Лекція №5. Ґрунтовий розчин

Рослини засвоюють поживні речовини в формі солей, розчинених в рідкій фазі грунту, тобто в грунтовому розчині. В грунтовий розчин вони потрапляють з мінералів при вивітрюванні, з розкладених органічних решток, в результаті внесення в грунт різних меліоруючих сполук. В.І.Вернадський (1960) приділяв особливу увагу грунтовим розчинам, вважаючи їх найважливішими в історії біосфери планети категоріями природних вод,розглядаючи грунтові розчини як основний субстрат життя та основний елемент механізму біосфери. Виникнення грунтових розчинів відкриває якісно новий етап в еволюції життя на планеті, формуванні грунтів, принципово нового біокосного тіла природи.

В.А. Ковда (1977) вказував, що грунтові розчини планети відіграють основну роль в функціонуванні сучасного біосферно-біогеоцинотичного вкриття Землі, особливо в умовах дефіциту вологи, що має місце не тільки в окремих ландшафтах та зонах, а являє собою характерну рису глобального, циклічного по природі явища аридізациї суші.

Вивчення закономірностей процесу формування грунтових розчинів в зв’язку з життєдіяльністю рослинності являє собою першочергову проблему сучасного землеробства. Проблема управління процесом формування рослинної продукції – це перш за все проблема формування складу та динаміки грунтових розчинів як безпосереднього середовища кореневого живлення рослин. Склад та концентрація грунтових розчинів дуже динамічні. Вони можуть суттєво різнитись в різні пори року, на протязі доби і навіть годин.

На протязі всієї історії розвитку грунтознавства цим питанням приділяли виключну увагу в своїх дослідженнях визначні грунтознавці К.К.Гедройц, 1955, С.А.Захаров, 1929, С.П.Кравков,1929, В.І.Вернадський, 1960, В.А.Ковда, 1977, та інші. Але разом з тим, повністю зрозуміти, більше того, – навчитись керувати складним механізмом фізико-хімічних, біологічних процесів, які постійно змінюються в багатофазній системі ”живого” грунту, наслідки яких найбільш повно проявляються в складі та динаміці грунтових розчинів, і в наш час повністю не вдалося.

Підхід до вивчення грунтових розчинів можна визначити за В.І.Вернадським (1960) – як біосферно-біогеоценологічний. Іншими словами, з одного боку грунтові розчини розглядаються як одна з категорій грунтових вод (атмосферні опади, тимчасові поверхневі води, грунтові води та ін.), а з іншого – як найбільш динамічна фаза грунту, як компонент агробіоценозу. Ці положення обумовлюють необхідність комплексного підходу вивчення складу, динаміки грунтових розчинів разом з динамікою складу фітомаси, гідротермічного режиму грунтів, складу приземного шару повітря, кількісним та хімічним складом атмосферних опадів та рос.

В.А.Ковда (1973) дає таке визначення поняття “грунтовий розчин”. “Грунтові розчини можна визначити як рідку фазу грунту, що включає розчинні солі, органо-мінеральні, органічні сполуки, гази та тонкі колоїдні золі”. Він виділяє дев’ять основних форм води в грунті і вказує на умовність меж між ними. Серед визначених форм води в грунті тільки капілярна представлена грунтовим розчином, а хімічно зв’язана, пароподібна, гігроскопічна, поверхнева - не можуть відноситись до грунтового розчину, а відношення до грунтового розчину плівкової та гравітаційної води є предметом дискусії.

При вивченні грунтових розчинів як джерела кореневого живлення рослин розрізняють самі грунтові розчини та гравітаційну воду, яка відносно швидко проходить скрізь грунтовий профіль. Гравітаційні води досліджуються як лизиметричні, а їх склад суттєво відрізняється від складу самих грунтових розчинів. Відміна складу гравітаційних вод та грунтового розчину пояснюється різними строками їх взаємодії з грунтом. Гравітаційні води швидко проходять скрізь товщу грунту, внаслідок чого вони не встигають досить повно взаємодіяти з грунтово-вбирним  комплексом.

Як вважає Л.Т.Бистрицька (1981),грунтові розчини являють собою одну з форм природної вологи того чи іншого ландшафту. На малюнку схематично зображено місце грунтових розчинів в системі основних форм природних вод території.

В залежності від типу водного режиму грунту грунтові води можуть приймати участь у формуванні грунтових розчинів систематично (випотний водний режим) або періодично (періодично випотний), або не брати участі зовсім (непромивний, періодично промивний та промивний водні режими). Постійним джерелом грунтових розчинів є атмосферні опади. Але їх перетворенню в грунтові води передує стадія поверхневих вод, що є першим етапом трансформації та переміщення атмосферних опадів в біогеоценозі. В той же час і самі грунтові води можуть впливати на склад деяких форм грунтових вод. Таким чином, чітко просліджується генетичний взаємозв’язок практично всіх перерахованих форм природних вод біогеоценозу, а через нього і біосфери в цілому.

При взаємодії твердої, рідкої, газоподібної та живої фаз грунту в умовах постійних змін зовнішніх факторів формується склад грунтових розчинів.

Постійну зміну складу та динаміки грунтових розчинів обумовлює велика кількість факторів. Це, перш за все – висхідний , низхідний, горизонтальний рух грунтової вологи, вбирання та виділення кореневих систем рослин та мікроорганізмів, зміна парціального тиску СО2  в грунтовому повітрі та багато іншого. Таким чином, грунтовий розчин знаходиться в стані динамічної рівноваги з факторами, які його формують.

Дослідження рідкої фази грунту весь час привертає увагу грунтознавців. По ступеню наближення до натуральних умов методи вивчення грунтового розчину можна поділити на чотири групи:

1. Метод дослідження водних витяжок грунтів. Цей метод може дати відо­мос­ті про водорозчинну частину грунту. Він зручний та придатний для стандартизації отриманих результатів, але дає найменші уявлення про реальний склад грунтових розчинів.

2. Методи, пов’язані з відбором зразків грунту з функціональних біогеоценозів з наступним витисненням з них грунтових розчинів різними засобами: тиском, замінною рідиною, центрифугою, різними комбінованими засобами.

3. Лизиметричні методи, які діють за принципом заміщення та витиснення грунтових розчинів талими та дощовими водами. Для цього використовують великий набір лизиметрів різних модифікацій.

4. Безпосередній метод дослідження рідкої фази грунту (in situ) в польових умовах за допомогою іонометричних методів. В останній час розвиток іонометрії дозволяє визначити широкий спектр іонів (Ca++, Mg++, K+, Na+, NO, NH, Cl– ), визначаючи їх активність в грунті.