Проблемы плодородия почв и пути их решения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный аграрный университет»

Томский сельскохозяйственный институт

Кафедра технологии и производства сельскохозяйственной продукции

Реферат

по дисциплине Биологические показатели плодородия почв и пути их воспроизведения

Проблемы плодородия почв и пути их решения

Выполнила:

Урбанович А.О.

Проверила:

Перчинко Н.А.

Томск

2015

Оглавление

Введение

1. Плодородие почв

2. Биологические показатели плодородия почв

3. Источники пополнения органического вещества

Заключение

Список литературы

Введение

сельскохозяйственный почва плодородие

Плодородие почвы -- важнейшее свойство. Оно определяет использование почвы как основного средства сельскохозяйственного производства. Под плодородием понимается способность почвы давать урожай сельскохозяйственных культур. Для этого она должна обеспечить растение элементами питания, водой, корневые системы -- достаточным количеством воздуха и тепла. Таким образом, основные элементы почвенного плодородия и факторы жизни растений следующие: питательные вещества в легкоусвояемых формах, влага в доступной форме, воздух и тепло для развития корневых систем и жизнедеятельности микроорганизмов. Все элементы плодородия тесно связаны между собой, изменение одного из них оказывает влияние на другие и на плодородие почвы.

Целью моей работы является рассказать о биологических показателях плодородия почв и их воспроизведении, так как количество урожая напрямую зависит от плодородия почв.

1. Плодородие почв

Под плодородием понимают способность почв удовлетворять потребность растений в воде и питательных веществах. Важными факторами, определяющими плодородие почв, являются также свет и тепло.

Условия, определяющие плодородие почвы, могут быть прямые, непосредственно влияющие на рост и развитие растений, и косвенные. К прямым условиям относятся запасы доступной воды, аэрация, реакция среды, форма и количество доступных элементов питания и их соотношение. К косвенным условиям могут быть отнесены: количество микроорганизмов, глубина залегания ограничивающих корнеобитаемый слой почвы плотных горизонтов и обработка почвы. Прямые и косвенные условия взаимосвязаны и оказывают большое влияние на урожай растений.

Каждое отдельное условие, или фактор жизни растений, может быть недостаточным (минимальным) для роста растений, оптимальным (когда наблюдается наибольший урожай растений) и избыточным, максимальным (когда наблюдается токсикоз и урожай растений уменьшается). Для любого растения вреден как недостаток, так и избыток какого-либо фактора (например, элемента питания). Наиболее благоприятные условия для жизни растений и получения высокого урожая создает оптимальное влияние фактора. Однако факторы, определяющие развитие растений, действуют не изолированно, а в совокупности. Оптимальное плодородие соответствует оптимальным соотношениям факторов.

В различных почвенно-климатических зонах условия, определяющие почвенное плодородие, различны. Ограничивающими условиями в зоне тундры будут низкие температуры и избыточное увлажнение почв, в лесной зоне -- избыточное увлажнение и кислотность почв, в лесостепной и степной зонах -- недостаток воды и нередко избыточное содержание в почвах натрия хлора. На песчаных почвах сказывается недостаток влаги и элементов питания, а на тяжелосуглинистых -- низкая аэрация и большая плотность почв. Таким образом, плодородие ограничивается различными условиями, связанными с факторами почвообразования.

2. Биологические показатели плодородия почв

К биологическим показателям плодородия относятся:

- наличие органического вещества;

- биологическая активность почвы;

- фитосанитарное состояние почвы.

Органическое вещество почвы образуется из отмерших остатков растений, микроорганизмов, почвенных животных и продуктов 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 к образованию сложной смеси органических веществ:

1) малоразложившихся растительных и животных остатков с сохранившейся первоначальной структурой;

2) промежуточных продуктов разложения (например, протеиды, аминокислоты, поли и моно фенолы, моносахариды и др.);

3) гумусовых веществ, образовавшихся путем микробного синтеза или остаточного происхождения;

4) раствори­мых органических соединений, которые минерализуются до про­стых минеральных соединений (НР, СО2, NО3 и др.) или участвуют в синтезе гумусовых веществ. Различные группы органических соединений взаимодействуют с минеральной частью почвы и закрепляются в ней. Органическое вещество - единственный источник энергии для развития почвы, формирования ее плодородия. Основным источником первичного органического вещества, поступающего в почву под естественной растительностью, служат остатки растений.

На пахотных почвах с отчуждением большей части урожаев по­левых культур источником органического вещества являются надземные и корневые остатки растений, вносимые в почву органические удобрения. Растительные остатки разделяют на три группы: пожнивные, листостебельные и корневые. Пожнивные остатки представлены стерней зерновых культур, частями стеблей, листьев и всех других подземных 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 к моменту уборки живыми, а также отмершими.

По количеству органического вещества, оставляемого после уборки, основные полевые культуры можно разделить на три группы:

1. многолетние бобовые и мятликовые травы, оставляющие в почве наибольшее количество органического вещества.

2. однолетние зерновые и зерно­вые бобовые культуры сплошного посева. Они оставляют в почве значительно меньше органического вещества, чем многолетние травы, а зерновые бобовые в меньшей степени фиксируют азот воз­духа. Озимые культуры оставляют в почве больше органического вещества, чем яровые зерновые и зерновые бобовые. После уборки однолетних зерновых и зерновых бобовых культур в почве остается 1,5-3,0 т/га органического вещества.

3. пропашные культуры, которые оставляют в почве после уборки наименьшее количество органического вещества. В почве при выращивании растений одновременно происходят два противоположных процесса: синтез и разрушение. Интенсивность обоих процессов, их соотношение определяют конечный результат. Если содержание органического вещества увеличивается, то культура обладает свойством улучшать плодородие, и наоборот. На процессы накопления и разрушения органического вещества влияют технологические приемы возделывания растений. Наряду с количеством растительных остатков важное значение имеют их химический состав и скорость разложения в почве. Так, растительные остатки многолетних трав содержат больше элементов питания, чем другие культуры.

Химический состав корней многолетних трав с возрастом изменяется. Чем старше растения, тем меньше в их корнях содержится азота и зольных элементов. Растительные остатки однолетних культур (кроме бобовых) бед­нее питательными элементами по сравнению с многолетними травами.

Одна часть подвижных и простых соединений, минерализующихся до конечных продуктов, усваивается новыми поколения­ми зеленых растений, другая часть продуктов разложения используется гетеротрофными микроорганизмами для синтеза вторичных белков, жиров, углеводов и других веществ, образующих плазму новых поколений микроорганизмов, и в дальнейшем вновь разлагается. Третья часть промежуточных продуктов разложения превращается в специфически сложные высокомолекулярные соединения гумусовые вещества, а сам процесс называют гумификацией. Образование специфических гумусовых веществ в большинстве случаев начинается на стадии биологического распада растительных и животных остатков, когда углеводы гидролизуются до моносахаридов, белковые вещества - до пептидов и аминокислот, ароматические соединения - до простых фенолов. Помимо этих соединений в образовании гумусовых веществ принимают участие и более простые продукты распада.

Механизм образования в почве специфических гумусовых веществ, по М.М. Кононовой, имеет следующий вид:

1. Исходными структурными единицами (мономерами) для образования специфических гумусовых веществ могут служить все компоненты распада растительных тканей и метаболизма микроорганизмов.

2. Структурные единицы конденсируются путем окисления фенолов с помощью феноксидаз через семихиноны до хинонов которые взаимодействуют с аминокислотами и пептидами.

3. Поликонденсация (полимеризация) как химический процесс заканчивает образование гумусовых веществ.

Весь комплекс органических веществ в почве можно разделить на две группы: соединения индивидуальной природы, или неспецифические органические соединения, и специфические гумусовые вещества.

Неспецифические соединения лигнин, целлюлоза, протеины, аминокислоты, моносахариды, воска, жирные кислоты, т. е. практически всеми компонентами, составляющими растительные и животные ткани или входящими в состав прижизненных выделений макро- и микроорганизмов.

Основную часть органического вещества почвы (85-90 %) составляют специфические гумусовые вещества, темноокрашенные азотсодержащие высокомолекулярные соединения кислой природы Они представлены гумусовыми кислотами (гуминовые и фульво кислоты), прогуминовыми веществами - типа «молодых» гуминоподобных продуктов игуминами. Гуминовые кислоты (ГК) - фракция темноокрашенных, азотсодержащих, высокомолекулярных соединений, извлекаемая из почвы щелочными растворами. При подкислении вытяжки она выпадает в осадок в виде гуматов. Гуминовые кислоты содержат 46-62 % углерода, 32-38 - кислорода, 3-5 - водорода, 3-6 % азота. ГК содержат серу (от десятых долей процентадо 1,0-1,2 %), фосфор (сотые и десятые доли процента) и катионы различных металлов.

Фульво кислоты (ФК) - высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они растворимы в воде, кислотах, слабых растворах щелочей, пирофосфата натрия и в водном растворе аммиака с образованием растворимых солей - фульватов. Растворяются они также во многих органических растворителях. Выделенные из почвы препараты Фульво кислот имеют окраску от соломенно-желтой до оранжевой. В состав ФК входят: углерод 36-40 %, кислород 45-50 %, водород 3-5, азот 3-4,5 %. От ГК они отличаются пониженным содержанием углерода и повышенным - кислорода. В состав ФК, как и в состав ГК, входят сера, фосфор и различные металлы гумины - наиболее инертная часть гумусовых веществ, не извлекаемая из почвы растворами кислот, щелочей или органически­ми растворителями.

Органо-минеральные соединения повышают устойчивость связанного в них органического вещества к микробиологическому расщеплению и обеспечивают устойчивую связь с другими свойствами почвы. Высокая биологическая устойчивость органоминеральных соединений способствует связыванию и инактивированию глинисты­ми минералами ферментов, выделяемых микроорганизмами для разложения органического вещества. Обязательным условием обеспечения стабильного земледелия является воспроизводство органического вещества. Оно означает одновременно воспроизводство большей части биологических агрофизических и агрохимических факторов плодородия.

Важнейшим фактором воспроизводства органического вещества в пахотных почвах являются полевые культуры. Их роль определяется биологическими особенностями и технологией возделывания. Если в естественных ценозах вся растительная масса поступает в почву, аккумулируя в верхнем слое углерод, азот и зольные элементы, то в агроценозах с поля отчуждается большая часть накопленной массы растений и баланс названных элементов в почве не может не быть бездефицитным. Темпы разложения растительных остатков в почве зависят от соотношения С: N. Быстрое разложение свойственно растительным остаткам клевера с узким соотношением С: N; менее интенсивно разлагаются растительные остатки зерновых культур и викоовсяной смеси.

3. Источники пополнения органического вещества

Источники пополнения органического вещества -- растительные остатки и органические удобрения.

Так, масса корней зерновых культур при обычном рядовом посеве составляет 15--30 % общего урожая наземной массы. Примерно такое же количество растительных остатков остается в виде стерни. При хороших урожаях многолетних бобово-мятликовых травосмесей двухгодичного пользования на 1 га остается после их уборки до 100 ц корневых и поукосных остатков. По количеству остающихся на поле растительных остатков после уборки полевые культуры можно расположить в следующей последовательности: многолетние травы, однолетние травосмеси на корм, озимые зерновые, яровые зерновые, корнеплоды, картофель, лен.

Изменения количества органического вещества в почве под влиянием культур в течение одного-двух лет незначительны, но за 50--100 лет они становятся достаточно заметными. При этом возможны три случая:

1) в почве больше разлагается органического вещества, чем образуется, вследствие чего содержание его постепенно уменьшается;

2) количество разлагающегося органического вещества равно вновь образовавшемуся, причем содержание его устойчиво;

3) органическое вещество постепенно накапливается в почве, поскольку разлагается его меньше, чем образуется.

Научными исследованиями установлено, что в систематически обрабатываемых почвах без внесения удобрений почти невозможно достичь бездефицитного баланса органического вещества. Например, хороший урожай (40 ц/га) зерна вызывает минерализацию 1 т гумуса (одна гумусовая единица).

Кроме зерна получают примерно столько же соломы. На пожнивные и корневые остатки приходится около 50 % надземной массы общего урожая. Следовательно, корневые, пожнивные остатки и солома составят 80 ц. Коэффициент гумификации растительных остатков зерновых равен 10 %. Значит, из 80 ц растительных остатков может образоваться только 0,8 т гумуса, а расходуется 1 т, причем не вся солома возвращается на поле в почву.

Таким образом, без компенсации использованных на образование урожая элементов питания невозможно поддерживать даже простое воспроизводство почвенного плодородия. Оно в этих условиях может быть только суженным. Это положение полностью согласуется с законом сохранения вещества и энергии.

Исследованиями В.Е. Егорова установлено, что толь­ко 40 % вносимого в почву навоза гумифицируется, а остальное количество разлагается и используется растениями.

С навозом и другими органическими удобрениями в почву поступает много различных организмов, которые также играют важную роль в окультуривании почвы. В связи с этим в начале XX века были предприняты попытки установить связь между урожайностью сельскохозяйственных культур и количеством микро­организмов в почве. Делались выводы (С. Ваксман), что на одной и той же почве урожайность изменяется пропорционально количеству микроорганизмов. Например, целлюлоза разлагающие бактерии сами потребляют азот и фосфор, поэтому в результате их размножения урожайность снижается. Проф. М.В. Федоров указывает на прямую связь урожайности с термофильными бактериями (их количество зависит от внесенного в почву на­воза и ком постов).

При низкой культуре земледелия поля и почва бывают сильно засорены сорняками, их семенами и зачатками болезней и вредителей. Все это приводит к ухудшению условий жизни растений, к снижению урожайности. Важным показателем окультуренной почвы является отсутствие сорняков, их семян и вегетативных органов размножения, возбудителей болезней и вредителей сельскохозяйственных культур.

Воспроизводство плодородия почвы -- процесс очень сложный. Он включает постоянный синтез и увеличение содержания органического вещества, особенно гумуса; образование соединений элементов зольной и азотной пищи растений в доступной для них форме; воссоздание и поддержание хорошей структуры и благо­приятного строения почвы; обеспечение слабокислой или близкой к нейтральной реакции почвенного раствора, а также высокой емкости поглощения и степени насыщенности основаниями с хорошим составом поглощенных катионов; отсутствие возбудителей зачатков болезней, вредителей и сорняков на полях и в почве.

Успешного осуществления расширенного воспроизводства плодородия почвы можно достичь при полном освоении научно обоснованных зональных систем земледелия.

Заключение

Почва - колоссальное природное богатство, обеспечивающие человека продуктами питания, животных - кормами, а промышленность сырьем. Чтобы правильно использовать почву, надо знать, как она образовывалась, ее строение состав и свойства. Почва обладает особым свойством - плодородием, она служит основой сельского хозяйства всех стран. Почва при правильной эксплуатации не только не теряет своих свойств, но и улучшает их, становится более плодородной. Однако ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью для сельского, лесного и других отраслей народного хозяйства; она определяется также незаменимой экологической ролью почвы как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы земли в целом. Из всего выше сказанного ясно, как велики и разнообразны роль и значение почвы в народном хозяйстве и вообще в жизни человеческого общества. Так, что охрана почв и их рациональное использование, является одной из важнейших задач всего человечества!

Список литературы

1. Герасимова М.И., Караваева Н.А., В.О. Таргульян. Деградация почв: методология и возможности картографирования // Почвоведение. 2000. № 3. С. 358-366.

2. Голубев, И.Ф. Почвоведение с основами геоботаники / И.Ф. Голубев. - М.: Колос, 1982. - 360 с.

3. Деградация и охрана почв под ред. Добровольского Г.В.. М.: Изд-во МГУ, 2002. 654 с.

4. Ковда В.А. Почвенный покров, его улучшение, использование и охрана. М.: Наука, 1981. 179 с.

5. Ковда В.А. Почвенный покров, охрана окружающей среды и земледелие. Пущино: ОТНИ НЦБИ АН СССР, 1987. 31 с.

6. Панникова В.Д. Эрозия почв и борьба с ней. М.: Колос, 1980. 367 с.

Размещено на Allbest.ru