Копия Лекции почвоведения, последнее, 2. Курс лекций По дисциплине Почвоведение
 Скачать 0.67 Mb.
|
Тема 2 Морфология почвИзучить морфологические признаки почв: окраска, структурность, сложение, гранулометрический состав, новообразования и включения. Дать понятие о морфологическом описании почвы. Рассмотреть переход одного горизонта в другой. Иметь представление о вскипании.
Глыбистая структура характерна для пахотных земель, глеевых и переходных к материнской породе горизонтов. Комковатая и зернистая структура – для гумусовых горизонтов. Ореховатая – для иллювиальных и солонцеватых горизонтов. Столбчатая – для солонцовых горизонтов, плитовидная – для элювиальных горизонтов. Образование того или иного вида структуры связано с процессами почвообразования. Например, плитовидная структура в элювиальных горизонтах сформировалась в результате процессов оподзоливания и осолонения. Зернистая и комковатая – в результате дернового почвообразования. 2.1.4 Сложение Под сложением почв понимают внешнее выражение плотности и пористости составляющих почву генетических горизонтов. О плотности судят по усилию, с которым входят в почвенные слои (горизонты) нож или лопата. Выделяют пять показателей плотности: А) рыхлое сложение – нож или лопата входят в горизонт легко. Обычно это пахотные горизонты, верхние слои почв, обогащенные органикой. Б) рассыпчатое сложение – бесструктурное, в сухом состоянии они представляют сыпучую массу. Характерно для верхних горизонтов песчаных и супесчаных почв. В) уплотненное сложение – нож или лопата входят в горизонт с усилием. Это подзолистые горизонты, гумусовые подпахотные слои многих почв. Г) плотное сложение – нож или лопата входят в горизонт с большим усилием на глубину 4-5 см. Обычно для горизонтов, сформировавшихся на тяжелых по гранулометрическому составу материнских породах Д) очень плотное сложение – нож или лопата в горизонт почти не входят (не более 1 см), при копке ямы приходится пользоваться ломом или киркой. Это могут быть горизонты, переходные к материнской породе светло-каштановых почв, некоторых древнеорошаемых сероземов. По пористости различают: тонкопористое сложение, когда почва пронизана порами диаметром до 1 мм; пористое – диаметр пор 1-3 мм; губчатое – преобладают поры 3-5 мм в поперечнике; ноздреватое – полости 5-10 мм; ячеистое – полости более 10 мм в поперечнике; трубчатое – полости в виде каналов, прорытые землероями. Сложение почвы имеет практическое значение, т.к. характеризует почву с точки зрения её обработки, условий произрастания сельскохозяйственных культур, глубину проникновения корней растений. 2.1.5 Гранулометрический состав Гранулометрический состав – это относительное содержание в почве твердых частиц (механических элементов) разной величины. Определение гранулометрического состава дает возможность понять, почему почвы содержат неодинаковое количество гумуса и элементов питания, почему одни почвы поспевают для обработки раньше. По гранулометрическому составу почва бывает: песчаная (рыхло-песчаная, связано-песчаная), супесчаная, суглинистая, глинистая. Песчаные и супесчаные почвы легко поддаются обработке и называются легкими, а тяжелосуглинистые и глинистые почвы – тяжелыми. 2.1.6 Новообразования и включения Новообразования – это скопления веществ различного химического состава, химического и биологического происхождения, возникшие в почвах в результате почвообразовательных процессов. По форме химические новообразования разделяют на группы: выцветы, налеты, примазки, потеки, корочки, трубочки, прослойки. Химический состав зависит от условий формирования. Так, в условиях сухой пустынной и полупустынной степи встречаются скопления легкорастворимых солей NaCl, CaCl2, MgCl2, Na2SO4. В глубоких горизонтах черноземов южных и каштановых почв в виде особых сростков встречаются скопления гипса CaSO4. Новообразования карбоната кальция CaCO3 чаще можно встретить в черноземах и каштановых почвах как бесформенные белые пятна извести размером 1-2 см. К новообразованиям относят гумус почвы, капролиты – экскременты дождевых червей в виде небольших клубочков, содержащих органическое вещество. Новообразования дают возможность судить о генезисе почв, их агрономических свойствах, о зональных процессах, в них протекающих. Включения – это предметы и вещества различного происхождения, попавшие в почвы, не имеющие никакого отношения к почвообразовательным процессам. Например, окаменелости, кости животных, обломки кирпича, обрывки полиэтиленовой пленки, резина, клочки бумаги, уголь и т.д. 2.2 Строение почвенного профиля Каждая почва состоит из слоев, или генетических горизонтов, характерных только для нее. Определенное сочетание горизонтов составляет профиль почвы. Например, в целинной дерново-подзолистой почве сверху выделяется горизонт подстилки, под ним – гумусовый горизонт, ниже – подзолистый, иллювиальный, далее горизонт, переходный к материнской породе, и материнская порода. Для болотной почвы обязательными будут торфяной слой и под ним – минеральный глеевый горизонт. Почвы получили названия по наличию тех или иных горизонтов с соответствующими морфологическими признаками. Названия почв на почвенных картах обозначают индексами. Например: ПД – дерново-подзолистые, Л – лесные почвы, Ч – черноземы. Каждый горизонт также имеет название и индекс: А0 – горизонт лесной подстилки или степной войлок, самая верхняя часть почвенного профиля. А – гумусово-аккумулятивный горизонт, его мощность может достигать от нескольких сантиметров до 1,5 м и более. А1 – минеральный гумусово-аккумулятивный горизонт, верхний, темно-окрашенный. А2 – элювиальный (подзолистый, осолоделый), осветленный, бесструктурный или слоеватый рыхлый горизонт, обедненный гумусом Ап – пахотный слой, Ад – дерновый В – иллювиальный, или горизонт вмывания. Переходный слой к почвообразующей породе. В черноземах этим индексом может обозначаться горизонт без признаков перемещений веществ. Т – торфяной. G – глеевый. С – материнская порода: Д – подстилающая порода. Горизонт с морфологическими признаками выше- и нижележащих слоев называют переходными и обозначают двумя буквами, например, А2В, ВС. Первая буква – индекс вышележащего слоя, вторая – нижележащего. Переход одного горизонта в другой Характер перехода является важным морфологическим признаком. Он определяется условиями увлажненности почв, интенсивностью нисходящих токов почвенных растворов. Различают три вида переходов от одного горизонта к другому по изменению одного или нескольких морфологических признаков. Постепенный переход (смена горизонтов на протяжении более 5 см)характерен для гумусовых горизонтов профиля черноземов от одного иллювиального горизонта к другому в профиле подзолистых и серых лесных почв. Отчетливый переход (смена горизонтов на протяжении 5см) характерен для границы перехода от элювиального горизонта подзолистых почв к иллювиальному от солонцового горизонта к нижележащему. Резкий переход (смена горизонтов на протяжении 2-3 см) от одного горизонта к другому наблюдается при переходе пахотного слоя к нижележащему, торфяного слоя к глеевому. По форме граница может быть ровной, волнистой, карманной, размытой. 2.3 Вскипание Содержание в почве карбонатов можно обнаружить с помощью приема вскипании. Для этого на почву по каплям добавляют 10 % раствор соляной кислоты. При наличии карбонатов кальция почва «вскипает». Различают Вскипание разной интенсивности: слабое, среднее, сильное, бурное. Контрольные вопросы и задания Тема 2 Морфология почв. 1) Какие признаки почв называют морфологическими? Для какой цели их изучают? 2) Какими индексами принято обозначать генетические горизонты почв? 3) От чего зависит окраска почв? 4) Что называется структурой почв? Как ее классифицируют? 5) Как определить гранулометрический состав почв? 6) Охарактеризуйте показатели плотности и пористости почв. 7) Какие выводы можно сделать по наличию в почвах тех или иных новообразований? 8) Для чего проводят вскипание? Составьте уравнение реакции. Тема 3 Состав почвы Цели урока:
Содержание 3.1 Минералогический и механический состав почвы Материнская порода, превращаясь в почву, приобретает качественный признак – плодородие, которое характеризуется целым комплексом показателей состава и свойств. В природной обстановке происходит постоянное изменение свойств и процессов, связанные с ритмами поступления на поверхность почвы тепла, света, влаги и ритмами биологической активности почв. Совокупность суточных и сезонных количественных и качественных почвенных показателей называют почвенным режимом. Различают режимы: питательный, температурный, влажности, газового состава, физико-химический. Последний напрямую связан с минеральным и механическим составом. Минералогический состав почв зависит от материнской породы. Наибольшее распространение получили минералы, содержащие кислород, кремний и алюминий. Массовая доля этих элементов в земной коре – 82,58 %. Среднее содержание элементов в земной коре (по Кларку) Элемент % по масcе Элемент % по массе O 49,13 Ti 0,61 Si 26,00 C 0,35 Al 7,45 Cl 0,20 Fe 4,20 P 0,12 Ca 3,25 S 0,10 Na 2,40 Mn 0,10 Mg 2,35 F 0,08 K 2,35 Ba 0,05 H 1,00 N 0,04 Элементы иначе называют кларками – по фамилии ученого, определившего их среднего содержания в земной коре. В почве, по сравнению с материнской породой, может быть различное содержание соединений: кварца, SiO2, Al2O3, Fe2O3, K2O, CaO, Na2O, MgO. Минералогический состав почв определяется процессами выветривания, вымывания. Например, гранит, состоящий из трех первичных минералов: полевого шпата, слюды, кварца, содержит соединения –K2O∙Al2O3∙6SiO2 В результате действия воды и углекислого газа происходит быстрое удаление калия в виде карбоната. Продукты разложения полевого шпата, взаимодействуя с водой, образуют каолинит – Al2O3∙2SiO2∙2Н2О – один из видов глины. Твердая фаза почв и почвообразующих пород состоит из обломков (частиц) первичных и вторичных минералов, органического вещества и органо-минералогических соединений, которые называют механическими элементами. Механические элементы находятся в раздельно-частичном состоянии, в виде агрегатов разной формы и величины. 3.1.1 Классификация механических элементов и их состава Свойства механических элементов твердой фазы почв химический и минералогический составы меняются то их размера отчетливо, иногда резко, что позволило разделить их на группы (фракции). Классификация механических элементов по Качинскому Названия фракций механических элементов Размеры фракций в мм Камни > 3 Гравий 3–1 Песок: крупный 1–0.5 средний 0,5–0.25 мелкий 0,25–0,05 Пыль: крупная 0,05–0,01 средняя 0,01–0,005 мелкая 0,005–0,001 Ил: грубый 0,001–0,0005 тонкий 0,0005–0, коллоиды <0,0001 Характеристика главных особенностей фракций механических элементов. Камни – обломки горных пород и минералов, водопроницаемость провальная элементы питания находятся в труднодоступной форме. Гравий – обломки первичных минералов, водопроницаемость провальная, водоподъемная способность отсутствует, влагоемкость очень низкая (<3%), Песок – обломки первичных минералов, среди которых преобладает кварц и полевые шпаты. Содержание кварца возрастает по мере уменьшения диаметра частиц песка. Водопроницаемость высокая, водоподъемность низкая. Пыль крупная – близка по минералогическому составу к фракциям песка, но водные свойства несколько лучше. После дождя и последующего высыхания заплывает с образованием поверхностной корки. Пыль средняя и мелкая – уменьшается количество кварца и полевых шпатов, особенно в мелкой пыли. Характерно наличие вторичных минералов и гумусовых веществ. Частицы мелкой пыли способны к коагуляции и структурообразованию; влагоемкость и водоподъемная способность высокие. Водопроницаемость низкая. Ил – первичных материалов мало, среди них кварц, ортоклаз (алюмосиликат из группы калиевых полевых шпатов). Ил состоит в основном из высокодисперсных (очень мелко раздробленных) вторичных материалов, глинных минералов, гумусовых веществ, обладающих высокой поглотительной способностью, способностью к коагуляции и склеиванию механических элементов и агрегатов. Коллоидная фракция ила играет главную роль в физико-химических почвенных процессах. В иле содержится наибольшее число элементов питания. Он богат оксидами железа и алюминия. Влагоемкость очень высокая, водопроницаемость и водоподъемная способность минимальные. Частицы твердой фазы почвы крупнее 1 мм называют скелетной частью, менее 1 мм – мелкозем. Определяют процентное содержание и соотношение фракций. 3.1.2 Классификация почв по механическому составу Суммарное процентное содержание фракций мелкозема от 1 до 0,01 мм называют физическим песком, менее 0,001 мм – физической глиной. Их процентное соотношение – гранулометрическим составом. В классификации гранулометрического состава физического песка и физической глины использованы народные названия. Чем больше физической глины в твердой фазе, тем тяжелее её обрабатывать, по этому принципу различают почвы тяжелые и легкие. Из таблицы 1 видно, что для почв разных типов почвообразования при одном и том же гранулометрическом составе (начиная с супеси) содержание физической глины разное. Частицы физической глины почв разных типов почвообразования обладают разной способностью склеивания, имеют неодинаковый качественный состав и свойства. Например, в солонцах содержится повышенное количество обменного катиона натрия. Поэтому усилены связанность почв при высыхании и липкость при увлажнении. Из-за этого солонцы тяжелее почв подзолистого типа почвообразования. Почвы степного типа почвообразования типа обладают повышенной способностью к агрегатированию. Они хорошо гумусированны (содержат гуматного типа гумус), имеют высокое содержание катионов кальция и магния, обладают повышенной способностью к агрегатированию. Эти почвы являются легкими при одном и том же содержании физической глины по сравнению с минеральными почвами других типов. Классификация почв по гранулометрическому составу Качинского Краткая шкала Таблица 2 - Классификация почв по гранулометрическому составу
Содержание физического песка подразумевается, что на него приходиться все остальное процентное содержание мелкозема. Кроме кратких названий почв и почвообразующих пород по гранулометрическому составу в почвоведении используют полные названия, в которых к краткому названию добавляют названия двух преобладающих по содержанию групп фракций мелкозема: песчаной (1-0.05мм), крупнопылеватой (0,05-0,01мм), пылеватой (0,01-0,001) или иловатой (<0.001 мм). На втором месте после основного названия принято давать название группы, имеющей самое большое процентное содержание. Например, дерново-подзолистая почва содержит: песка – 20 %, крупной пыли –42 %, пыли средней и мелкой – 15% и ила – 23%. В почве содержится 38 % физической глины, значит, почва среднесуглинистая. Полное название по составу – суглинок средний иловато-крупнопылеватый, т.к. группа ила на втором месте после крупной пыли. В зависимости от процентного содержания этих четырех групп фракций суглинки и глины могут быть пылевато-иловатые, иловато-песчаные, песчано-иловатые крупнопылеватые, пылеватые и т.д. Гранулометрический состав определяет практически все свойства почв. От него зависят течение процессов, формирование почвенных профилей. 3. 2 Живая часть почвы Существует мнение, что основная масса живых организмов живёт на суше. Однако исследования показывают, что большая часть этих организмов обитает в почве. Растения и животные почвы являются особым компонентов, т.к. их роль оценивается не биомассой, а огромной геохимической работой. Если учесть массу бесконечных поколений почвенных организмов, то их биомасса будет значительной. Например, масса корней в почвах степей составляет 1,5–1,7 ∙ 10-3 т/м3, минеральная часть в тоже время – 1,6–1,7 т/м3. Ежегодно отмирает и вновь нарастает примерно одна треть корневой массы трав. За 1000 лет количество вновь нарастающей и вновь разложенной массы в 1м3 составляет 500– 600 кг, а за 3000 лет масса корней, участвующих в почвообразовании, будет равна минеральной массе. Почвенные биологические процессы можно разделить на три группы: 1) деятельность микроорганизмов (преобразование органического и частично минерального вещества), 2) высшие растения (круговорот химических элементов) 3) почвенные животные (влияние на физические и химические свойства). Микроорганизмы почвы очень разнообразны по составу и почвенной деятельности. Здесь встречаются бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли, простейшие. Суммарная масса микроорганизмов только в поверхностном слое составляет несколько тонн на гектар. Численность измеряется миллиардами в 1 г почвы. Микроорганизмы отличает огромная скорость размножения, их биомасса составляет в целом 0,01–0,1 % биомассы суши. Количество микроорганизмов в почвах России
Бактерии По характеру поглощения углерода различают автотрофные, извлекающие его из углекислого газа, и гетеротрофные, получающие углерод из готовых органических соединений. По отношению к азоту лишь небольшая часть бактерий автотрофна, извлекают его из воздуха. Автотрофные бактерии поглощают углерод из углекислоты. Этот процесс эндотермический, требует затрат дополнительной внешней энергии. Источником энергии для таких бактерий служит процесс окисления некоторых минеральных веществ. Процесс назвали хемосинтезом, а осуществляющие процесс организмы – хемоавтотрофами. Некоторые бактерии, имеющие в своем составе вещество типа хлорофилла, использующие энергию солнца, как зеленые растения, называют к корням высших растений. Эти своеобразные чехлы вокруг корней растений называют ризосферой. Она играет важную роль в питании растений. Актиномицеты – одноклеточные организмы, палочковидные клетки которых способны ветвиться. Их содержание велико – миллиарды экземпляров в одном грамме почвы. Деятельность актиномицетов направлена на разложение органических веществ, стойких к окислению, например, целлюлозы, лигнина. Нескорые из них способны выделять антибиотики, подавляющие деятельность бактерий. Актиномицеты в основном аэробы, поэтому их содержание во влажной почве снижено. Грибы разлагают клетчатку и лигнин, участвуют в разложении белков. При этом выделяются органические кислоты, увеличивающие кислотность почвы и разрушающие минералы. Многие грибы состоят из ветвящихся нитей (гиф), составляющих тело гриба (мицелий). Их численность определяется десятками тысяч экземпляров в одном грамме почвы. Наиболее распространены плесневые грибы, а в лесных почвах – гриб мукор. Мицелий грибов часто развивается на корнях и даже в клетках высших зеленых растений. Такой симбиоз называют микоризой. В этом симбиозе микориза всасывает пищу и воду для растений. Питательные вещества при этом усваиваются их органических остатков. Из растений грибы получают углеводы, поступающие в корни. Водоросли являются существенным биологическим компонентом почвы. Их количество достигает многих тысяч экземпляров в 1 г почвы. В почве присутствуют сине-зелёные, зеленые, диатомовые водоросли. Водоросли развиваются на поверхности почвы, причем больше во влажные сезоны. Содержание массы водорослей в различных типах почв (кг/га): Подзолистые 7–20 Торфяно-болотные 20–80 Дерново-подзолистые 40–300 Каштановые 180–500 Такыры 500–600 В лесных почвах преобладают зеленые водоросли. В степных почвах резко увеличено содержание сине-зеленых; диатомовые водоросли чаще встречаются в дерново- подзолистых. Простейшие одноклеточные животные типичны для почвы. Это преимущественно корненожки, жгутиковые и реснитчатые инфузории. Их содержание непостоянно, численность может достигать 1,5 млн экземпляров в одном грамме почвы. Подавляющая часть простейших является аэробами. Они зависимы от температурного режима, от 00 и выше 500, при недостатке влаги многие переходят в стадию цисты и теряют активность. Их роль в почве недостаточно выяснена, питаются простейшие водорослями и бактериями. Вся деятельность микроорганизмов связана с органическим веществом почвы. Содержание микроорганизмов возрастает с севера на юг. Наиболее важной стороной деятельности микроорганизмов является перераспределение газов. Основная масса СО2 на суше образуется в почве. Гетеротрофные организмы окисляют органические остатки и выделяют углекислый газ. Наибольшее количество СО2 выделяется почвами степных зон. В пересчете на живую массу бактерии выделяют СО2 в 200 раз интенсивнее человека. Интенсивность дыхания почвы уменьшается к югу (недостаток влаги), и к северу (недостаток тепла и избыток влаги). 3.3 Химические элементы в почве В почвах элементы находятся в составе минералов, органических, органо-минеральных соединений твердой фазы почв, в почвенных растворах, газовой фазе. В почвах содержатся практически все элементы периодической системы Д.И.Менделеева. Для питания растений необходимы 19 элементов: C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Cl, Na, Si, Co. Их них 16 элементов, кроме C, H, O, относятся к минеральным. Организм растений состоит на 95 % от сухой массы из углерода(45%), кислорода(42%), водорода (6,55), азота (1.5%). Оставшиеся 5% приходится на зольные элементы. Они так называются потому, что преобладают в золе растений. Другое название этой группы – макроэлементы. Химический состав золы является показателем валового количества усвоенных растениями из почвы зольных элементов питания. Валовой химический состав растений значительно отличается от валового состава почвы, т.к. растения избирательны к поглощению отдельных элементов. В растениях всегда больше азота, фосфора, калия. В естественных биоценозах питательные элементы, усвоенные растениями и другими организмами, снова возвращаются в почву. Как правило, обеднения почвы питательными элементами не происходит. На пахотных почвах после уборки урожая возвращается только часть поглощенных растениями элементов, например, с корневыми остатками. В связи с этим в пахотные почвы необходимо вносить минеральные удобрения. Остальные элементы почвы называют микроэлементами. В растениях их содержание < 0,001% сухой массы. Они необходимы для биохимических и физиологических процессов. На содержание микроэлементов в почвах оказывают влияние материнские породы. Оксиды, соли и другие соединения микроэлементов в них находятся в качестве примесей. На территории России содержание микроэлементов в целом повышается в южном направлении от зоны подзолистых почв к каштановым. 3.4 Органические вещества почвы Органическое вещество почвы представлено живой биомассой (почвенная биота и живые корни растений), органическими остатками растений, животных, микроорганизмов, продуктами разной степени их разложения и специфическими новообразованными гумусовыми веществами. Органическое вещество и его превращение в почве играют важную и разностороннюю роль в её развитии и формировании основных свойств. Основными источниками органического вещества являются отмершие остатки растений в виде наземной и корневой масс. Органические остатки почвенной фауны поступают в меньшем количестве. Количество поступающих остатков, их состав, соотношение зависят от состава зональной растительности и местных условий. Небольшое количество органических остатков поступает в почвы тундры (примерно 1т/га). Оно возрастает от северной тайги (8 т/га) к южной (10 т/га) и далее к лесам лесостепи и луговых степей (24,5 т/га). При переходе к степным зонам величина опада снижается из-за сухости климата. В пустынной зоне опад минимальный (1 т/га). В агроценозах количество поступающих в почву органических остатков уступает естественным ценозам. Например, лесостепь Русской равнины получает ежегодно 5,8 т/га. Это связано с меньшей продуктивностью и ежегодным отчуждением синтезированного растениями органического вещества. При возделывании зерновых культур отчуждение составляет около 50 % всей органической массы. В составе органических остатков содержатся зольные элементы (от 0,1 до 10 %): P, S, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Na и многие другие, в том числе микроэлементы. От состава остатков зависят темп и направление их последующего превращения. Наиболее быстро изменяется опад, богатый легкодоступными для микроорганизмов веществами – белками, растворимыми углеводами. Растительные остатки, богатые лигнином, дубильными веществами, смолами (хвоя, древесина), разлагаются медленно. Из опада культурных растений быстрее разлагаются остатки бобовых трав, медленнее – солома злаковых. 3.4.1 Состав органического вещества почвы Органические вещества почвы можно разделить на две группы: органические остатки отмерших организмов и продукты их гумусификации (гумус). Первая группа, названная неспецифической частью гумуса, – частично видимые невооруженным глазом остатки растений и животных. Их содержание зависит от состава растений, условий их роста и разложения. В эту группу могут входить также белки, углеводы, аминокислоты, дубильные вещества, смолы, ферменты. Углеводы – группа органических веществ, состоящая из моносахаридов (глюкозы, фруктозы и др.), дисахаридов (сахарозы, мальтозы, целлобиозы), полисахаридов (крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза). Углеводы в почве подвергаются дальнейшим превращениям, переходят в более простые формы (моносахариды), окисляются. Активно процесс разложения протекает первые три месяца. Лигнин – полимер, содержащий фенольные и метоксильные (СН3О–) группы. Более устойчивая к окислению часть растительных остатков. Перерабатывается грибной микрофлорой. Ферменты – вещества белковой природы, являются обязательными катализаторами всех биохимических процессов. Участвуют в разложении, минерализации и превращениях органических веществ. Органические кислоты – муравьиная уксусная, лимонная, щавелевая и др. Образуются в почве в результате выделений живыми организмами. Влияют на миграцию химических элементов. Основная часть органического вещества почв составляют гумусовые вещества. Гумусовые вещества представляют собой смесь различных по составу и свойствам высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений, имеющих общие части строения и некоторые свойства. Общность гумусовых веществ проявляется:
По растворимости и способности к выделению из почвы гумусовые вещества делят на следующие группы: фульвокислоты, гуминовые кислоты, гумин. Фульвокислоты– наиболее растворимая группа гумусовых веществ, менее сложная по строению, с более низкими молекулярными массами по сравнению гуминовыми кислотами. У них повышенная кислотность и способность к комплексообразованию, особенно с трехвалентными металлами. Это наиболее светлая (от латинского fulvous – желтый) часть гумуса. Преобладают в подзолистых, дерново-подзолистых, сероземах, красноземах и некоторых почвах тропиков. Гуминовые кислоты – нерастворимая в минеральных и органических кислотах группа гумусовых веществ. Растворяются в щелочах, бурого цвета с переходом до черного. Имеют более сложное строение, повышенное содержание углерода, более высокая молекулярная масса. Преобладает в черноземах, каштановых почвах, серых лесных, дерновых. Гумин – невыделяемая из почвы кислотами и щелочами часть гумуса (нерастворимый остаток после экстракции фульво- и гуминовых кислот). Гуминовые и фульвокислоты могут подразделяться на фракции по молекулярным массам, воздействию различными растворителями. В состав нерастворимых гумусовых соединений могут входить обуглившие растительные остатки – гумусовые угли, не принимающие участие в почвенных процессах. 3.4.2 Процессы превращения органических остатков и образование гумуса Органические остатки, поступая в почву или на её поверхность, подвергаются различным превращениям. Например, механическому измельчению почвенной фауной, физико-химическим и биохимическим изменениям. Основные направления таких превращений являются: минерализация, гумификация, консервация органических остатков. Минерализация – окисление органического вещества до СО2, Н2О, простых солей. Консервация – процессы сохранения органического остатка в виде торфа при избытке влаги, низких температур и др. Гумификация – совокупность сложных биохимических, физико-химических и химических процессов превращения органических остатков в гумусовые вещества. Происхождение гумуса до конца не изучено. Существуют три концепции процесса гумификации. Полимеризационная, или конденсационная. Рассматривает гумификацию как процесс образования продуктов распада растительных тканей и микроорганизмов, последующая конденсация структурных единиц путем окисления фенолов до хинонов. После взаимодействия хинонов с аминокислотами и пептидами происходит поликонденсация и полимеризация этих продуктов. Биохимическое окисление. Гумификация представляется как биофизико-химический процесс превращения высокомолекулярных промежуточных продуктов распада – белков, лигнина, полисахаридов, дубильных веществ в гумусовые вещества. Под действием ферментов происходит постепенная ароматизация, т.е. возрастает доля ароматических компонентов. Гумусовые кислоты взаимодействуют с минеральными соединениями почвы. При этом формируются разные фракции гумусовых кислот. Биологическая концепция. По мнению Вильямса, гумусовые кислоты являются продуктом синтеза различных микроорганизмов. Эта способность экспериментально доказана. Есть предположение, что процесс гумификации в различных почвах включает все три типа. Количественной характеристикой процесса гумификации является коэффициент гумификации (Кг), показывающий, какая доля в % углерода органических остатков превратилась в гумусовые вещества после полного их разложения. Величина Кг колеблется от единиц до десятков процентов и зависит от состава исходных растительных остатков, гидротермических и других условий. 3.4.3 Значение гумуса Содержание в почве органического вещества определяет почвенное плодородие. Условия жизни растений связаны с реакцией среды, богатством и пригодностью гумуса. Он является источником элементов питания, особенно азота. В то же время, органические вещества превращают одни формы почвенных минералов в органо-минеральные соединения, доступные растениям. Изменяется почвенный режим, физические свойства почвы, интенсивность биологических процессов. Гуминовая часть органического вещества образует водопрочные структуры, формируя физические свойства: структуру, плотность, пористость. В малых дозах влияют на растения в качестве активаторов роста. Почвенный гумус является концентратом солнечной энергии, суммарные запасы энергии почвенного гумуса суши составляет 42∙1023 Дж и превышают запасы энергии, накопленной наземной частью растений. Фульвокислоты активно участвуют в переводе химических элементов из минеральной части почвы в подвижное состояние. 3.4.4 Экологическое значение гумуса Гумусовые горизонты являются для растений основой и средством получения элементов питания. В различных сообществах растений разные требования к условиям внешней среды. Например, для лесного сообщества характерны повышенное содержание фульвокислот, промывной режим, наличие горизонта А0 (лесная подстилка). Для травяного сообщества в условиях недостатка влаги идет накопление гуминовых кислот, формирование темного слоя с накоплением элементов питания. В процессе эволюции живых существ возникает единство растений и почвенных условий. 3.5 Радиоактивность В почвах и материнских породах присутствует широкий набор радиоактивных элементов (радионуклидов). Они могут быть естественного и антропогенного происхождения. Поэтому различают естественную и искусственную радиоактивность почв. Она выражается количеством ядерных распадов в единицу времени. Измеряется в беккерелях (1 Бк = 1 распад/с) или единицах активности – кюри (1 Ки = 3,7∙1010 Бк). 3.5.1 Естественная радиоактивность В почве присутствуют две группы радиоактивных элементов – первичные и космогенные. Первичные радиоактивные элементы содержатся в материнских породах и вошли в состав почв. Космогенные поступают в почву из атмосферы, их образование происходит при взаимодействии космического излучения с ядрами стабильных элементов. Примеры первичных радионуклидов: уран (238U, 235U), торий (232Th), радий (226Ra), радон (222Rn,220Rn), изотопы калия (40K), рубидия (87Rb), кальция (48Ca), циркония (96Zr). Примеры космогенных радионуклидов: тритий (3H), бериллий (7Be, 10Be) и углерод (14C). Все естественные радионуклиды долгоживущие с периодом полураспада 108–1016 лет, испускающие альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи. Естественная радиоактивность определяется в основном содержанием урана, тория, радия и изотопа калия. В почвах радионуклиды находятся в очень малых количествах, в рассеянном состоянии. Например, уран – 3∙10-6 –5,1∙10-4 %; торий – 4∙10-6 –16∙10-4 %; радий – 1∙10-12 –1,7∙10-10 %; калий – 3,9∙10-6 –3,1∙10-5 %. Содержание радионуклидов в почвах зависит от материнских пород, их степени изменения в процессе почвообразования. Например, почвы, сформировавшиеся на обогащенных фосфором породах, содержат повышенные концентрации урана. В лесостепных почвах и почвах степных областей профильное изменение радиоэлементов совпадает с изменением гранулометрического состава, содержанием оксидов железа и алюминия. 3.5.2 Искусственная радиоактивность Она является следствием загрязнения почв радионуклидами в результате термоядерных взрывов, аварий на атомных электростанциях, внесения в почву фосфорных удобрений, часто содержащих изотопы урана. Почвы загрязняются отходами атомной промышленности, зольными выбросами тепловых электростанций, работающих на угле и горючих сланцах, содержащих уран, радий, торий, полоний. Известны трагические последствия сброшенных США атомных бомб на города Японии Хиросима и Нагасаки, последствия аварии на Чернобыльской АЭС. Радиоэлементы разносятся ветром, дождевыми и талыми водными потоками. При этом загрязняется почвенный покров, получают радиоактивное облучение живые организмы. Особенностью радиоактивных загрязнителей является то, что они не изменяют уровень плодородия почв, но накапливаются в урожае. На продукты питания для человека и корма животных установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) радионуклидов. В почвах более тяжёлых и гумусированных антропогенные радионуклиды активнее и надолго закрепляются в верхнем гумусовом горизонте. В легких почвах они могут мигрировать в течение 10 – 15 лет на глубину 40 – 50 см. в экологическом отношении особенно опасны долгоживущие антропогенные радионуклиды: 90Sr, 106Ru, 129J, 137Cs, 144Ce, 226Ra, 232Th, 238U, 239Pu. У стронция -90 период полураспада 28 лет, у цезия-137 – 33 года. У некоторых других долгоживущих радионуклидов он составляет сотни лет. Цезий и стронций наиболее активно вовлекаются в биологический круговорот веществ благодаря тому, что цезий является аналогом калия, а стронций – кальция. Основное количество стронция и цезия, поступившие в растения, накапливается в их наземной массе, остальные радионуклиды – в корнях. В урожае сельскохозяйственных культур содержание стронция можно уменьшить в 4–5 раз, применяя органические и минеральные удобрения, на кислых почвах использовать известь. Стронций-90 задерживается в организме человека и животных гораздо дольше, чем цезий-137. Контрольные вопросы и задания Тема 3. Состав почвы
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||