Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Введение

плодородие почва гумусовый

Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений, а так же почве отведена важнейшая роль в жизни общества, так как она представляет собой источник продовольствия, обеспечивающий 95-97 % продовольственных ресурсов для населения планеты. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится.

Чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности, так как эффективная защита окружающей среды от опасных химических реагентов невозможна без достоверной информации о степени загрязнения почв.

Оценку способностей почвы выполнять функции, обеспечивающие стабильность отдельных биоценозов и биосферы в целом получают при помощи специальных методов исследования загрязненных почв. Рассмотрим некоторые из них.

1. Биологические факторы плодородия почвы

1.1 Содержание и состав органического вещества почвы

Органическое вещество почвы образуется из отмерших остатков растений, микроорганизмов, почвенных животных и продуктов их жизнедеятельности. Первичное органическое вещество, поступившее в почву, подвергается сложным превращениям, включающим процессы разложения, вторичного синтеза в форме микробной плазмы и гумификации. Сочетание названных процессов приводит в биологически активных почвах к образованию сложной смеси органических веществ, состоящей из малоразложившихся растительных и животных остатков с сохранившейся первоначальной структурой; промежуточных продуктов разложения органических и животных остатков (например, лигнина); собственно гумусовых веществ, образовавшихся путем микробного синтеза или остаточного происхождения; растворимых органических соединений, которые более или менее быстро минерализуются до простых минеральных соединений (Н 2 О, СО 2 и др.) или участвуют в синтезе собственно гумусовых веществ.

Органическое вещество, консервирующее энергию солнца в химически связанной форме, -- единственный источник энергии для развития почвы, формирования ее плодородия. Основным источником первичного органического вещества, поступающего в почву под естественной растительностью, являются остатки растений.

Во-первых, они удобряют почву ежегодно после уборки урожая, в то время как все остальные виды органических удобрений вносят в почву периодически. Во-вторых, не требуется дополнительных затрат на их внесение. В-третьих, растительные остатки распределяются в почве наиболее равномерно. В них содержатся все макро- и микроэлементы, необходимые растениям и животным.

На пахотных почвах с отчуждением большей части урожаев полевых культур источником органического вещества служат надземные и корневые остатки растений, а также вносимые в почву органические удобрения.

Растительные остатки разделяют на три группы: 1 -- пожнивные остатки растений; 2 -- листостебельные; 3 -- корневые. Пожнивные остатки представлены стерней злаков, частями стеблей, листьев и всех других надземных частей растений, которые остаются в поле после уборки урожая. Листостебельные части растений включают корневища, столоны картофеля, корневые шейки клевера, люцерны и других трав, остатки клубней, корнеплодов, луковиц. Корневые остатки растений представлены корнями выращиваемой культуры, сохранившимися живыми к моменту уборки, а также корнями, отмершими к моменту уборки.

Размеры корнепада, по данным Т.И. Макаровой, могут достигать у озимой пшеницы 124--480 кг/га, у овса -- 330 -- 620 кг/га сухого вещества. Запасы гумуса за счет корнепада и корневых выделений могут пополниться на 130--230 кг/га. Корни растения еще при их жизни активно участвуют в почвенных процессах. Разветвляясь, они контактируют с почвенными частицами и тем самым способствуют равномерному распределению органического вещества и образованию структурных агрегатов.

В почве при выращивании растений происходят одновременно два противоположных процесса: синтез, накопление органического вещества, и его разрушение. Интенсивностью обоих процессов, их соотношением определяются конечные результаты, по которым оценивают влияние данной культуры на почву. Если конечный результат положительный, за культурой признаются свойства улучшать плодородие почвы и наоборот. Между тем на процесс разрушения органического вещества влияют не столько сами культуры, сколько приемы их возделывания.

О влиянии минеральных удобрений на развитие корневой системы существуют различные мнения. Н.А. Качинский высказал предположение, что "чем благоприятнее для растений почва, тем относительно к надземным частям слабее развита его корневая система".

Наряду с количеством растительных остатков важное значение имеет их химический состав и скорость разложения в почве. Так, растительные остатки многолетних трав содержат большое количество элементов питания. Содержание азота в корневых остатках многолетних бобовых трав колеблется в пределах 2,25--2,60 %, фосфора -- 0,34--0,80 %, в поукосных остатках -- соответственно 1,82--2,65 и 0,30--0,71 %. Количество азота и фосфора в корнях бобово-злаковых травосмесей зависит от доли каждого компонента и составляет 0,91--2,37 % азота и 0,25-- 1,06% фосфора, в поукосных остатках -- соответственно 1,60---2,18 и 0,17--0,54 %. Злаковые травы содержат значительно меньшее количество азота в корнях и поукосных остатках.

На ход и скорость разложения влияют, во-первых, внешние условия среды: влажность, температура, рН почвы, содержание в ней кислорода и питательных веществ и, во-вторых, химический состав растительных остатков.

Превращение первичного органического вещества в почве проходит в несколько этапов. На первом этапе происходит химическое взаимодействие между отдельными химическими веществами отмершего растения (например, ароматические соединения клеточных оболочек могут вступать в химические реакции с белками растительных клеток), которое можно значительно ускорить за счет биологических и минеральных катализаторов.

На втором этапе происходят механическая подготовка и перемешивание с почвой растительных остатков с помощью почвенной фауны. Нельзя отрицать и определенную биохимическую подготовку первичного органического вещества к микробному разложению при прохождении растительной массы через желудочно-кишечный тракт почвенных животных.

На третьем этапе превращения свежего органического вещества в почве происходит минерализация его с помощью микроорганизмов. В первую очередь минерализуются воднорастворимые органические соединения, а также крахмал, пектин и белковые вещества. Значительно медленнее минерализуется целлюлоза, при разложении которой освобождается лигнин -- соединение, весьма устойчивое к микробиологическому расщеплению. Конечными продуктами превращений первичного органического вещества являются минеральные продукты (СО2, Н2О, нитраты, фосфаты, в анаэробных условиях Н2O и СН4). Кроме того, в почве накапливаются в качестве продуктов метаболизма микроорганизмов низкомолекулярные органические кислоты (муравьиная, уксусная, щавелевая и др.). Процессы минерализации органического вещества в почве имеют экзотермический.

Часть продуктов биологического разложения первичного органического вещества превращается в особую группу высокомолекулярных соединений -- специфические, собственно гумусовые вещества, а сам процесс называют гумификацией.

Основная часть органического вещества почвы (85--90%) представлена специфическими высокомолекулярными гумусовыми соединениями. Принято подразделять специфические гумусовые вещества на три основные группы соединений: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумины.

Гуминовые кислоты (ГК) -- фракция темно-окрашенных, высокомолекулярных соединений, извлекаемая из почвы щелочными растворами, при подкислении вытяжки выпадает в осадок в виде гуматов. В составе гуминовых кислот углерода -- 52 -- 62 %, водорода -- 3,0--5,5, кислорода -- 30--33, азота -- 3-- 5 %. Основу молекулы ГК образует ароматическое ядро, сформированное ароматическими и гетероциклическими кольцами типа бензола, фурана, пиридина, нафталина, антрацена, индола, хинолина. Ароматические кольца соединены между собой в рыхлую сетку. Боковые периферические структуры молекулы -- алифатические цепи. Ядро молекулы ГК отличается гидрофобными свойствами, боковые цепи -- гидрофильными. Конституционная часть молекулы ГК -- функциональные группы: карбоксильные и фенолгидроксильные, определяющие кислотный характер ГК и способность к катионному обмену.

Фульвокислоты (ФК) -- органические оксикарбоновые азотсодержащие кислоты. По В. В. Пономаревой, в составе ФК углерода -- 45,3 %, водорода -- 5, кислорода -- 47,3, азота -- 2,4 %. При сравнении с элементным составом ГК, фульвокислоты содержат меньше углерода и азота, а кислорода больше. Фульвокислоты следует рассматривать как химически наименее "зрелые" гуминовые соединения. Между ГК и ФК существует тесная связь. Как те, так и другие очень неоднородны и представлены многочисленными фракциями.

Гумины -- наиболее инертная часть почвенного гумуса, не извлекаемая из почвы при обычной обработке ее щелочными растворами. По своему составу гумины близки к ГК. Вместе с тем фракция гуминовых веществ более прочно связана с минеральной частью почвы, что значительно меняет ее свойства. Исключительно важная роль органического вещества в формировании почвы в значительной степени основана на их способности взаимодействовать с минеральной частью почвы. Образующиеся при этом органо-минеральные соединения -- обязательный комплекс любой почвы. Образованию органо-минеральных соединений в почве способствует высокая биологическая активность, обеспечивающая поступление в систему реакционно-способных органических веществ. Внесение в почву биологически малодоступных органических веществ, например торфа, не приводит к образованию органо-минеральных соединений.

Органическое вещество почвы, аккумулируя огромное количество углерода, способствует большей устойчивости круговорота углерода в природе. В этом, а также в накоплении еще ряда элементов в земной коре состоит важная биогеохимическая функция органического вещества в земной коре.

1.2 Почвенная биота

Живые организмы -- обязательный компонент почвы. Количество их в хорошо окультуренной почве может достигать нескольких миллиардов в 1 г почвы, а общая масса -- до 10 т/га. Основная их часть -- микроорганизмы. Доминирующее значение принадлежит растительным микроорганизмам (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты). Животные организмы представлены простейшими (жгутиковые, корненожки, инфузории), а также червями. Довольно широко распространены в почве моллюски и членистоногие (паукообразные, насекомые). Почвенные организмы разрушают отмершие остатки растений и животных, поступающие в почву. Одна часть органического вещества минерализуется полностью, а продукты минерализации усваиваются растениями, другая же переходит в форму гумусовых веществ и живых тел почвенных организмов.

Некоторые микроорганизмы (клубеньковые и свободноживущие азотфиксирующие бактерии) усваивают азот атмосферы и обогащают им почву. Почвенные организмы (особенно фауна) способствуют перемещению веществ по профилю почвы, тщательному перемешиванию органической и минеральной части почвы.

Важнейшая функция почвенных организмов -- создание прочной комковатой структуры почвы пахотного слоя. Последнее в решающей степени определяет водно-воздушный режим почвы, создает условия высокого плодородия почвы.

Наконец, почвенные организмы выделяют в процессе жизнедеятельности различные физиологически активные соединения, способствуют переводу одних элементов в подвижную форму и, наоборот, закреплению других в недоступную для растений форму.

В обрабатываемой почве функции почвенных организмов сводятся к поддержанию оптимального питательного режима (частичное закрепление минеральных удобрений с последующим освобождением по мере роста и развития растений), оструктуриванию почвы, устранению неблагоприятных экологических условий в почве.

В интенсивном земледелии экологические условия могут иногда в решающей степени определять эффективное плодородие почвы. В ней существуют тесные многообразные связи между всеми почвенными организмами. Причем вся эта система находится в состоянии непрерывно изменяющегося равновесия. Одни группы микроорганизмов предъявляют простые требования к пище, другие -- сложные. Между одними группами существуют симбиотические (взаимно полезные) связи, между другими -- антибиотические. Микроорганизмы в последнем случае выделяют в почву вещества, подавляющие развитие других микроорганизмов.

Практическое значение имеет способность некоторых микроорганизмов оказывать губительное действие на представителей фитопатогенной микрофлоры. Усилить активность желательных микроорганизмов можно путем внесения в почву органического вещества. В этом случае отмечается вспышка в развитии почвенных сапрофитов, которые, в свою очередь, стимулируют развитие микроорганизмов, угнетающих фитопатогенные виды. Для нормального функционирования почвенных организмов необходимы прежде всего энергия и питательные вещества. Для подавляющего большинства микроорганизмов такой источник энергии -- органическое вещество почвы. Поэтому активность почвенной микрофлоры главным образом зависит от поступления или наличия в почве органического вещества.

Для оценки деятельности почвенной биоты используют показатель "биологическая активность почвы". Под биологической активностью понимают, в одних случаях общую биогенность почвы, определяемую, как правило, подсчетом общего количества почвенных микроорганизмов. Если иметь в виду несовершенство методик, применяемых в этом случае, и малую кратность определений во времени, то результаты анализа дают примерную картину биологической активности почвы.

Другая точка зрения относительно методов определения биологической активности почвы заключается в учете результатов деятельности почвенных организмов. Особенно важен такой подход в агрономии. Однако привести к общему знаменателю исключительно многообразную деятельность почвенной флоры и фауны методически непросто.

Наиболее универсальный показатель деятельности почвенных организмов -- продуцирование ими углекислого газа. Поэтому учет выделяемого почвой углекислого газа -- первостепенный из других биохимических способов определения биологической активности почвы.

1.3 Фитосанитарное состояние почвы

Плодородие почвы в значительной степени определяется фитосанитарным состоянием почвы, т. е. чистотой почвы от сорняков, вредителей, болезнетворных начал, а также токсических веществ, выделяемых растениями, ризосферной микрофлорой и продуктами разложения.

Фитотоксичность почвы обусловлена накоплением физиологически активных веществ, среди которых присутствуют фенольные соединения, органические кислоты, альдегиды, спирты и др. совокупность этих веществ получила название колинов, состав и концентрация которых зависят от температуры и влажности почвы, от микроорганизмов и растений. При низких концентрациях фитотоксических веществ в почве обнаруживается стимулирующий эффект, но при увеличении их содержания наступает сильное угнетение роста растений или прорастания семян. Так, в стационарных опытах ТСХА установлено, что водная вытяжка из почвы бессменных посевов озимой пшеницы и ячменя, взятая в начале весенней вегетации, снижала всхожесть семян этих культур более, чем на 20 % и угнетала рост корневой системы, явилась одной из причин изреженности бессменных посевов.

Источник образования и поступления токсических веществ в почве -- корневые выделения растений, послеуборочные растительные остатки и продукты метаболизма микроорганизмов. Наиболее интенсивно фитотоксические вещества накапливаются при возделывании на одном месте однородных или близких по биологии культур и при создании в почве анаэробных условий.

Когда в структуре посевных площадей преобладают культуры со сходными биологическими особенностями, как, например, зерновые, в почву ежегодно поступает приблизительно одинаковая по количеству и качеству органическая масса в виде корневых выделений и растительных остатков. Это приводит к изменению соотношения основных группировок микробиоценоза, появлению фитотоксических форм, которые поставляют в почву вредные для культурных растений вещества. Так, при разложении растительных остатков зерновых культур в почве обнаружено повышенное содержание фенольных соединений, которые, находясь в зоне семян растений, ингибируют их прорастание.

Анаэробные условия способствуют образованию токсических веществ, так как при этом корневые выделения и промежуточные продукты минерализации гумуса превращаются в сильно восстановленные соединения, что обусловливает создание очагов токсичности в почве. Можно полагать также, что в зоне корня некоторых растений избирательно накапливаются некоторые группы микроорганизмов, неблагоприятно действующих на растения.

Внесение минеральных и особенно органических удобрений приводит к уменьшению в почве численности фитотоксичных микроорганизмов. Но особенно сильное влияние на их содержание оказывает бессменное выращивание сельскохозяйственных растений -- количество фитотоксичных форм микроорганизмов в почве значительно увеличивается.

Фитотоксины почвенных микроорганизмов вызывают изменения в химическом составе растений, нарушают обмен веществ в них. Они оказывают влияние на интенсивность дыхания а также на азотный обмен растений. Фитотоксины почвенных микроорганизмов значительно снижают фотосинтетическую активность растений.

Корни растений выделяют различные аминокислоты, углеводы и другие вещества. Вместе с экссудатами в почву поступает большинство веществ, участвующих в метаболизме клеток высших растений: сахара, гликозиды, органические кислоты, витамины, ферменты, алкалоиды и другие. Все эти вещества могут быть в той или иной мере использованы микроорганизмами в качестве источника питания.

2. Агрофизические факторы плодородия почвы

2.1 Гранулометрический состав

Развитая почва представляет собой смесь механических элементов трех видов: минеральные, органические и органоминеральные частицы. В минеральных почвах превалируют минеральные механические частицы разной формы и размера, разного химического и минералогического состава.

Дисперсность этого материала, химический и минералогический состав -- фундаментальные свойства любой почвы, оказывающие многообразное воздействие на комплекс агрономических показателей почвы, ее плодородие. Относительное содержание в почве и породе механических элементов (фракций) называется гранулометрическим составом.

Механические частицы почвы больше 1 мм в диаметре называют скелетом почвы, частицы меньше 1 мм -- мелкоземом. Мелкозем подразделяют на физический песок (частицы больше 0,01 мм) и физическую глину (частицы меньше 0,01 мм).

В зависимости от содержания физического песка и физической глины почвы могут быть песчаными, супесчаными, суглинистыми, глинами.

Гранулометрический состав почвы прежде всего определяет поглотительные (сорбционные) свойства почвы. Тонкодисперсные частицы в силу большой абсолютной и удельной поверхности обладают высокой емкостью поглощения. С измельчением частиц возрастают их гигроскопичность, влагоемкость, пластичность и другие технологические свойства. Частицы менее 0,001 мм обладают четко выраженной коагуляционной способностью. Эта способность механических тонкодисперсных частиц исключительно важна при структурообразовании. Они вследствие высокой поглотительной способности содержат наибольшее количество гумуса.

Плотность почвы уменьшается по мере увеличения в ее составе мелкозема. Валовой химический состав разных механических фракций почвы закономерно изменяется независимо от почвенного типа. Так, по мере увеличения дисперсности частиц в них резко уменьшается содержание кислорода и возрастает количество железа, алюминия, кальция, магния, калия и натрия. Частицы меньше 0,001 мм -- наиболее ценная часть рыхлых пород и почв, поскольку в них содержатся основные запасы зольных питательных элементов. Пластичность почвы зависят от содержания в почве физической глины. Аналогично гранулометрический состав влияет и на твердость почвы. Высокая твердость почвы препятствует росту проростков и корней растений, а нередко является и причиной гибели растений. Твердые почвы оказывают большое сопротивление рабочим органам почвообрабатывающих машин.

Набухаемость почвы происходит за счет оболочек связанной воды, которые формируются вокруг коллоидных и глинистых частиц. Эти оболочки уменьшают силы сцепления между частицами, раздвигают их и способствуют увеличению объема почвы.

В основном величина и характер набухания почвы зависят от минералогического состава почвы, в частности от содержания вторичных минералов типа монтмориллонита, имеющих подвижную кристаллическую решетку.

Среди технологических свойств почв важную роль в создании физической спелости почвы имеет липкость: при излишней липкости увеличивается тяговое сопротивление почвообрабатывающих орудий и резко ухудшается качество обработки почвы. Как показали исследования В. В. Охотина, липкость почвы прямо пропорциональна содержанию физической глины.

Гранулометрический состав как фактор плодородия пахотных почв находит отражение в системах бонитировки почв. В большинстве случаев наиболее благоприятное сочетание агрофизических, биологических и агрохимических факторов плодородия отмечается в почвах среднего гранулометрического состава. Необходимо иметь в виду, что для разных почвенных типов, сильно различающихся по всему диапазону факторов плодородия, оценка гранулометрического состава как фактора плодородия может значительно различаться. Например, наиболее высокое плодородие черноземов соответствует, как правило, тяжелому гранулометрическому составу. Для дерново-подзолистых почв, сформировавшихся в зоне достаточного и избыточного увлажнения, наиболее благоприятен более легкий гранулометрический состав.

2.2 Структура почвы

Структура почвы -- важный показатель физического состояния плодородной почвы. Она определяет благоприятное строение пахотного слоя почвы, ее водные, физико-механические и технологические свойства и водно-гидрологические константы. Частицы твердой фазы почвы, как правило, склеиваются в комочки (агрегаты). Способность почвы распадаться на агрегаты различной величины называют структурностью. В почвоведении структура почвы -- важный морфологический признак: по размеру агрегатов судят о генетических особенностях как всей почвы, так и ее отдельных горизонтов. По классификации С.А. Захарова, различают следующие типы структуры: глыбистую, комковатую, ореховатую, зернистую, столбчатую, призматическую, плитчатую, пластинчатую, листоватую, чешуйчатую.

Черноземы, например, в естественном состоянии характеризуются отчетливо выраженной зернистой структурой, серые лесные почвы -- ореховатой. Хорошо окультуренные дерново-подзолистые почвы приобретают комковатую структуру, тогда как неокультуренные подзолы отличаются плитчатой и листоватой.

В земледелии принята следующая классификация структурных агрегатов: глыбистая структура -- комки более 10 мм, макроструктура -- от 0,25 до 10 мм, микроструктура -- менее 0,25 мм. Благоприятные размеры макро- и микроагрегатов для пахотной почвы в большей мере условны. В более влажных условиях оптимальные размеры структурных агрегатов увеличиваются, а в засушливых -- уменьшаются. Однако в условиях эрозионной опасности особое агрономическое значение и в засушливых районах приобретает увеличение размеров агрегатов до 1--2 мм в диаметре.

Образование структурных агрегатов в почве, по Н.А. Качинскому, происходит вследствие следующих процессов: взаимного осаждения (коагуляции) коллоидов, коагуляции коллоидов под влиянием электролитов. Эти процессы, однако, проявляются на фоне более общих физико-механических, физико-химических и биологических факторов структурообразования.

Большое значение имеет механическое разделение почвенной массы на комки (агрегаты), которое в природных условиях происходит под воздействием корневых систем растений, жизнедеятельности биоты почвы, под влиянием периодических промораживания -- оттаивания, увлажнения и высушивания почвы, а в обрабатываемых почвах и воздействия почвообрабатывающих орудий.

Состояние структуры почвы непосредственно определяет параметры строения пахотного слоя. Для образования прочной структуры почвы необходимы следующие условия:

достаточное количество минеральных и органических коллоидов; достаточное содержание в почве щелочноземельных оснований; благоприятные гидротермические условия в почве; воздействие на почвенную массу корней растений; воздействие на почву почвенной фауны (дождевых червей, насекомых, землероев и др.).

Структурное состояние -- наиболее достоверный, интегральный показатель плодородия почвы (его агрофизических факторов).

2.3 Мощность пахотного и гумусового слоев

Мощность обрабатываемого слоя почвы, объем почвы, в котором развивается корневая система растений. Глубокий пахотный слой обеспечивает более благоприятные водно-воздушный и тепловой режимы почвы. Осадки, поливная вода быстро поглощаются почвой, аккумулируются в ней и затем потребляются растениями по мере их роста и развития. Глубокий пахотный слой -- своеобразный регулятор влажности почвы как при недостатке, так и при избытке выпадающих осадков. Лучшие условия увлажнения почвы обеспечивают благоприятный питательный режим почвы, обусловленный, в свою очередь, нормально протекающими процессами разрушения -- синтеза органического вещества. Установлено, что глубокий пахотный слой обеспечивает благоприятную минерализацию органического вещества при одновременной эффективной его гумификации и при благоприятном качественном состоянии.

При обработке почвы на 20--22 см в подпахотном слое нельзя обнаружить такие агрономически ценные группы микроорганизмов, как нитрификаторы, целлюлозоразрушители (Н.В. Мешков и Р.Н. Ходакова). При обработке почвы на 30--40 см эти микроорганизмы широко представлены в почве. Общее количество микроорганизмов в почве и продуцирование почвой СО2 при глубокой обработке возрастало в 1,5--2 раза. Другой показатель производительности почвенных микроорганизмов -- превращение азотистых соединений. В глубоком пахотном слое количество нитрифицирующих микроорганизмов, а также почвенной фауны значительно больше. В глубоком пахотном слое увеличивается содержание подвижных форм фосфора и калия.

2.4 Водный режим почв

Влага необходима для прорастания семян, без нее невозможны последующий рост и развитие растения. С водой в растение из почвы поступают питательные вещества, испарение воды листьями обеспечивает нормальные температурные условия жизнедеятельности растения.

Вода -- обязательное условие почвообразования и формирования почвенного плодородия. Без нее невозможно развитие почвенной фауны и микрофлоры. Процессы превращения, трансформации и миграции веществ в почве также требуют большого количества воды.

Для определения потребности растений в воде применяют показатель -- транспирационный коэффициент _ количество весовых частей воды, затраченной на одну весовую часть урожая.

Степень доступности почвенной влаги растениям и состояние водного режима, выражают почвенно-гидролитические константами. Различают следующие почвенно-гидрологические константы:

1. Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) -- влажность почвы, соответствующая наибольшему содержанию недоступной растениям прочносвязанной влаги.

2. Максимальная гигроскопичность (МГ) -- влажность почвы, соответствующая количеству воды, которое почва может сорбировать из воздуха, полностью насыщенного водяным паром. Влага, соответствующая МГ, полностью недоступна растениям.

3. Влажность устойчивого завядания растений (ВЗ), соответствующая содержанию в почве воды, при котором растения обнаруживают признаки завядания, не проходящие при помещении растений в насыщенную водяным паром атмосферу. Влажность завядания соответствует влажности почвы, когда влага из недоступного для растений состояния переходит в доступное (нижний предел доступности почвенной влаги).

4. Наименьшая (полевая) влагоемкость почвы (НВ) -- соответствует капиллярно-подвешенному насыщению почвы водой, когда последняя максимально доступна растениям.

5. Полная влагоемкость (ПВ) -- соответствует такому содержанию влаги в почве, когда все ее поры насыщены водой.

Способность почвы к устойчивому обеспечению растений водой зависит от агрофизических факторов плодородия.

Влагоемкость почвы _ называют способность ее удерживать воду. Различают капиллярную, наименьшую (полевую) и полную влагоемкость. Капиллярная влагоемкость определяется количеством воды, содержащимся в капиллярах почвы, подпертых водоносным горизонтом. Наименьшая влагоемкость аналогична капиллярной, но при условии отрыва капиллярной воды от воды водоносного горизонта. Полная влагоемкость -- состояние влажности, когда все поры (капиллярные и некапиллярные) полностью заполнены водой.

Водопроницаемостью почвы называют способность впитывать и пропускать через себя воду. Водопроницаемость зависит от гранулометрического состава, структуры почвы и степени увлажнения. Определяют водопроницаемость, пропуская через слой почвы воду.

Водоподъемная способность почвы -- способность к капиллярному подъему воды. Обусловлено это свойство действием менисковых сил смоченных водой стенок почвенных капилляров.

Условия водного режима в пахотной почве постоянно изменяются. Радикальный метод регулирования водного режима почв -- мелиорация. Современные приемы гидротехнической мелиорации обеспечивают возможность двухстороннего регулирования водного режима: орошение со сбросом лишней воды и осушение в комплексе с дозированным орошением.

2.5 Воздушный режим почв

Почвенный воздух отличается от атмосферного тем, что в его составе значительно больше углекислого газа и меньше кислорода. Вместе с тем следует подчеркнуть большие колебания в составе почвенного воздуха в зависимости от почвы, типа культуры, системы удобрений и обработки почвы. Когда в почве содержание углекислого газа выше 3--5%, а кислорода -- ниже 10 %, то наступает угнетение растений.

А.Г. Дояренко, установил, что недостаток воздуха в почве очень сильно лимитирует ее плодородие. Почвенный воздух заполняет поры, не занятые водой. Избыточная влажность приводит к резкой его недостаточности. Почвенный воздух необходим для дыхания корней растений, почвенных организмов, биохимических процессов превращения питательных элементов.

Почва -- важный источник углекислого газа, который потребляется растениями в процессе фотосинтеза. Газообмен между почвой и атмосферой осуществляется посредством таких факторов, как диффузия, изменения барометрического давления, температуры почвы и воздуха, поступления в почву воды, а также при помощи ветра. Увеличивая объем при нагревании почвы, воздух ее частично выходит наружу, при охлаждении почвы почвенные поры получают новую порцию воздуха из атмосферы.

При поступлении воды в почву "старый" воздух из почвенных пор вытесняется и они заполняются "новым" воздухом после оттока из них влаги.

Оптимальное содержание воздуха в пахотной почве для отдельных культур следующее: для зерновых-- 15-- 20 % общей пористости, пропашных -- 20--30, многолетних трав-- 17--21 %.

Важный прием регулирования воздушного режима почвы -- механическая обработка, позволяющая создавать необходимое строение пахотного слоя и тем самым обеспечивать условия нормального газообмена в почве. Значение обработки в регулировании воздушного режима почвы возрастает при избыточном увлажнении почв и их тяжелом гранулометрическом составе.

2.6 Температурный режим

Физиологические процессы, происходящие в растении, жизнедеятельность микроорганизмов и почвенной фауны, химические процессы превращения веществ и энергии возможны только в определенных температурных границах.

Воздействие температуры почвы на растения начинается с самых первых стадий его роста и развития. Причем отдельные растения предъявляют различные требования к температурному режиму почвы. Наряду с крайними границами температур, характеризующими температурные минимум и максимум для отдельных видов растений, существует свой определенный оптимум. Требования к температурным условиям определенных растений изменяются по мере их роста и развития.

Основной источник тепла в почве -- солнечная энергия. Другой, но менее значительный -- тепло, выделяемое в почву в результате биологических и химических превращений, а также поступающее из глубинных слоев земли. Поступление, аккумуляция и передача тепловой энергии в почве осуществляют через ее тепловые свойства: теплопоглотительную способность, теплопроводность.

Теплопоглотительная способность почвы характеризуется величиной альбедо (А) -- долей отражаемой почвой солнечной радиации.

Альбедо -- важная характеристика температурного режима почвы, зависит от цвета почвы, ее структуры и выровненности, а также влажности. Растительность, покрывающая почву, значительно изменяет альбедо.

На лучепоглотительную и лучеотражательную способность почвы большое влияние оказывает степень ее гумусированности.

Теплопроводность почвы -- количество тепла, протекающее через слой почвы площадью 1 см 2 и толщиной 1 см в перпендикулярном к ней направлении при разнице на обоих сторонах слоя в 1 °С. Теплопроводность, как и теплоемкость, зависит от гранулометрического и химического составов почвы, ее влажности. Сухие, хорошо гумусированные почвы плохо проводят тепло, сырые, тяжелые почвы отличаются повышенной теплопроводностью.

На поглощение почвой солнечной энергии большое влияние оказывает экспозиция склона. Южные склоны значительно отличаются по тепловому режиму почв от северных. Иногда эти различия достигают величин, соответствующих разным климатическим зонам.

Расход тепла почвой происходит по следующим статьям: лучеиспускание тепла в атмосферу, передача тепла прилегающему слою воздуха (конвекция), потери на испарение воды (48%).

Меры по улучшению теплового режима почв в общем совпадают с мерами регулирования водного режима, а также особое значение приобретает снегозадержание и в целом агролесомелиоративная организация территории, дождевания и мульчирования поверхности почвы.

2.7 Агрохимические факторы плодородия

Растения усваивают азот и зольные элементы из почвы в форме минеральных солей, растворенных в почвенном растворе. При этом используются как восстановленные (соли аммония), так и окисленные (соли азотной кислоты) соединения азота.

Растения могут усваивать некоторые относительно простые органические азот- и фосфорсодержащие вещества (некоторые аминокислоты, фитин), однако практическое их значение в питании ничтожно. Источником энергии в растении для поглощения элементов питания является дыхание. Более молодые, интенсивно дышащие корни больше усваивают из почвенного раствора минеральных солей.

Процессы корневого питания растений тесно связаны с такими свойствами почвы, как рН почвенного раствора, водно-воздушный режим почвы, содержание в ней усвояемых элементов питания, и другими условиями внешней среды. Кислотность почвы снижает поглощение питательных веществ растениями. Отмечают как прямое, так и косвенное действие повышенного содержания в почве ионов Н + . Прежде всего изменяется физико-химическое состояние цитоплазмы клеток корня, нарушается ее проницаемость, наружные клетки ослизняются, корни плохо растут.

Большинство возделываемых культур и почвенных микроорганизмов лучше развивается при слабокислой или нейтральной реакции почвы. Однако отдельные виды культурных растений значительно различаются по требовательности как к наиболее оптимальному для их роста интервалу рН, так и к смещению его в ту или другую сторону.

Недостаток в почве обменных кальция и магния вызывает резкое ухудшение физических и физико-химических свойств почвы (структура почвы, емкость поглощения, буферность). В почвенном растворе появляются свободные ионы алюминия и марганца, токсичные для растений. Подвижность же ряда микроэлементов (например, молибдена) уменьшается, растения испытывают в них недостаток. Повышенная кислотность угнетает почвенные организмы, прежде всего нитрификаторы и азотфиксирующие бактерии (клубеньковые и свободно живущие), почвенную фауну (дождевые черви, клещи, ногохвостки). В целом биологическая активность кислой почвы несравненно ниже, чем нейтральной.

Чтобы привести реакцию почвы к интервалу слабокислая -- слабощелочная, применяют химическую мелиорацию почв. Кислые почвы периодически известкуют, а щелочные, прежде всего солонцы, гипсуют. Для повышения содержания в почве, таких жизненно важных элементов как калий, азот и фосфор, вносят минеральные удобрения. Эффективность удобрений зависит от почвенно-климатических условий. Уровень плодородия почвы, состояние питательного режима, трансформационные ее возможности в отношении доступности вносимых удобрений для возделываемых растений -- все это оказывает влияние на выбор видов удобрений.

2.8 Воспроизводство плодородия почв в интенсивном земледелии

Устранение негативных явлений, вызванных в почве возделыванием культурных растений, возвращение почвенного плодородия к исходному первоначальному состоянию означает простое воспроизводство плодородия. Создание почвенного плодородия выше исходного уровня _ это расширенное воспроизводство плодородия. Особенно это важно для почв Нечерноземной зоны с низким природным плодородием. Расширенное воспроизводство плодородия дерново-подзолистых почв, неспособных в естественном состоянии обеспечить достаточную эффективность приемов интенсивного земледелия, -- обязательное условие расширенного воспроизводства продукции земледелия вообще.

Воспроизводство плодородия почвы в интенсивном земледелии осуществляется двумя путями: вещественным и технологическим. Первый путь предполагает интенсивное применение удобрений, мелиорантов, пестицидов, благоприятную в агрономическом отношении структуру посевных площадей (севооборот). Технологический путь воспроизводства плодородия обосновывается улучшением агрономических свойств почвы путем механической обработки и отчасти за счет мелиоративных приемов. Оба эти пути направлены на достижение единой цели, но эффективность их, как и механизм действия, резко различна.

Вещественные компоненты оказывают наиболее сильное и многообразное воздействие на плодородие почвы. Технологическое воздействие не в состоянии компенсировать вещественные факторы почвенного плодородия, его эффект основан на форсированном использовании (путем мобилизации) вещественных ресурсов почвы и обычно краткосрочен.

Заключение

Почвы загрязняются различными вредными химическими веществами, пестицидами, отходами сельского хозяйства, промышленного производства и коммунально-бытовых предприятий. Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают численность живых организмов, ухудшают ее плодородие. В связи с тем, что почва является неотъемлемым звеном биосферы и играет важнейшую роль в жизни общества всей планеты чрезвычайно важно изучение ее современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности.

Таким образом, в настоящее время необходимо иметь такие методы оценки загрязнения почв, которые могли бы дать объективное представление о состояние почвы, то есть о том, насколько она способна выполнять отведенные ей функции. Рассмотренные методы, такие как биотестирование и биодиагностика загрязненных почв выполняют требования современности по исследованию загрязненных почв. Биотестирование является наиболее целесообразным методом определения интегральной токсичности почв. Он доступен и прост в применении, не требует сложного лабораторного оборудования и может быть рекомендован исследователям разных уровней подготовки. В свою очередь и биодиагностика техногенного загрязнения почв является достаточно простым методом, который способен дать реальную оценку состояния почв. Это стало возможным после долгих лет исследований, когда были обнаружены наиболее информативные показатели, объективно отражающие уровень и последствия загрязнения и не требующие для своего определения дорогостоящего оборудования. В настоящее же время, когда обострено противоречие между экономикой и экологией, важно, чтобы методы оценки загрязнения почв могли не только давать объективное представление о состоянии почв, но, и были доступны в материальном плане.

Список использованных источников

1. Ашихмина, Т.Я. Экологический мониторинг: Учебн.-методическое пособие [Текст] / Т.Я. Ашихмина, Н.Б. Зубкина; под ред. Т.Я. Ашихминой. - М. : Академический проспект, 2005. - 205 с.

2. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие для студ.высш.учеб. заведений [Текст] / О.П. Мелехова, Е.И. Егорова, Т.И. Евсеева и др.; под ред. О.П. Мелеховой и Е.И. Егоровой. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 288с.

3. Емельянов, А.Г. Основы природопользования [Текст] / А.Г. Емельянова. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 304 с.

4. Захаров, В.М. и др. Здоровье среды: методика оценки (Оценка состояния природных популяций по стабильности развития: методическое руководство для заповедников) [Текст] / В.М. Захаров. -- М., 2000.

5. Захаров, В.Н. Практикум по микробиологии [Текст] / В.Н. Захаров, Ф.А. Тихомиров. - М.: Колос, 1998. - 108 с.

6. Кабата-Пендиас, А., Пендиас, Х. Микроэлементы в почвах и растениях [Текст] - М.:Мир.1989.439с.

7. Криволуцкий, Д.А. Экологическое нормирование на примере радиоактивного загрязнения экосистем [Текст] / Д.А. Криволуцкий, [и др.] // Методы биоиндикации окружающей среды в районах АЭС. - М.: Наука, 1988. - 145 с.

8. Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение [Текст] / Под ред. В.А. Алексеева. - Л.: Наука, 1990. -200 с.

9. Мелехова, О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений [Текст] / О.П. Мелехова, Е.И. Егорова, Т.И. Евсеева; под ред. О.П. Мелеховой, Е.И. Егоровой. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 288 с.

10. Мэнниг, У.Д. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений [Текст] / У.Д. Мэнниг, У.А. Федер. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 156 с.

11. Николаев, Л.А. Металлы в живых организмах [Текст] / Л.А. Николаев. - М.: Просвещение, 1986. - 127 с.

12. Одум Ю. Основы экологии. [Текст] / Ю. Одум. - М.:Мир,1975.-740 с.

13. Полетаев, П.И., Швецов, М.М. Рациональное природопользование и охрана окружающей среды [Текст] / П.И Полетаев. - М.: Знание, 1982. - 64 с.

14. Поповичев, Б.Г. Влияние газов, выбрасываемых промышленными предприятиями, на показатели качества семян сосны обыкновенной и березы пушистой [Текст] // Лесоводство, лесн. культуры и почвоведение. 1980. - №9. - С. 59--62.

15. Рянский, Ф.Н. И экология, и экономика [Текст] / Ф.Н. Рянский. - Благовещенск: АО Благ. кн.изд., 1990. - 160 с.

16. Селянкина, К.П., Шкарлет, О.Д., Мамаев, С.А. О репродуктивной функции основных лесообразующих пород Урала в условиях воздействия промышленных выбросов, содержащих агрессивные соединения [Текст] // Загрязнение атмосферного воздуха предприятиями черной и цветной металлургии и меры по его защите. -- Челябинск, 1972.

17. Соловых, Г.Н. Биотехническое направление в решении экологических проблем [Текст] / Г.Н. Соловых [и др.] - Екатеринбург: Ур. отд. РАН, 2003. - 178 с.

18. Федорова, А.И., Никольская, А.И. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. Заведений [Текст] / А.И. Федорова, А.И. Никольская - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2003. - 142 с.

19. Фомин, Б.И. и др. Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем[Текст] / Б.И. Фомин. - СПб.,1992. - т.14.- с.103

20. Христофорова, Н.К. Основы экологии: Учебное пособие [Текст] / Н.К. Христофорова, К.В. Яновская. - Владивосток: Дальнаука, 1999. - 516 с.

21. Цветкова, Л.И. Экология: Учебник для технических вузов [Текст] / Л.И. Цветкова.- М.: Химиздат, 2001. - 192 с.

22. Черненькова, Т.В. Методика комплексной оценки состояния лесных биогеоценозов в зоне влияния промышленных предприятий [Текст] // Пограничные проблемы экологии. Сб. Научн. трудов. -- Свердловск: УНЦ АНССР. ,1986. -с. 116--127.

23. Чмыр, А.Ф., Шлапак, В.П. ,Бектобеков, Т.В. Защита природной среды [Текст].-Киев:Лебедь,1994.-240 с.

24. Школьный экологический мониторинг. Уч.- метод. пособие [Текст] / Под ред. Т.Я. Ашихминой.- М.: Агар, 2000. - 386 с.

25. Шуберт, Р. Возможности применения растительных индикаторов в биолого-технической системе контроля окружающей природной среды [Текст] // Сб. Проблемы фонового мониторинга состояния природной среды. -- Л.: ГМИ, 1982. -Вып. 1. - С. 104--111.

26. Яблоков, А.В, Остроумов С.А. Охрана живой природы: проблемы и перспективы [Текст] / А.В. Яблоков, С.А Остроумов.-М.:Лесн.пром-сть,1983.-269с.

27. Яблоков А.В, Остроумов, С.А. Уровни охраны живой природы [Текст] / А.В. Яблоков, С.А Остроумов. - М.:Наука,1985.-175с

28. .http://www/wikipedia.ru

Размещено на Allbest.ru

...