Плодородность почвы. Результаты почвенного анализа

Введение

В сфере виноградарства, плодородность почвы можно рассматривать, как способность почвы поддерживать рост виноградной лозы и производство урожая (как с учетом количества, так и качества), не доводя почву до истощения. Более того, не принося к тому же вреда окружающей среде. Плодородность почвы включает в себя такие функции почвы, как: обеспечение питательной среды для выращивания виноградной лозы, сохранение и выделение воды, круговорот питательных веществ и регулирование численности популяций. Поэтому, оценка плодородности почвы должна включать в себя анализ следующих свойств: физических, химических и биологических. После проведения ряда полевых и лабораторных анализов, и выяснив, как сказывается использование почвы на ее плодородности, а именно, в лучшую или в худшую сторону, виноградари могут определить, необходимо ли применять какие-либо меры по исправлению положения: к примеру, снять ограничения на использовании почвы или наоборот. На сформировавшихся виноградниках анализ грунта проводят регулярно: раз в два года или ежегодно, с целью получения информации, необходимой для принятия решений о потребностях почвы в таких материалах, как: удобрения, мелиорирующие вещества (известь, гипс), биоудобрения или микробиологические инокулянты (т.е. биопрепараты, содержащие живые культуры полезных для растений микроорганизмов).

Крайне важно постоянно наблюдать за почвой и использовать звукометрию и оцифровку. Не существует ни единой характеристики плодородия почвы, кроме как «набор инструментов», который состоит из контрольных тестов. Следует проанализировать полученные результаты путем сопоставления их с «эталонами сравнения» (оптимальными величинами) и критериями производительности виноградной лозы, такими как количество и качество урожая. Контрольные величины следует анализировать с учетом качества винограда на региональном уровне с использованием разных почв и приемов обработки.

Полевые и лабораторные исследования, описанные в данной статье, были отобраны на основе научной значимости и практичности (например, “Oliver et al.”, 2013, “Riches et al.”, 2013). Для некоторых исследований состава почвы (например, биологических свойств) доступно слишком мало информации о контрольных значениях, которые могли бы помочь интерпретировать данные.

Взятие образцов на пробу. Проведение измерений

Почвенные свойства могут иметь различный масштаб проявления в разрезе и по латерали. А иногда, почвы могут иметь и различные свойства, приобретаемые с течением времени. С целью охарактеризовать область, представляющую интерес для виноградарей, необходимо учитывать следующие факторы при взятии образцов на пробу или проведении измерений:

•         Наиболее подходящее время для взятия образцов или проведения измерений

•         Количество образцов или измерений

•         Расположение образцов или измерений

•         Глубина, на которой залегают образцы, и где необходимо сделать замеры

Собрав образцы (см. Рис. 1, 2 и 3), вы можете их объединить, чтобы получить составной образец для анализа. Объединение должно проводиться только тогда, если образцы были взяты из относительно схожей почвы.

Рис. 1: Использование почвенного бура для взятия образцов почвы в поле. (Фото: К. Пекин)                                         

Рис. 2: При взятии образцов в полевых условиях образцы почвы верхнего грунта (а) и образцы подпочвы (б) должны храниться отдельно. (Фото: К. Пекин). 

Физические свойства почвы

Для измерений физических свойств почвы требуется специализированное оборудование, поскольку такие измерения невозможно провести в лабораториях. Именно поэтому виноградарям порой трудно выполнить замеры. Учитывая характер данных свойств почвы, могут потребоваться многие годы, перед тем, как изменения станут заметны.

Механический состав грунта

Механический состав грунта (процентное соотношение ила, песка и глины) является неотъемлемым свойством почвы и мало изменяется при использовании или обработке. Состав грунта можно измерить в полевых условиях вручную, т.е качественно (см. Рис. 4), или в лаборатории количественно. Состав почвы является важным качеством, поскольку оно определяет то количество воды, которую почва способна удерживать при полной влажности, и ту скорость, с которой вода и растворенные в ней вещества станут доступными для дальнейшего поглощения виноградной лозой. Информация является полезной для первоначальной характеристики почвы, а не для отслеживания изменений.

Рис. 3: Оценка характеристик почвы и виноградной в полевых условиях. (Фото: Р. Э. Уайт).

Рис. 4: Оценка текстуры грунта ручным способом в полевых условиях. (Фото: К. Пекин).

Структура и прочность агрегатов почвы

Почвенная структура оказывает сильное воздействие на запас доступной влаги, просачивание воды и дренаж, аэрацию и прорастание корней (см. Рис. 5). Такие проявления частично обусловлены расположением ила, песка, глины и пор между ними, и частично обусловлены стабильностью составляющих грунта при намокании.

Прочность составляющих почвы может быть измерена в полевых условиях или в лаборатории с использованием теста на «размокание» или «разрушение» (см. Рис. 6 и Таблицу 1) или, реже, в лаборатории с использованием «метода мокрого просеивания» (Таблица 2). Почвы, которые легко гидратируются (т.е агрегаты делятся на микроагрегаты) и / или легко диспергируются (т.е. микроагрегаты делятся на отдельные частицы), указывают на слабую структуру почвы, которая может легко разрушаться при воздействии дождя и механических повреждений. Это, в свою очередь, негативно влияет на функционирование корневой системы, на подверженность воды к транспирации, и возможность проникновения кислорода в почвенно-корневую среду. Прочность агрегатов почвы можно улучшить за счет увеличения содержания органического вещества в почве и применения гипса (сульфата кальция, CaSO₄).

Прочностные характеристики грунта

Прочностные характеристики грунта определяет сопротивление почвы разрушению или повреждениям. Обычно, прочность почвы измеряется в поле количественно с использованием «пенетрометра» (см. Рис. 7 и Таблицу 3) или полуколичественно: с помощью руки или ноги (Таблица 4). Почва с высокой прочностью (например, из-за уплотнения, см. Рис. 8), по всей вероятности, ограничивает тот объем почвы, к которой могли бы дотянуться корни растений, а также почвенная флора и фауна. Поскольку результаты исследований сильно зависят от содержания воды в почве, следует проводить измерения и сравнивать их при одном и том же содержании воды (предпочтительно в полевой влагоемкости). Стандартной единицей измерения для показателя прочности почвы является мегапаскаль (МПа).

Рис. 5: Массивная структура верхнего грунта с притупленными углами, как правило, является желательной составляющей виноградных почв. (Фото Р. Э. Уайт).                                                                                                    

Рис. 6: Оценка стабильности составляющих почвы после теста в лаборатории: агрегаты остаются устойчивыми (а); агрегаты набухают и размокают (б); агрегаты набухают, размокают и диспергируются (в). (Фото: DEPI, Виктория).

Таблица 1: Результаты стабильности агрегатов после теста на дисперсию

¹Дисперсия может не проявляться в солончаковых почвах

²Агрегатная устойчивость к воде

Источник: Адаптировано “Hazelton and Murphy” (2007).

Таблица 2: Результаты стабильности агрегатов почвы, полученных методом мокрого просеивания

Источник: Адаптировано “Hazelton and Murphy” (2007).

Таблица 3: Результаты теста на прочность грунта применительно к росту растений

¹ «Полевая Влагоемкость» 

² «Влажность Устойчивого Завядания»

Источник: Адаптировано “Hazelton and Murphy” (2007).

Рис. 7: Измерение прочности почвы в поле с использованием «пенетрометра».
(Фото: Р. Э. Уайт).

Таблица 4: Результаты теста на плотность почвы (с помощью рук или ног) применительно к работе грунта

Источник: Адаптировано “McDonald et al” (1998).

Рис. 8: Отсутствие признаков уплотнения подпочвенного грунта и хорошего корня (a); уплотненный грунт (б) (обратите внимание на кирпичную установку в верхней подпочве), что является результатом использования транспортных средств во влажной почве условия. (Фото: DEPI, Виктория).    

                                                                                     3  

Химические свойства почвы

Основное назначение химических свойств почвы заключается в обеспечении питательных веществ росту растений и сельскохозяйственным культурам. Кроме того, химические свойства почвы должны быть пригодны для потребления питательных веществ. Коммерческие лаборатории предлагают ряд химических анализов почвы таких, как тест на кислотность pH, электропроводность, емкость катионного обмена и обменные катионы, содичность и наличие питательных макро и микроэлементов.

Водородный показатель почвы

Водородный показатель почвы, pH, является единицей измерения кислотности (или щелочности) почвы. PH обладает важным качеством: обеспечивает питательные вещества (катионы и анионы) растениям; влияет на химические свойства токсичных элементов и на активность микроорганизмов. Существует два стандартных лабораторных теста:

1)    С использованием воды (pH H₂O); и

2)    С использованием 0,01М хлорида кальция (pH CaCl₂).

Оба теста используют соотношение почв к раствору 1:5 (см. Рис. 9 и Таблицу: 5). Поскольку эти два теста дают разные значения, после результатов тестов на рН необходимо указать используемый метод. Между этими двумя методами измерения нет простого коэффициента пересчета. В незасоленных почвах значения pH H₂O обычно колеблются в границах 0,6-0,8 (выше, чем значения pH CaCl₂). В солончаковых почвах разница между двумя методами измерения составляет около 1,2. Кислые почвы можно улучшить при помощи извести и не подкисляющих удобрений.

Таблица 5: Влияние кислотности и щелочности почвы (pH H₂O) на рост винограда и возможность поглощения питательных веществ

¹ Опыт проводился в водных условиях

Источник: Адаптировано “Hazelton and Murphy” (2007).

Рис. 9: Химические свойства почвы такие, как pH. (Фото: Shutterstock). 

Засоленость / Электропроводность почвы

Засоленость почвы возникает вследствие растворимых солей в корневой системе. Рост винограда, объемы урожая и качество фруктов подвержены осмотическим и / или ионным процессам. Если концентрация растворимых солей достаточно высока, возможности винограда поглощать воду и питательные вещества уменьшаются. Кроме того, могут быть также прямые токсичные воздействия. К примеру, степень солености почвы может влиять на количество ионов (хлорида и натрия), которые накапливаются в лозе, фруктах и, в конечном счете, в вине. Реакция виноградной лозы на соленость зависит от сорта и корневого подвоя.

Измерения электрической проводимости (ЭП) предоставляют оценку общих растворимых солей в почве (Таблица 6). Измерения проводятся либо с использованием насыщенного экстракта из «почвенной пасты», либо с использованием почвенно-водной суспензии (в соотношении вода-почва 1:5) (ЭП 1:5). Метод «насыщенного экстракта» является наиболее предпочтительным методом, так как он учитывает структуру почвы. Тем не менее, он используется гораздо реже, чем метод почвенно-водной суспензии, поскольку считается более трудоемким и дорогостоящим. Коэффициенты умножения могут преобразовать значения «ЭП» в «ЭП 1:5» и наоборот. Стандартной единицей измерения электропроводности почвы является децисименс (дСм/м) или миллисименс (мСм/м).

Сумма водорастворимых солей (СВС) представляют собой выражение солености почвы, которое все еще используется некоторыми лабораториями. Стандартной единицей измерения суммы водорастворимых солей составляет миллиграмм на литр (мг/л), или частей на миллион (1/млн).

Можно применить следующее уравнение преобразования:

СВС (мг/л) = 640 * ЭП_1:5 (дСм/м).

Засоленность почвы можно уменьшить путем выщелачивания солей из корневой системы с помощью осадков, орошения и с использованием не содержащих соли подвоев.

Таблица 6: Влияние солености почвы (ECe и EC1: 5) на рост виноградной лозы

¹ Электрическая Проводимость почвы (ЭП) из «насыщенного экстракта»

² Электрическая Проводимость почвы (ЭП) в разных почвах с использованием почвенно-водной суспензии (1:5)

Источник: Адаптировано “Cass” (1998).                                                               4

Ёмкость катионного обмена (ЕКО)

Ёмкость катионного обмена (ЕКО) представляет собой способность почвы удерживать и обменивать положительно заряженные катионы. Данное свойство очень важно, поскольку влияет на структуру и рН почвы, наличие питательных веществ для роста растений и реакцию почвы на удобрения и мелиоранты. ЕКО можно измерить непосредственно в лаборатории, определив количество катионов, обмениваемых с экстрагирующим раствором (измеренное ЕКО). Альтернативно, в некислотных почвах ЕКО может быть рассчитана, как сумма базовых катионов ЕКО (Таблица 7).

ЕКО является единственным значением и, следовательно, не указывает, какой катион (катионы) преобладает. Почвы с низким значением (ЕКО <5) обычно имеют слабое плодородие, слабую устойчивость к изменениям в химии почв из-за обработки. Песчаные и кислые почвы часто имеют низкое значение ЕКО, в то время как глинистые почвы – высокое значение ЕКО. Тип глинистого минерала также оказывает сильное влияние на ЕКО. Стандартной единицей измерения содержания обменных катионов и емкости катионного обмена (ЕКО) является сантимоль на килограмм почвы (смоль(+)/кг) или миллиграмм-эквивалент на 100 г почвы (ммоль(+)/100 г).

Пять наиболее распространенных сменных катионов в почвах: натрий (Na⁺), кальций (Ca²⁺), магний (Mg²⁺), калий (K⁺); в сильнокислых почвах: алюминий (Al³⁺) (Таблица 8). Алюминий может стать доступным для виноградных лоз при токсичности почвы, когда Al³⁺ составляет> 5% ЕКО и когда грунт сильно кислый (pH H₂O ≤5,5). Другие катионы обычно находятся в таких количествах, которые не вносят существенного вклада в дополнение к катиону.

Таблица 7: Обменный потенциал катионов почв (результаты ЕКО).

¹ Ёмкость Катионного Обмена (ЕКО) определяется как количество обменных катионов из экстрагирующего раствора.

² Ёмкость Катионного Обмена (ЕКО), рассчитанная как сумма базовых катионов.

Источник: Адаптировано “Nicholas” (2004).

Таблица 8: Результаты ЕКО¹.

¹ Обратите внимание, что желаемые уровни отдельных катионов изменяются в зависимости от типа почвы и выращивания урожая

Источник: Адаптировано “Nicholas” (2004).

Рис. 10: Дисперсия частиц глины приводит к образованию коры / уплотнения поверхности почвы, которая ограничивает проникновение воды и появление растений. (Фото: Т. Профитт).

Содичность

Содичность почвы анализируется в ходе лабораторных анализов и выражается двумя способами: либо «содержанием обменного натрия в %» (СОН), либо «относительным показателем адсорбции натрия» (ОПАН) (Таблица 9). СОН – это количество Na⁺, адсорбированного на поверхностях частиц почвы, как часть ЕКО. ОПАН представляет собой относительную концентрацию Na⁺, Ca²⁺ и Mg² в почвенном растворе и определяется при помощи либо насыщенной вытяжки (ОПАН_нв), либо при помощи водной вытяжки из почвы (в соотношении 1:5) (ОПАН_1:5). Метод водной вытяжки из почвы дешевле, но менее точен.

При контакте с водой солонцовая почва обычно разбухает и распадается на мелкие частицы глины. По мере того как почва просыхает, частицы глины блокируют поры почвы, что приводит к затвердеванию, плохой инфильтрации воды, уменьшению полезной влагоемкости и проблемам дренажа / аэрации (см. Рис. 10). Такие физические условия обычно оказывают неблагоприятное воздействие на рост и урожайность виноградной лозы. Улучшить состояние почвы можно следующим образом: использовать гипс, и уменьшая частоту обработки почвы, избегать чрезмерного орошения и повышения уровня органического вещества почвы за счет использования посевных культур и мульчей.

Макро и микроэлементы

Для вегетативного и репродуктивного роста необходим ряд макро и микроэлементов. Некоторые питательные вещества могут влиять на качество производимых фруктов, которые, в свою очередь, могут влиять на качество сусла и вина. По ряду причин анализ растительной ткани (например, черешки), в отличие от анализа почвы, считается более эффективным и надежным при оценке состояния питания виноградной лозы и, следовательно, дефицита или избытка питательных веществ на развитых виноградниках. Несмотря на это, общепринятой практикой является анализ концентраций питательных веществ в образцах почвы (особенно во время разбития виноградников). Таким образом, получают ряд контрольных значений, хотя и основанный на ограниченных данных (Таблица 10). С течением времени изменяются концентрации питательных веществ (например, азота), что делает результаты испытаний противоречивыми. Именно поэтому порой трудно интерпретировать результаты тестов.

Таблица 9: Содичность почвы (СОН, ОПАН_нв и ОПАН_1:5) приводит к структурной стабильности грунта

¹ Содержание обменного натрия в процентном соотношении

² Относительный Показатель Адсорбции Натрия при насыщенной вытяжке

³ Относительный Показатель Адсорбции Натрия при водной вытяжки из почвы (в соотношении 1:5)

Источник: Адаптировано “Nicholas” (2004).     

Таблица 10: Анализ результатов питательных веществ в почве (мг / кг) в зависимости от урожая