Лекция почвовебение. Лекция_почвоведение. Введение цель и задачи курса, краткая история развития почвоведения

• Название: Введение цель и задачи курса, краткая история развития почвоведения
• Анкор: Лекция почвовебение
• Дата: 08.10.2022
• Размер: 0.71 Mb.
• Имя файла: Лекция_почвоведение.doc
• Тип: Лекция; #721494
• страница: 7 из 16

Дополнительная литература

1. Роде А.А. Основы учения о почвенной влаге. Т.1 и 2. Л.: Гидрометеоиздат. 1965-1969.

2. Науменко А.А. Физическое состояние пахотных темно-каштановых почв в системе изучения почвенного антропогенеза степей Казахстана // Автореф. дисс… д.б.н. Алматы. 1996. 49 с.

3. Воронин А.Д., Тюгай З. Физика и гидрология почв // Почвоведение. 1989. №10. С.44-53.

4. Шеин Е.В. Движение воды в почве // Природа. 2001. №10. С.53-58.

5. Агрогидрологические свойства почв Казахстана. Алма-Ата: УГКС КазССР, 1980.

6. Назаров Г.В. Гидрологическая роль почвы. Л.:Наука. 1981. 216 с.

7. Снакин В.В. Анализ состава водной фазы почв. Отв. ред. В.А.Ковда. М.: Наука. 1989. 116 с

ЛЕКЦИЯ 8

ПОЧВЕННЫЙ ВОЗДУХ, ВОЗДУШНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ПОЧВ

Почвенный воздух – важнейшая составная часть почвы, один из факторов жизни растений. Он является источником кислорода для дыхания корней растений, аэробных микроорганизмов и почвенной фауны.

Кислород почвенного воздуха активно участвует в химических реакциях окисления минеральных и органических веществ. Окисляясь, некоторые химические элементы переходят в труднорастворимые формы (железо, марганец); другие, наоборот, приобретают бóльшую растворимость (сера, хром, ванадий). Таким образом, кислород ускоряет миграцию одних химических элементов почвы и замедляет миграцию других. Участие кислорода в окислении органического вещества почвы обусловливает круговорот углерода, азота, фосфора, серы и других биологически важных химических элементов.

Различная обеспеченность почв кислородом существенно отражается на направлении почвообразовательного процесса, а в сочетании с другими факторами обусловливает различие формирующихся почв по ряду признаков и свойств, а также уровню плодородия.

Почвенный воздух является источником углекислого газа, используемого растениями в процессе фотосинтеза. По подсчетам Б.Н.Макарова, от 38 до 72% всего СО₂, идущего на создание урожая, доставляется растению из почвы.

Воздух в почве обеспечивает клубеньковые и азотфиксирующие бактерии азотом. Содержащиеся в воздухе водяные пары имеют большое значение в годовом и суточном балансе воды в почве.

Почвенный воздух находится в тесной связи с жидкой и твердой фазами почвы. Газы, входящие в его состав, поглощаются почвенным раствором и частицами почвы. Адсорбция газов идет главным образом в сухих почвах с влажностью меньше максимальной гигроскопичности. Во влажных почвах вода вытесняет поглощенные газы.

Почвенный раствор, насыщенный углекислым газом, оказывает растворяющее действие на многие соединения, в частности на кальций (CaCO₃), доломит (CaCO₃ · MgCO₃), магнезит (MgCO₃), сидерит (FeCO₃). Растворяющее действие СО₂ на карбонаты при благоприятных условиях обеспечивает их вынос из верхних горизонтов почвы или, наоборот, их подтягивание из нижних горизонтов к верхним. Все это указывает на необходимость всестороннего изучения воздушного режима почв.

Состав почвенного воздуха.

Первые сведения о составе почвенного воздуха были получены еще в 1824 г. известным французским ученым Ж.Бусенго. Важные работы по изучению почвенного воздуха были выполнены в первой четверти ХХ столетия А.Г.Дояренко, Б.Кином, Э.Расселом и др.

Известно, что атмосферный воздух имеет довольно постоянный состав, и количественные колебания основных его компонентов незначительны.

Этого нельзя сказать о почвенном воздухе, в котором по сравнению с атмосферным меньше содержится кислорода и больше углекислого газа. Может изменяться в большую или меньшую сторону и содержание азота, причем уменьшение количества азота может происходить в результате связывания его свободноживущими азотфиксирующими микроорганизмам и клубеньковыми бактериями, а увеличение – вследствие распада белков и денитрификации азотсодержащих веществ под воздействием микроорганизмов. Почвенный воздух болотных и заболоченных почв может содержать также заметные количества NH₃, CH₄, H₂, H₂S.

Из всех видов газов почвенного воздуха наиболее динамичны кислород и углекислый газ; им принадлежит очень важная роль в жизни почвы и населяющих ее организмов.

Содержание О₂ и СО₂ в почвенном воздухе может колебаться в очень широких пределах.

В верхних, хорошо аэрируемых горизонтах почв содержание кислорода приближается в его содержанию в атмосферном воздухе, а в почвах с затрудненным газообменом может снижаться до десятых и сотых долей процента.

Концентрация углекислого газа в почвах с плохим газообменом может увеличиваться в сотни раз по сравнению с его содержанием в атмосфере и может достигать 19-29% и больше.

Потребление кислорода и продуцирование СО₂ в почве

Почвы, особенно их верхние горизонты, населены огромным количеством организмов, которые в процессе дыхания непрерывно потребляют кислород и выделяют углекислый газ. Энергия, образующаяся при этом, используется для биологических синтезов и других проявлений жизни.

Живым организмам кислород также необходим как вода и питательные вещества, и подавляющая часть их видов не может существовать без постоянного притока свободного кислорода.

Основными потребителями кислорода в почве являются корни растений, микроорганизмы и животные, и лишь незначительная часть его расходуется на чисто химические процессы окисления. Пахотные почвы основных типов почв поглощают при 20ºС от 0,5 до 5 мл и более О₂ на 1 кг сухой почвы за 1 час.

В условиях хорошей аэрации при поглощении кислорода выделяется эквивалентное или несколько меньшее количество СО₂ и коэффициент дыхания, т.е. отношение выделившегося СО₂ к поглощенному О₂ близок к единице. Для почв с затрудненным газообменом коэффициент дыхания больше единицы, так как в таких почвах возникает большое количество анаэробных микроорганизмов, где СО₂ продуцируется без поглощения кислорода.

Количество кислорода, потребленного растениями, зависит от их биологических особенностей, фазы развития, условий среды (температура, влажность, питательные вещества и т.д. При увеличении температуры почвы с 5 до 30ºС интенсивность поглощения О₂ и выделения СО₂ возрастает в 10 раз.

Кислород поступает в почву из атмосферы диффузионно, с осадками и оросительной водой, по воздухоносным тканям растений. Прямое воздействие кислорода на растения проявляется в актах дыхания. При отсутствии свободного кислорода в почве развитие растений прекращается. Считается, что угнетение растений начинается при содержании в почвенном воздухе 15-18% кислорода.

Углекислый газ обнаруживается в почве главным образом благодаря биологическим процессам. Частично он может поступать в почвенный воздух из грунтовых вод, а также в результате его десорбции из твердой и жидкой фаз почвы.

Высокая концентрация СО₂ в почвенном воздухе (более 2-3%) угнетает развитие растений.

Выделение СО₂ из почвы в приземный слой атмосферы принято называть дыханием почвы. Поступающий из почвы СО₂ потребляется растениями в процессе фотосинтеза. Интенсивность дыхания почвы зависит от ее свойств, гидротермических условий, характера растительности, агротехнических мероприятий. Выделение СО₂ почвой усиливается при ее окультуривании в связи с активизацией биологических процессов и улучшением условий аэрации. Таким образом, интенсивность дыхания – важная характеристика газообмена и активности биологических процессов в почве.

Воздушный режим почвы – это совокупность всех явлений поступления воздуха в почву, передвижение его в профиле почвы, состава и физического состояния при взаимодействии с твердой, жидкой и живой фазами почвы, а также газообмен почвенного воздуха с атмосферным.

Воздушный режим почв подвержен суточной, сезонной, годовой и многолетней изменчивости и находится в прямой зависимости от свойств почв, погодных условий, характера растительности, возделываемой культуры, агротехники.

Суточная динамика СО₂ и О₂ распространяется до глубины 30-50 см в соответствии с колебаниями температуры.

В годовом цикле динамики СО₂ и О₂ в почвенном воздухе максимальное содержание О₂ и минимальное СО₂ приходится на летний период, а осенью и зимой почвенно-грунтовая толща освобождается от ранее накопленного углекислого газа. В течение вегетационного периода состав почвенного воздуха значительно изменяется в зависимости от погодных условий. При оптимальной влажности с повышением температуры почвы содержание СО₂ в почвенном воздухе увеличивается, а О₂ уменьшается. При высокой температуре и низкой влажности (близкой к влажности завядания) состав почвенного воздуха мало отличается от атмосферного.

Создание глубокого пахотного слоя, рыхление подпахотного, умеренное орошение, ликвидация почвенной корки – важные приемы регулирования воздушного режима на малогумусных почвах тяжелого механического состава.
Тепловые свойства и тепловой режим почв.

Температура почвенных горизонтов, характеризуя тепловое состояние почв, является основным показателем ее теплового режима. Тепловой режим играет большую роль в почвообразовании, так как с ним связаны энергия происходящих в почве биологических, химических, физических и биохимических процессов.

Лучистая энергия Солнца, поглощаясь поверхностью почвы и, превращаясь в тепловую энергию, может аккумулироваться, передвигаться от слоя к слою или излучаться с поверхности благодаря проявлению тепловых свойств почвы.

Основными тепловыми свойствами почвы являются теплопоглотительная способность, тепломкость, теплопроводность и теплоиспускательная способность.

Теплопоглотительная способность – способность почвы поглощать лучистую энергию Солнца. Она характеризуется величиной альбедо, которая показывает, какую часть поступающей лучистой энергии отражает почва; измеряется в % от общей солнечной радиации, достигающей поверхности почвы.

Темные, богатые гумусом почвы поглощают больше солнечной радиации, чем светлоокрашенные, а также влажные, по сравнению с сухими.

Теплоемкость – свойство почвы поглощать тепло. Характеризуется количеством тепла в калориях, необходимого для нагревания единицы массы 1 г или объема 1см³ на 1ºС. В связи с этим различают весовую (удельную) и объемную теплоемкость.

Теплоемкость почвы зависит от минералогического и механического состава, содержания органического вещества, влажности почвы, ее пористости и содержания воздуха. Вот примеры удельной теплоемкости компонентов почвы:

минеральная часть - 0,18 кал/г · град

гумус - 0,3

вода - 1

воздух - 0,0003 кал/г ·град

Объемная теплоемкость равна произведению удельной теплоемкости на объемную массу. Выражается в кал/ см3 · град.

Чем почва влажнее, тем больше ее теплоемкость, тем больше тепла требуется на ее нагревание. Чем больше гумуса, тем больше теплоемкость.

Теплопроводность – способность почвы проводить тепло. Это важное свойство почвы, от которого зависит скорость передачи тепла от одного слоя к другому. Измеряется количеством тепла в калориях, которое проходит в 1 с через 1 см³ слоя почвы 1 см. В почве наряду с твердой фазой – органической и минеральной – содержится в порах воздух и вода. Поэтому и передача тепла может в отдельных участках осуществляться через минеральные и органические частицы и разделяющие их воду и воздух. Теплопроводность минеральной части в среднем в 100 раз больше, чем воздуха, а воды в 28 раз. Поэтому – чем влажнее почва, тем больше ее теплопроводность, а чем рыхлее – тем меньше. Летом, при просыхании верхнего слоя почвы, его теплопроводность уменьшается и, как следствие, уменьшается и передача тепла из верхнего слоя вниз.

Тепловой режим почв.

Под тепловым режимом понимают совокупность всех явлений поступления, передвижения и отдачи тепла почвой.

Основным показателем теплового режима является температура почвы. Поэтому тепловой режим часто называют температурным.

Тепловой режим определяется температурой почвы на различных глубинах и в разные сроки.

Лучистая энергия поступает к почвенной поверхности в течение года и суток с неодинаковой интенсивностью, поэтому различают годовой и суточный ход температуры.

В умеренных широтах годовой год температуры почвы характеризуется минимумом в январе или феврале и максимумом в июне или июле.

Каждый почвенный тип характеризуется определенным годовым ходом температурных кривых на различной глубине.

Каждый почвенный тип отличается характерными пределами температуры на глубине 20 см, поэтому показателем температурного режима почвы считается ее средняя температура на этой глубине.

В суточном цикле с восхода солнца и до 14 часов почва нагревается, затем постепенно охлаждается. Максимальное охлаждение наблюдается около 4-5 час утра.

В годовом цикле почва нагревается с первых месяцев весны и до середины лета, затем постепенно охлаждается. Минимум температуры отмечается в последний месяц зимнего периода. Суточные колебания температуры проявляются до глубины немногим более 50 см. Наибольшая амплитуда проявляется у поверхности почвы. Годовые колебания температур проявляются до глубины 14 м (наиболее резкие до 3,5 м).

На распространение тепла в почвенной толще требуется некоторое время, обусловленное теплопроводностью почвенной массы, поэтому как максимальные, так и минимальные температуры на разных глубинах наступают не одновременно. С глубиной наблюдается все большее запаздывание температур по сравнению с поверхностью почвы примерно на месяц.

В высоких и умеренных широтах годовые амплитуды значительно превышают суточные, и почвы большее или меньшее время находятся в мерзлом состоянии. В тропических и экваториальных широтах температуры почв всегда положительные, и годовые амплитуды часто менее значительны, чем суточные.

В.Н.Димо (1968) выделяет четыре типа температурного режима почв бывшего СССР. В основу выделения типов она положила интенсивность процессов промерзания почв.

Тип первый – мерзлотный. Характерен для почв с вечной мерзлотой. В холодный период почва промерзает до горизонта вечной мерзлоты. В теплый период нагревание почвы сопровождается протаиванием сезонно-мерзлого слоя. Среднегодовая температура почвы и температура на глубине 0,2 м самого холодного месяца отрицательная.

Тип второй – длительно сезонно-промерзающий. Охлаждение почвы сопровождается промерзанием. Длительность промерзания не менее 5 месяцев, глубина проникновения отрицательных температур превышает 1 м. Прогревание почвы в начальной стадии сопровождается оттаиванием. Среднегодовая температура почвы обычно положительная, на глубине 0,2 м самого холодного месяца – отрицательная.

Тип третий – сезонно-промерзающий. Охлаждение сопровождается промерзанием. Длительность промерзания от нескольких дней до 5 мес. Среднегодовая температура положительная. На глубине 0,2 м самого холодного месяца – отрицательная.

Тип четвертый – непромерзающий. Промерзания почв не наблюдается. Отрицательные температуры отсутствуют или наблюдаются всего лишь несколько дней. Температура на глубине 0,2 м самого холодного месяца - положительная.

Вне пределов СНГ в более низких широтах могут быть выделены по крайней мере еще два типа температурного режима почв.

Тип пятый – постоянно теплый или постоянной биологической активности почв. Температура самого холодного месяца во всей толще не опускается ниже 10ºС.

Тип шестой – постоянно жаркий. Суточные амплитуды температур превышают годовые амплитуды, а среднегодовая температура почв на глубине 0,2 м не опускается ниже 20ºС.