РВСр
)
мл/г < 34 34-45 > 45
Длительность полевых многолетних опытов и их схемы позволяют получить
достоверный экспериментальный материал и в сравнительном изучении вариан-
тов ранжировать как минимум три состояния указанных физико-химических па-
раметров, а значит функционирования почвы, соответствующие условно низкому,
среднему и высокомууровням устойчивости.
Предложенный физико-химический блок модели плодородия (таблица 1)
является ориентировочным для серой лесной тяжелосуглинистой почвы, так как
почва эволюционирует, и со временем будут меняться экологические требования
к ней.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

25. 25
Глава 4. Физико-химическая буферность к подкислению
4.1. Проблема подкисления почв
К наиболее экологически опасным, неблагоприятным воздействиям на
почвенный покров относятся подкисление почвы (De Schrijver, 1997; Соколова,
2000; Шамрикова, 2001).
В России площадь почв с избыточной кислотностью около 36,7 млн. га
или 31,6% общей площади пашни (Кузнецов и др., 2002). Одна из причин под-
кисления почвы – кислотные осадки. Взаимодействие кислых осадков с почвами
сопровождается ростом кислотности как жидкой, так и твердой фаз почвы. Одна-
ко данные о характере и масштабах изменения кислотностипочв неоднозначны.
В настоящее время агрохимические исследования почвы проводятся на
современном оборудовании(рисунок 13).
Рисунок 13 – Агрохимические исследования почвы
На рисунке 14 отображен процесс определения влажности почвы экс-
пресс-методом с помощьютензиометра.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

26. 26
Рисунок 14 - Изучение влажности почвы тензиометром
Кислые осадки приводят к снижению рН почв, степень которого опреде-
ляется их буферной способностью, влиянием растительного покрова, величиной
кислотной нагрузки. Так среднее значение рН лесных почв Швеции снизилась с
1927 по 1983 г. на 0,3-0,9 ед. в подстилке и на 0,3-0,7 ед. в минеральных горизон-
тах (Hallbacken и др., 1986). В некоторых местах кислотность возросла на 1,5 ед.
рН. Повторное обследование в 1985 г. почв песчаного и глинистого грануломет-
рического состава Бельгии, не получивших удобрений и извести, выявило досто-
верное подкисление большинства почв по сравнению с 1950-1967 гг. В ряде почв
рост кислотности достигал 0,5 ед. рН (Buysse и др., 1996). Значительное подкис-
ление почв произошло в промышленных районах центральной Европы, особенно
в Германии, а также в Великобритании, Сербии, Моравии и Силезии. Исследова-
тели отмечают, что подкисление охватывает все глубокие слои почвы, однако в
наибольшей степени ему подвержены подстилка и верхний минеральный гори-
зонт (Falkengren-Grerup, 1987; Eriksson и др., 1992).
В среднем 50% потери запасов обменных оснований были зарегистриро-
ваны за 35 лет в почвах южной Швеции (Falkengren-Grerup, 1987). Большие поте-
ри обменных оснований характерны для многих лесных почв центральной Евро-
пы. Исследования почв северной Германии показали, что 70-80% лесных почв до
глубины 70 см находилось в пределах алюминиевой буферной зоны. Показатель-
ным примером антропогенного подкисления являются почвы Черного треуголь-
ника, сместившиеся в алюминиевую и железистую буферные зоны.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

27. 27
По данным А. П. Щербакова и др.(2000), снижение рН в черноземах ЦЧО
может иметь 2 ед. и распространяться на глубину более метра, что на сегодняш-
ний день имеет место, так здесь отмечается высокий темп приращения площадей
кислых почв.
По данным Р. Вейтене (2003), подкисление почвенного покрова Литвы за
период с 1988 по 1998 гг. произошло на 1,1 единицы (с 5,5 до 4,4), что связано с
недостаточным известкованием. Ученым установлена прямая корреляционная
связь между реакцией почвы и количеством подвижного алюминия (R=0,98).
Минеральные удобрения подкисляют почву (Назырова, 2003; Смык, 2002;
Минеев и др., 2004; Небытов, 2004; Pierre, 1928). По данным Литовского инсти-
тута земледелия (Чюбяркене и др., 2003), при применении в течение 20 лет трой-
ной нормы NPK подкислениепочвы произошло на 1,3 единиц.
В опыте В. Г. Минеева и др. (2004) на дерново-подзолистой почве среди
показателей, характеризующих негативное последействие 40-летнего применения
NK-удобрений на неизвесткованной почве, в первую очередь была выделена по-
вышенная кислотность и отдельные составляющие биологической активности
почвы. Опытным путем И.Д. Свистовым и др. (2004) в условиях высокобуферно-
го выщелоченного чернозема было установлено, что многолетнее внесение мине-
ральных удобрений в производственных дозах даже на фоне органических удоб-
рений приводило к подкислению и декальцированию почвы. По данным В.Д.
Мухи и др. (2003), в типичном черноземе ежегодный вынос кальция составляет
344 кг/га. Отмечено сильное подкисление почвы при внесении навоза и мине-
ральных удобренийна 2,1 рН за 30 лет.
По мнению A. Wallace (1994), подкисление почвенного раствора после
применения удобрений происходит в том случае, если синтезируемая азотная
кислота не инкорпорируется органическим веществом (из-за незначительного его
содержания) и не используется растением. Потенциально подкисляющий эффект
от аммонийного азота может быть эквивалентен 3,5 кг соляной кислоты на 1 кг
азота.
По данным Ф. И. Назыровой (2003), снижение буферности серых лесных
почв в кислотном интервале (Башкортостан) происходит при внесении мине-
ральных удобрений под зерновые культуры. И только совместное применение
минеральных удобрений совместно с органическими приводит к увеличению ем-
кости буферностив два раза.
В многолетнем опыте Л. В. Ильиной (1997) по комплексному окультури-
ванию серых лесных почв наблюдалось некоторое подкисление почвенного рас-
твора вследствие применения физиологически кислых удобрений. Тем не менее,
благодаря достаточному пищевому фону, оптимальному проявлению других эко-
логических факторов роста и развития, достоверное снижение урожайности
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

28. 28
культурных растений не происходило.
Проблема кислотности существует для пахотных почв южной части Не-
черноземной зоны. Несмотря на незначительное уменьшение кислотности, она
остается на неблагоприятном для культурных растений уровне. Большинство
почв имеют кислую реакцию почвенного раствора. Указанная проблема имеет
все предпосылки для обострения, связанные с ослаблением буферных способно-
стей вследствие ухудшения структурного и функционального состояния эдафи-
ческих механизмов агроэкосистемы и проявления известных последствий техно-
генезации биосферы.
Известно негативное побочное проявление повышенной кислотности, вы-
ражающееся в повышении активности некоторых элементов (Подколзин и др.,
2002; Анисимов и др., 2005; Ruhn и др., 1983).
По данным разных авторов, изучавших влияние кислых осадков на почвы,
на вытеснение обменных катионов протоном расходуется 50-70% от поступаю-
щих в почву протонов (Соколова и др., 1996, 2001; James и др., 1986; Brown, 1987;
Vance и др., 1991).
Под действием кислоты частично растворяются, частично теряют окри-
сталлизованность тонкодисперсные глинистые силикаты, особенно смектитовой
группы. В процессе титрования кислотой подзолистого горизонта важнейшими
буферными реакциями являются реакции вытеснения протоном обменных осно-
ваний, реакции протонирования поверхностных гидроксильных групп на части-
цах гидроксидов Fe и Al и на боковых сколах глинистых кристаллитов и реакции,
обеспечивающиепереход в раствор Al (Шамрикова, 2001).
В нейтрализации поступающих в почву кислых агентов участвует мине-
ральный комплекс (Шамрикова, 2001). В опытах О. Н. Козловой и др. (1999), при
модельной кислотной нагрузке на лесную подзолистую почву, равной 2,5 мМ/100
г, наблюдалось снижение интенсивности и расширение рефлексов всех глини-
стых минералов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

29. 29
В горизонте А1А2 уменьшалось
содержание лабильных минералов и
относительно увеличивалось количе-
ство каолинита в составе илистой
фракции, что связано с растворением
глинистого материала, происходящим в
первый момент взаимодействия с мо-
дельными кислыми осадками (рисунок
15).
Повышенная кислотность почвы
напрямую и через ухудшение других,
связанных с нею свойств, приводит к
снижению продуктивности культурных
растений.
Так в опыте В. Г. Минеева и др.
(2004) на дерново-подзолистой почве
до 58% изменчивости урожая викоов-
сяной смеси было связано с варьирова-
нием кислотностипочвенного раствора.
Рисунок 15 – Профиль лесной
подзолистой почвы
Следовательно, в повышении устойчивости почвы к подкислению реша-
ющую роль играет функциональное состояние минеральных и органических
компонентов ППК, обусловленное не только свойствами качественного порядка,
но и количественным содержанием активных в отношении нейтрализации кис-
лых агентов веществ.
По состоянию на 2002 г. в Рязанской области при средней взвешенной
кислотности 5,41 общее количество кислых пахотных почв составило 65,2%, в
2005 г. – 69,2 %, а кислотность за четыре года повысилась на 0,05 ед. (рисунок
16).
Рост площади кислых пахотных почв
4,7
24
36,5
20
14,8
<4,5 4,5-5,0
Рисунок 16 – Состояние кислотности пахотных почв в Рязанской области
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

30. 30
4.2. Общие понятия и термины, буферные зоны
Буферность почвы это свойство почвы препятствовать изменению её ре-
акции (pH) под действием кислот и щелочей. Чем больше коллоидных частиц и
гумуса в почве (например, чернозёмы) и чем больше они содержат поглощённых
оснований, тем большей величиной буферности обладает почва по отношению к
физиологическикислым удобрениям, кислотным выпадениям и т.д.
Буферность почв к подкислению является одной из важнейших характе-
ристик химического состояния почвы, контролирующая устойчивость почвы ко
многим неблагоприятным воздействиям. Она определяется как способность жид-
кой и твердой фаз противостоять изменению реакции среды при добавлении к
почве кислоты (Орлов и др., 1996).
Рисунок 17 – Отбор проб почвы буром
Химических механизмов про-
явления буферности несколько. Ре-
ализация их связана с вовлекаемы-
ми в процесс буферизации химиче-
ских компонентов почвы (рисунок
17). Данному направлению иссле-
дований большое внимание уделял
немецкий ученый Б. Ульрих (Ulrich,
1983), который в 80-ых годах разра-
ботал концепцию буферных зон.
В соответствии с этой концеп-
цией в процессе взаимодействия с
кислыми осадками почва проходит
ряд стадий,
каждая из которых характеризуется диапазоном значений рН и определенным
доминирующим буферным механизмом; эти стадии Ульрих назвал буферными
зонами. Каждая буферная зона охарактеризована двумя параметрами – емкостью
и скоростьюпротекания буферныхреакций.
Карбонатная буферная зона имеет значение только в почах, содержащих
карбонаты, и соответственно, имеющих рН>6,2. Основной буферной реакцией
является растворение карбонатов. Буферная емкость этой зоны равна 150
кмоль/га в пересчете на 1% CaCO3. Скорость буферной реакции достаточно вы-
сока, но она может снижаться, если карбонаты представлены обломками, покры-
тыми железистыми пленками.
Силикатная буферная зона играет наибольшую роль в диапазоне значений
рН от 5,0 до 6,2. Основным механизмом буферности является замещение прото-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

31. 31
ном щелочных и щелочноземельных металлов, входящих в кристаллическую ре-
шетку минералов. Буферная емкость этой зоны зависит от минералогического со-
става почвы, который определяет содержание оснований в кристаллических ре-
шетках. Скорость буферных реакций – т.е. скорость растворения силикатов мала,
она измеряется величинами 0,2 – 2 кмоль/га/год и контролируется скоростью
отделения поверхностных протонированных комплексов от кристаллической ре-
шетки.
Катионно-обменная буферная зона соответствует интервалу рН от 4,5 до
5,0. Основной буферной реакцией является вытеснение протоном обменных ос-
нований, прежде всего Ca, из ППК. Буферная емкость этой зоны примерно соот-
ветствует ЕКО и в среднем равна 7 кмоль/га/1% илистой фракции, если она обес-
печивается только минеральными компонентами. Скорость буферных реакций
катионного обмена достаточно велика и многие из них осуществляются практи-
чески мгновенно.
Алюминиевая буферная зона соответствует значениям рН < 4,2. Основной
буферной реакцией является вытеснение протоном в раствор алюминия. В соот-
ветствии со средним содержанием алюминия в глинистых минералах емкость
алюминиевой буферной зоны оценивается в 100-150 кмоль/га на 1% глинистых
минералов. Скорость буферных реакций в пределах этой зоны может быть очень
разной – она максимальна для аморфных тонкодисперсных гидроксидов (не-
сколько кмолей/га/год) и значительно меньше для большинства глинистых мине-
ралов (десятыедоли киломоля/га/год).
Железистая буферная зона соответствует значениям рН < 3,2. Основной
буферной реакцией является растворениегидроксидовFe.
К буферным реакциям относится вытеснение протоном обменных Ca, Mn,
Mg, К, вытеснение протоном Al из тетраэдров трехслойных глинистых минера-
лов, реакции, обеспечивающие протонирование поверхностных гидроксильных
групп на частицах гидроксидов Fe и Al и на боковых сколах глинистых кристал-
литов, растворение солей Ca, Mg и К низкомолекулярных органических кислот,
тонкодисперных аморфных гидроксидов Al, вероятно диссоциация Al- и Mn-
органических комплексов (Шамрикова и др., 2002; Иванова и др, 2002; Stumm,
1992).
4.3. Методика определения буферности к подкислению
Для определения буферности к подкислению наиболее широкое распро-
странение получил два метода: непрерывное потенциометрическое титрование
(НПТ) и равновесное потенциометрическое титрование (РПТ). При НПТ измене-
ние рН оценивают через несколько минут после добавления титранта, а при РПТ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

32. 32
– через часы и (или) сутки.
Буферность системы характеризуется показателями емкости и интенсив-
ности. В строгом смысле слова емкость буферности – это количество титранта,
которое нужно ввести в систему для доведения рН до величины, свойственной
титранту. Реально определяемая емкость буферности не вполне соответствует
этой формулировке, и ее условно оценивают по количеству кислоты или основа-
ния, которое нужно добавить в систему для доведения рН до заданной величины,
которая определяется целями исследования. Емкость буферности (ЕБ) рассчиты-
вается в молях на единицу массы почвы, и каждая почва характеризуется един-
ственной величинойемкости буферностив заданном интервале значений рН.
Интенсивность буферности – это количество титранта, которое нужно до-
бавить, чтобы сместить величину рН системы на единицу; она обозначается
обычной буквой β и может быть записана в форме дифференциального уравнения
как:
β = ∆Ci/∆pH,
где ∆pH – измерение рН в ответ на добавление бесконечно малого количества
титранта ∆Ci (Cоколоваи др., 2001).
Интенсивность буферности выражают в молях на единицу массы почвы
на единицу рН. Почва не может быть охарактеризована единственной величиной
интенсивности буферности, поскольку этот показатель изменяется по диапазонам
значений рН.
Метод НПТ начал широко использоваться в почвоведении, начиная с 20-х
-30-х годов этого столетия, когда Бредфилдом (Bradfield, 1923, 1928, цитата по
Чернову, 1948) и Б. П. Никольским (1928) были опубликованы первые кривые
потенциометрического титрования образцов различных почв, причем Б.П. Ни-
кольским было предложено понятие “податливости ” почв к воздействию кислот
и оснований, по своему физическому смыслу обратное понятию буферности и
соответственно определяемоекак ∆рН/∆Сi.
В 30 - 40 годах ХХ века Н. П. Ремезов получил кривые НПТ для зонально-
го ряда почв России и интерпретировал результаты в связи с вопросами генезиса
почв и их коллоидно-химическимисвойствами(Ремезов, 1989).
В связи с тем, что в последнее время наблюдается снижение буферности
почв к кислоте целесообразными являются исследования факторов, влияющих на
буферность к подкислению. Одними из таких факторов являются удобрения.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»