Роль органического вещества почв.

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 9Следующая ⇒

Органическая часть - это то, что отличает почву от материнской горной породы. Хотя органическое вещество составляет в среднем лишь около 5% от веса почвы, с ним связаны основные свойства и режимы почв (включая характерный морфологический облик почв, кислотно-основные свойства, водно-воздушный режим и др.) и как следствие - плодородие.

Вопросы для самопроверки к теме 8

1.Что понимают под первичными и вторичными источниками органического вещества почв? Какие из них вносят больший вклад в создание ежегодного опада естественных биогеоценозов?

2.Чем отличается поступление растительного опада в почву в степной и таежно-лесной зонах?

3.Что такое «гумус»?

4.Почему специфические и неспецифические органические вещества почвы так называются?

6.Какую роль в формировании почв играют гуминовые и фульвокислоты?

Тема 9

ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ

Вопросы: 1. Виды поглотительной способности.

2. Строение коллоидной мицеллы.

3. Виды почвенных коллоидов.

4. Емкость катионного обмена.

Поглотительная способность почв (ПСП ) - это способность почвы обменно и необменно поглощать и удерживать ионы и молекулы различных веществ (различные твердые, жидкие и газообразные вещества).

К.К. Гедройц выяснил, что основная роль в процессах поглощения принадлежит тонкодисперсной части почвы, особенно коллоидам, и выделил пять видов поглотительной способности почв:

1. Механическая поглотительная способность - это способность почв поглощать твердые частицы, размеры которых превышают размеры почвенных пор. Почва в данном случае действует как фильтр. Отфильтровываются взвешенные частицы, растворенные вещества не задерживаются.

Сохраняется илистая, наиболее ценная часть почвы. Удобрения не выносятся. В оросительных каналах за счет заиления дна уменьшаются потери воды на фильтрацию. Вода очищается от взвесей при фильтрации через почву.

2. Физическая поглотительная способность - способность почвы изменять концентрацию молекул различных веществ у поверхности тонкодисперсных частиц. Обусловлена молекулярной адсорбцией. Физическая поглотительная способность может быть положительной и отрицательной.

При положительной молекулы растворенного вещества притягиваются частицами почвы сильнее, чем молекулы воды. У поверхности почвенных частиц наблюдается повышенное содержание молекул вещества, а с расстоянием их концентрация уменьшается. Положительная физическая поглотительная способность наблюдается, например, для гумусовых кислот.

При отрицательной концентрация растворенных веществ уменьшается по мере приближения к поверхности частицы. Молекулы вещества как бы отталкиваются почвой. Отрицательная физическая поглотительная способность наблюдается для хлоридов и нитратов. Это обусловливает их высокую подвижность в почве.

3. Химическая - обусловлена образованием (в результате происходящих в почве химических реакций) труднорастворимых соединений, выпадающих из раствора в осадок.

Химически могут поглощаться анионы: SO4-2, CO3-2, H2PO4-, PO4-3, и катионы: Ca+2, Mg+2, Fe+3, Al+3. Одновалентные катионы (К+, Na+), а также анионы Cl-и NO-3ни с одним ионом в почве нерастворимые соединения не образуют и химически не поглощаются.

При внесении в почву, содержащую Ca(HCO3)2, растворимых фосфорных удобрений происходит следующая реакция:

2Ca(HCO3) 2+ Ca(H2PO4)2 = Ca3(PO4) 2+ 4CO2+ 4H2O

Образующаяся при этом соль плохо растворяется в воде. Следовательно, фосфор становится труднодоступен для растений, что нежелательно.

4. Биологическая - поглощение различных веществ растениями и микроорганизмами. Отличительная черта - избирательность. Могут поглощать и удерживать легкорастворимые вещества, тем самым предотвращая их потерю. Например, нитраты.

5. Физико-химическая (второе название – обменная) - способность почвы поглощать и обменивать ионы, находящиеся на поверхности коллоидных частиц, на эквивалентное количество ионов раствора, взаимодействующего с твердой фазой почвы. В свою очередь делится на катионную (поглощение почвой катионов) и анионную (поглощение почвой анионов).

Физико-химическая поглотительная способность обусловлена наличием в составе почвы так называемого почвенного поглощающего комплекса П очвенный поглощающий комплекс (ППК) - совокупность частиц высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных поглощать и обменивать поглощенные ионы. К ним относятся коллоидные частицы (0.2-0.001 мкм) и предколлоидная фракция (0.2-1 мкм).

В воде такие частицы дают коллоидные растворы или системы.

Строение коллоидной мицеллы. Коллоидная мицелла состоит из ядра, слоя потенциалопределяющих ионов и слоя компенсирующих ионов (который в свою очередь делится на два – неподвижный и диффузный).

Заряд потенциалопределяющего слоя создается за счет нарушений кристаллической решетки и изоморфных замещений, а также за счет диссоциации молекул.

Различают следующие виды почвенных коллоидов:

а) ацидоиды - несут отрицательный заряд в потенциалопределяющем слое,

б) базоиды - положительный,

в) амфолитоиды - могут менять заряд в зависимости от реакции окружающей среды.

Рис.7.Строение коллоидной мицеллы ацидоида и базоида.

В почвах лесной и лесостепной зоны преобладают ацидоиды и амфолитоиды, несущие отрицательный заряд, поэтому в этих почвах преобладает катионная обменная поглотительная способность.

Коллоиды бывают органические, минеральные и органоминеральные.

Емкость катионного обмена (ЕКО) - максимальное количество катионов, удерживаемое почвой в обменном состоянии. Зависит от типа почвы, содержания почвенных коллоидов (органического вещества и гранулометрического состава), минералогического состава и обычно варьирует от 5 до 50 мг-экв/100 г почвы. Минимальная наблюдается в песчаных подзолах, максимальная в тяжелых по гранулометрическому составу черноземах.

Состав поглощенных катионов в различных почвах неодинаков. Наиболее распространены катионы Са+2и Mg+2, которые есть во всех почвах. В кислых почвах в больших количествах присутствуют Н+и Al +3, а в засоленных Na+. Кроме того, в ППК всех почв присутствуют также практически все ионы, необходимые для питания растений. Сумма всех катионов, кроме Н+и Al+3, называется суммой обменных оснований. В зависимости от наличия в составе ППК ионов водорода и алюминия различают почвы насыщенные основаниями (Н+и Al+3отсутствуют) и ненасыщенные основаниями. Наилучшие условия для питания растений создаются при преобладании в составе ППК Са+2и катионов, необходимых для питания растений.

Вопросы для самопроверки к теме 9

1.Почему в почвах лесостепной зоны преобладает катионная поглотительная способность, а обменное поглощение анионов незначительно?

2.Можно ли при помощи механической поглотительной способности почв очистить воду от растворенных в ней веществ?

3.При помощи какого вида (или каких видов) поглотительной способности можно удержать в почве нитраты?

4.Почему хлориды имеют такую высокую подвижность в почве?

Тема 10

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ

Вопросы:

1.Общее содержание различных элементов в почве.

Макро- и микроэлементы.

2.Питательные вещества. Органогены и зольные элементы.

Валовые и доступные формы.

3.Почвенный раствор.

4.Радиоактивность почв.

Общее содержание различных элементов в почве

В составе почв обнаружены почти все известные химические элементы в виде различных соединений.

Почвы формируются из почвообразующих пород, имеют близкий к ним средний химический состав. Однако есть и заметные отличия. В почвах значительно больше C и N, что связано с накоплением органического вещества, а также О и Н, входящих в состав воды. Среднее содержание Al, Fe, Ca, Mg, K и Na в почвах несколько меньше, чем в рыхлых породах, что связано с миграцией этих элементов в процессе почвообразования, Si - выше из-за относительного накопления.

По профилю почв содержание отдельных элементов может резко изменяться.

Цифры, показывающие среднее содержание отдельных элементов в литосфере и почвах по предложению академика А.Е. Ферсмана стали называть кларками (в честь американского геохимика Ф.У. Кларка, впервые вычислившего в 1889 г. средний химический состав земной коры).

По среднему содержанию в почвах все химические элементы делятся на 2 группы:

1) макроэлементы (содержатся в почве в больших количествах (макро- количествах, т.е. > 0.01%): кислород (55%), кремний (20%), алюминий (7%), углерод (5%), H (5%), Fe (2%), Ca (2%), Na (1%), K (1%), Mg (0.6%), N (0.1%), P (0.08%), Mn (0.05%), S (0.05%).

2) микроэлементы (содержание которых не превышает 0.01%): Cu (0.002%), Zn (3 10-5%), I (3 10-3%), Ni (3 10-3%), Co (3 10-4%), B (0.001%), Mo (0.0003%)

Питательные вещества

Величина урожая зависит прежде всего от питания растений.

Все питательные элементы делятся на органогены и зольные элементы. Органогены – это химические элементы, составляющие основную массу растения. Это углерод (кларк в растениях - 42.1%), кислород (37.9%), водород (5.5%) и азот (4.3%). При сжигании они улетучиваются, тогда как зольные элементы P, K, Ca, Mg, Fe и др. остаются при сжигании в золе растений. В настоящее время в золе растений обнаружено 85 различных химических элементов. Все эти элементы находятся в почве, однако, форма нахождения того или иного элемента может быть различной. Большинство элементов встречается как в составе почвенных минералов, так и органической части, в ППК в виде обменных катионов и анионов, в почвенном растворе.

Общее содержание элемента (или, как говорят, валовый состав ) не всегда характеризует обеспеченность растений тем или иным элементом. Обеспеченность будет определяться так называемыми доступными (иногда их называют подвижными) формами, которые растение может усвоить. Количество доступных элементов питания определяется свойствами почв: реакцией среды, наличием других химических соединений и элементов, а также биологическими особенностями самого растения.

Большую часть элементов питания растения усваивают из почвенного раствора.

Почвенный раствор

Вступая во взаимодействие с твердой фазой почвы, вода извлекает из нее растворимые вещества и превращается в жидкую фазу почвы (или, по-другому, почвенный раствор).

Почвенный раствор – среда, в которой совершаются важные химические процессы, и из которой усваиваются питательные вещества. Почвенный раствор представляет собой подвижную, динамичную и наиболее активную часть почвы. Он находится в постоянном взаимодействии с твердой и газовой фазами почвы, а также корнями растений. Его сравнивают с кровью организмов.

В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органо-минеральные вещества, которые представлены в виде ионных, молекулярных и коллоидных форм. Кроме того, в почвенном растворе присутствуют растворенные газы: кислород, углекислый газ и др.

В зависимости от типа почв и других условий в почвенном растворе могут присутствовать анионы HCO3-, CO3-2, NO3-, NO2-, Cl-, HPO4-2, и катионы: H+, Ca+2, Mg+2, NH4+, K+, Na+. В кислых почвах могут быть Al+3, Fe+3, а в заболоченных –Fe+2.

В почвенном растворе могут присутствовать специфические и неспецифические органические вещества почвы и их соединения.

Общее количество солей в почвенном растворе колеблется от сотых долей процента (в дерново-подзолистых почвах) до нескольких процентов в засоленных почвах. Избыток их в почвах (более 0.2%) оказывает вредное действие на растения.

Если осмотическое давление почвенного раствора равно осмотическому давлению клеточного сока растений или выше его, то прекращается поступление воды в растение, и оно гибнет.

Реакция почвенного раствора характеризует активную (актуальную) кислотность и щелочность почвы и оказывает большое влияние на химические и биологические процессы в почве и на развитие растений.

Состав почвенного раствора не остается постоянным. Его концентрация, например, увеличивается при внесении удобрений, снижении влажности почвы, усилении минерализации органического вещества. Концентрация почвенного раствора уменьшается при усвоении питательных веществ растениями, вымывании растворимых соединений в нижние горизонты, переходе их в нерастворимые соединения.

Для получения высоких урожаев следует правильно регулировать состав почвенного раствора.

Радиоактивность почв

Радиоактивность почв обусловлена содержанием в них радиоактивных элементов. Различают естественную и искусственную радиоактивность почв.

Естественная радиоактивность вызвана естественными радиоактивными элементами, которые всегда в тех или иных количествах присутствуют в почвах и почвообразующих породах. Обычно они находятся в сильно рассеянном состоянии, отклонений в физиологических процессах не вызывают.

Искусственная радиоактивность обусловлена поступлением в почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности или в результате аварий на атомных предприятиях. Включаясь в биологический круговорот, они через растительную и животную пищу попадают в организм человека и, накапливаясь в нем, вызывают радиоактивное облучение. Наиболее опасны в этом отношении изотопы стронция и цезия.

Вопросы для самопроверки к теме 10

1.Говорят, что «кремния в почве содержится больше, чем в материнской породе из-за относительного накопления». Поясните, что такое «относительное накопление».

2.Довольно часто в книгах и статьях по биохимии или геохимии можно, например, прочесть такую фразу: «Кларк алюминия в почвах выше, чем кларк железа». Что означает эта фраза?

3.Можно ли золу растений использовать в качестве азотного удобрения?

4.Общее содержание фосфора в карбонатных черноземах обычно достаточно велико. Почему же растения на них иногда могут испытывать недостаток фосфора?

5.Почему почвенный раствор сравнивают с кровью организмов?

Тема 11

ВОДНЫЕ СВОЙСТВА И ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВ

Вопросы: 1.Формы воды в почвах.

2.Водные свойства почв.

3.Водный баланс почв.

4.Типы водного режима.

5.Регулирование водного режима.

Основными источниками воды в почве являются атмосферные осадки и грунтовые воды.

Поступающая в почву влага подвержена воздействию сил различной природы, под действием которых она может либо передвигаться в разных направлениях, либо задерживаться. Такими силами являются сорбционные, осмотические, менисковые и гравитационные.

Попадая в почву, вода становится разнодоступной для растений, образуя различные формы. В более простом выражении можно различать в почве следующие формы воды:

1.Химически связанная (кристаллизационная) - находится в составе кристаллической решетки минералов и может выделится только при очень высокой температуре, причем это выделение сопровождается разрушением минералов. Растениям недоступна.

2. Парообразная - находится в почвенном воздухе в виде водяного пара. Она содержится в почве в небольшом количестве и свободно передвигается от мест с большей концентрацией пара к местам с меньшей концентрацией или с током воздуха.

3. Гигроскопическая - вода, адсорбированная поверхностью твердых частиц. Ее содержание зависит от гранулометрического состава и содержания гумуса. Растениям эта вода недоступна. Это оболочка толщиной в 2-3 молекулы воды на поверхности почвенных частиц. Она испаряется при t=105 С.

4. Рыхло-связанная (пленочная) - вода, которая располагается поверх пленки гигроскопической воды и также удерживается силами молекулярного притяжения. Слой толщиной в несколько десятков молекул. Труднодоступна для растений.

5. Капиллярная - передвигается в тонких порах почвы в результате капиллярных (менисковых) сил (в том числе против силы гравитации). Эта вода наиболее доступна растениям, но при близком залегании грунтовых вод может затруднить аэрацию почв и вызвать заболачивание.

6. Гравитационная - вода, которая не может удерживаться в почве и свободно передвигается по крупным порам под действием силы тяжести. Это неустойчивая форма воды и существует главным образом какое-то время после выпадения атмосферных осадков.

Водные свойства почв

Основными водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.

Водоудерживающая способность - способность почвы удерживать в себе воду, обусловленная действием сорбционных и капиллярных сил.

Количество воды, которое почва может удерживать в себе, называется влагоемкостью. Различают несколько ее видов (полная, капиллярная, полевая или наименьшая).

Легкие песчаные почвы имеют маленькую влагоемкость и удерживают незначительный запас воды, тяжелые глинистые почвы создают значительный запас влаги.

Водоподъемная способность - способность почвы вызывать восходящее передвижение влаги за счет капиллярных сил.

Капиллярные силы начинают проявляться в порах диаметром 8 мм, но особенно ярко выражены в порах диаметром 0.003-0.1 мм. Более тонкие поры заполнены связанной водой. Поэтому водоподъемная способность растет от песчаных почв к суглинистым и снижается в глинистых. Максимальная высота подъема уровня воды над уровнем грунтовых вод для песчаных почв 0.5-0.7 м, для суглинистых - 3-6 м.

Водопроницаемость - способность почвы впитывать и фильтровать через себя влагу.

В легких по гранулометрическому составу почвах поры крупные и водопроницаемость всегда высокая. В суглинистых и глинистых почвах размер пор зависит от структурного состояния.

Водный баланс - это соотношение всех статей прихода и расхода влаги за определенный период (обычно за год).

Общее уравнение водного баланса выражают формулой:

Ос + Гр + Пр + Конд = Исп + Тр. + Инф. + Пов., где

Ос - сумма осадков за период наблюдений,

Гр. - количество влаги, поступающей из грунтовых вод,

Пр. - количество влаги, поступающей в результате поверхностного притока воды,

Исп. - количество влаги, испарившейся с поверхности почвы за период наблюдений.

Тр. - количество влаги, потраченной на транспирацию,

Инф. - количество влаги, потерянной в результате инфильтрации в глубокие слои,

Пов. - количество влаги, теряющейся в результате поверхностного стока

Водный баланс складывается неодинаково для различных почвенно-климатических зон и отдельных участков местности.

Типы водного режима почв

Баланс влаги определяет водный режим почв. В зависимости от соотношения статей прихода и расхода влаги выделяется 6 основных типов водного режима почв:

1. Мерзлотный тип водного режима наблюдается в районах многолетней мерзлоты. В подобных условиях происходит постепенное оттаивание почвы сверху вниз, причем над отступающей вглубь границей мерзлотного слоя образуется водоносный горизонт - надмерзлотная почвенная верховодка. Осенью почва замерзает. При этом замерзающий слой смыкается со слоем многолетней мерзлоты.

2. Промывной тип водного режима характерен для местности, где сумма годовых осадков значительно превышает испарение и транспирацию влаги. В таких условиях создается нисходящий ток влаги. Избыток воды просачивается вниз, в результате чего почва ежегодно (многократно или однократно) промывается до грунтовых вод. Подобный тип водного режима характерен для подзолистых, дерново-подзолистых почв и красноземов.

3. Периодически промывной тип водного режима наблюдается в областях, где средняя годовая сумма осадков незначительно превышает среднюю испаряемость. Для него характерно периодическое (не ежегодное) промывание до грунтовых вод, которое происходит преимущественно в весеннее время. Данный тип водного режима характерен для серых лесных почв и оподзоленных черноземов.

4. Непромывной тип водного режима господствует в районах, где среднегодовая сумма осадков меньше средней годовой испаряемости. Промывание почвенной толщи в этих условиях происходит лишь на некоторую глубину, ниже которой находится постоянно сухой слой. Этот тип водного режима характерен для черноземов, сероземов, каштановых и ряда других почв.

5. Выпотной тип водного режима наблюдается в условиях жаркого засушливого климата при неглубоком залегании грунтовых вод. Количество влаги, расходуемой на испарение с поверхности почвы и транспирацию, значительно превышает поступление атмосферных осадков. Наиболее ярко выпотной тип водного режима проявляется в солончаках.

6. Водозастойный тип водного режима характеризуется накоплением избыточного количества влаги в верхней части профиля. К определенной зоне не привязан. Встречается в болотных почвах.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 9 Следующая ⇒