Ожелезнение почв и урожай

Причиной ожелезнения почв является накопление этого элемента из обогащенных железом грунтовых вод. Повышенная концентрация железа — характерная зональная особенность грунтовых вод лесной зоны России. Это объясняется тем, что здесь абсолютно господствует процесс глееобразования, сущностью которого является вынос железа в грунтовые воды.

Существует и второй мощный источник поступления железа в грунтовые воды — наличие минералов, содержащих железо, в подстилающих и водоносных слоях. Такой основной породой в центральной Нечерноземной зоне и на Северо-Западе являются черные и темно-окрашенные юрские глины. Они содержат много пирита (сульфида железа). Нередко грунтовые воды выносят в поверхностные горизонты почв огромные массы железа. Например, во Владимирской Мещере в окрестностях г. Гусь-Железный поверхностные слои почв, образованные рудяками, использовались при Петре I для литья металла и изготовления орудий.

Накапливаясь в поверхностных слоях почв, железо формирует горизонты, которые отличаются как по формам железистых новообразований, так и по содержанию в них железа. Опасными для растений являются только те железистые новообразования, происхождение которых связано с грунтовыми водами. Новообразования, возникающие под влиянием поверхностных вод (например, ортштейны, псевдофибры, горизонты вмывания железа — железисто-иллювиальные) не представляют угрозы для растений.

Отрицательное влияние железистых новообразований обусловлено тем, что в результате цементации оксидом железа в почвенном профиле формируется уплотненный горизонт, затрудняющий проникновение корней растений. Но кроме этого в почвах под влиянием грунтовых ожелезненных вод формируются плотные горизонты, непроницаемые для корней с опасно высоким содержанием железа. Ожелезненные горизонты по характеру влияния на культуры можно разделить на две группы.

К первой группе таких ожелезненных горизонтов относится ортзанд (см. рис. 6) — слой сцементированного оксидом железа песка или супеси. Ортзанд приурочен к зоне наиболее высокого подъема уровня ожелезненных грунтовых вод. Он содержит не более 25% железа; плотный, трудно пробивается лопатой. Если ортзандовый горизонт залегает выше 80 см, то целесообразно механически разрушить этот плотный горизонт с помощью глубокого (на глубину 80 см) мелиоративного рыхления. В этом случае удается увеличить мощность корнеобитаемой зоны. Кроме того, ортзандовый горизонт часто обогащен микроэлементами. Разрушение ортзанда глубоким рыхлением увеличивает их доступность растениям.

Ко второй группе относятся железистые горизонты, состоящие из крупных конкреций — рудяка. Содержание железа в них возрастает до 30-40% от массы. Горизонты непроницаемы для корней, не пробиваемы лопатой; они могут быть лишь разобраны, как кладка валунов.

Упомянем и третью группу горизонтов, которые возникают при заболачивании торфяных почв сильно ожелезненными грунтовыми водами. В результате окисления двухвалентное железо переходит в неподвижную трехвалентную форму и выпадает на поверхности болотных почв. Из осевшего железа формируется рыхлый горизонт аморфной гидроокиси железа. Такие горизонты не обладают плотным сложением, легко проницаемы для растворов и корней. Однако они могут содержать опасно высокие для растений концентрации железа.

Таким образом повышенное содержание железа опасно потому, что в почвах происходят:
1) цементация и повышение плотности поверхностных горизонтов, уменьшение корнеобитаемой зоны и сокращение площади питания;
2) необратимое связывание (ретроградация) фосфатов и уменьшение их доступности растениям;
3) токсикоз корней двухвалентным железом при переувлажнении.

На осушенных почвах высокое содержание железа в грунтовых водах вызывает закупорку дрен оксидом железа. Кроме того, аккумуляции железа способны адсорбировать нитраты и аммиак, оказывать существенное влияние на питание растений.

Токсичным может быть и двухвалентное железо, содержащееся в фунтовых водах. Такое железо угнетает развитие корней при его содержании в грунтовой воде около 5 мг/литр. Гибель корней и растений происходит при содержании двухвалентного железа 10 и более мг/литр. Однако, как правило, после осушения двухвалентное железо грунтовых вод окисляется и переходит в нерастворимую трехвалентную форму. Кроме того, его концентрация уменьшается под влиянием известкования.

Влияние на урожай повышенных концентраций железа определяется абсолютным содержанием этого элемента в пахотном горизонте и видом возделываемой культуры. Наиболее чувствительны к повышенным концентрациям оксида железа — сложноцветные овощные культуры. Их резкое угнетение начинается при концентрациях железа от 10-12% и выше. Относительно слабо реагируют на повышенное содержание оксида железа зерновые. В интервале от 1 до 25-30% от массы не установлено резкого изменения их урожая. Бобовые (клевер, бобы, фасоль) снижают урожай зеленой массы и зерна при концентрации окиси железа, равной 25-28%. Все культуры заметно (на 40-60% и более) снижают урожай или гибнут, если содержание окиси железа в пахотном горизонте превышает 30-35%. Такие участки целесообразно исключать из сельскохозяйственного использования и залужать. Следует отметить, однако, что по мере эксплуатации, проветривания почв и механического разрушения сцементированные горизонты подвергаются распаду и перемешиванию с подстилающими минеральными (суглинистыми, супесчаными и песчаными) слоями. Постепенно ожелез- ненные почвы могут быть включены в общий контур пахотных угодий. Однако этот период займет 6-8 или более лет. Существенно ускоряет процесс дробления железистых цементаций и конкреционных (рудяковых) новообразований глубокое рыхление почв. Глубина рыхления определяется мощностью ожелезненного горизонта. Эта последняя величина может быть легко установлена в поле при изучении почвенного разреза.