Почвоведение Таежных лесов. Земельные ресурсы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Почвоведение Таежных лесов. Земельные ресурсы

Содержание

1. Органическая часть почв, ее состав и свойства

2. Почвы таежной лесной зоны

3. Земельные ресурсы

Список использованной литературы

1. Органическая часть почв, ее состав и свойства

В почве содержится некоторое количество органического вещества. В органогенных (торфяных) почвах оно может преобладать, в большинстве же минеральных почв его количество не превышает нескольких процентов в верхних горизонтах.

В состав органического вещества почвы входят как растительные и животные остатки, не утратившие черт анатомического строения, так и отдельные химические соединения, называемые гумусом. В составе последнего находятся как неспецифические вещества известного строения (липиды, углеводы, лигнин, флавоноиды, пигменты, воска, смолы и т. д.), составляющие до 10-15 % всего гумуса, так и образующиеся из них в почве специфические гумусовые кислоты.

Гумусовые кислоты не имеют определённой формулы и представляют собой целый класс высокомолекулярных соединений. В советском и российском почвоведении они традиционно разделяются на гуминовые и фульвокислоты.

Элементный состав гуминовых кислот (по массе): 46-62 % C, 3-6 % N, 3-5 % H, 32-38 % O. Состав фульвокислот: 36-44 % C, 3-4,5 % N, 3-5 % H, 45-50 % O. В обоих соединениях присутствуют также сера (от 0,1 до 1,2 %), фосфор (сотые и десятые доли %). Молекулярные массы для гуминовых кислот составляют 20-80 кДа (минимальная 5 кДа, максимальная 650 кДа), для фульвокислот 4-15 кДа. Фульвокислоты подвижнее, растворимы на всём диапазоне pH (гуминовые выпадают в осадок в кислой среде). Отношение углерода гуминовых и фульвокислот (Cгк/Cфк) является важным показателем гумусового состояния почв.

В молекуле гуминовых кислот выделяют ядро, состоящее из ароматических колец, в том числе азотсодержащих гетероциклов. Кольца соединяются "мостиками" с двойными связями, создающими протяжённые цепи сопряжения, обуславливающие тёмную окраску вещества[5]. Ядро окружено периферическими алифатическими цепями, в том числе углеводородного и полипептидного типов. Цепи несут различные функциональные группы (гидроксильные, карбонильные, карбоксильные, аминогруппы и др.), что является причиной высокой ёмкости поглощения -- 180--500 мг-экв/100 г.

О строении фульвокислот известно значительно меньше. Они имеют тот же состав функциональных групп, однако более высокую ёмкость поглощения -- до 670 мг-экв/100 г.

Механизм формирования гумусовых кислот (гумификация) до конца не изучен. По конденсационной гипотезе (М. М. Кононова, А. Г. Трусов) эти вещества синтезируются из низкомолекулярных органических соединений. По гипотезе Л.Н. Александровой гумусовые кислоты образуются при взаимодействии высокомолекулярных соединений (белки, биополимеры), затем постепенно окисляются и расщепляются. Согласно обеим гипотезам в этих процессах принимают участие ферменты, образуемые преимущественно микроорганизмами. Есть предположение о чисто биогенном происхождении гумусовых кислот. По многим свойствам они напоминают тёмноокрашенные пигменты грибов.

Всё это огромное многообразие специфических гумусовых веществ делят условно (по их свойствам) на три большие группы - гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин - или, иначе, это - гуминовые соединения. По-другому гуминовые соединения называют по аналогии с солями (от производных кислот): гуматы и фульваты, подчеркивая тем их происхождение. Но все их можно объединить - у них сходные свойства, все они соли кислот. Или, по-другому сказать, это химические соединения гуминовых и фульвокислот с минералами (химическими элементами почвы). Все они, конечно разные - как и разные кислоты, их образующие. Основное отличие фульвокислот от гуминовых - их резко выраженная кислая реакция (рН 2,6 -2,8). При такой реакции фульвокислоты растворяют большинство минералов, связывая их, и выносят питательные вещества в нижележащие слои, чем снижают почвенное плодородие для растений; их соли практически не доступны для растений. Но это частности.

Образование гумуса - очень сложный процесс биологических и биохимических превращений остатков растительного (а также животного) происхождения в почве, главным образом в третьем, заключительном слое листового и травяного опада - гумусовом горизонте. Вспомните, я описывал это на примере листового опада леса. Но это не ответ на вопрос. Давайте всё же попытаемся разобраться и понять природу образования гумуса с самого начала.

Для этого следует вспомнить "пищевые цепи" превращений органических веществ в поверхностном слое почвы (в её листовом и травяном опаде). Сначала в этом процессе участвуют микроорганизмы, способные использовать и усваивать ("переваривать") легкодоступные органические соединения (сахар, крахмал и т.п.). То, что они не смогли "съесть" (труднодоступные комплексные соединения: целлюлозу, лигнин, жиры и растительные белки) поедают другие группы микробов и организмов, способные это делать, обладающие более мощным ферментами. К ним подключаются грибы, у которых ферментативный аппарат ещё мощнее - их ферменты способны растворить и расщепить практически все органические соединения растительного происхождения; они довершают процесс разрушения детрита. Все эти группы (и микробы, и грибы) по способу питания - осмотрофы; они всасывают растворённые ("переваренные" под действием их ферментов) вещества всем своим телом, у них нет пищеварительных органов.

Растения и животные принимают большое участие в почвообразовании.

Растения, пронизывая корнями верхний слой почвообразующей породы, извлекают из ее нижних горизонтов питательные вещества и закрепляют их в синтезированном органическом веществе. Вследствие разложения растительных остатков в почве накапливается перегной, имеющий огромное значение в плодородии почвы. Растительные остатки в почве являются необходимым питательным субстратом и важнейшим условием развития многих почвенных микроорганизмов.

Животные в процессе своей жизнедеятельности значительно ускоряют разложение органических веществ. Видную роль играют черви, жуки, личинки, а также и норные животные, такие как кроты, мыши, суслики, сурки, и пр. Многократно перерывая почву они способствуют смешиванию органических веществ с минеральными, а также повышению водо- и воздухопроницаемости почвы, что усиливает и ускоряет процессы разложения в почве органических остатков. Также они обогащают почвенную массу продуктами своей жизнедеятельности. Растения и животные принимают большое участие в выветривании горных пород.

В последнее время установлена выдающаяся роль микроорганизмов в деле почвообразования, особенно бактерий и сапрофитных грибков. Число их достигает сотен тысяч и даже миллионов на 1 см2 почвы в её верхнем слое. Принадлежа к разряду аэробных или анаэробных, микроорганизмы производят всевозможные продукты окисления, раскисления, нитрификации, денитрификации и т. п., особенно при известной комбинации влажности, температуры и пр.; служат простыми разносчиками кислорода и других газов; играют роль фермента и т. д. Наиболее изучены нитрифицирующие бактерии Nitrosоmonas (переводит аммиак в азотистую кислоту) и Nitrobacter, окисляющий азотистую кислоту в азотную (Шлезинг, Мюнц, Виноградский и др.). Вообще, большинство физико-химических процессов, совершающихся в почве, в настоящее время приписывается деятельности почвенных микроорганизмов. Почвенным микроорганизмам принадлежит основная роль в формировании плодородия почвы. Большую часть микроорганизмов составляют бактерии.

Одни почвенные микроорганизмы разлагают внесенную в почву органику, способствуют образованию гумуса, делают доступными для растений питательные вещества, другие связывают атмосферный азот, синтезируют органические соединения, следующие переводят эти соединения в формы доступные растениям. Почвенные микроорганизмы переводят фосфор в растворимое состояние, даже разлагают минералы, и в первую очередь практически неисчерпаемые глинистые минералы, доставляя растениям всю "таблицу Менделеева". Некоторые растения неспособны нормально развиваться без определенной микрофлоры. В результате жизнедеятельности полезных почвенных микроорганизмов почва становится структурной, рассыпчатой.

Срок жизни бактерий и иных почвенных микроорганизмов может быть очень короток - от дней до нескольких часов. Если есть питание, тепло и влажно - они очень быстро размножаются, и очень быстро отмирают если "корм" закончился. Но их биомасса и продукты жизнедеятельности составляют тот самый "питательный бульон" для растений, в который входят не только простые соединения для питания растений, но и аминокислоты, витамины, ауксины, антибиотики и многие другие питальные вещества и стимуляторы роста растений.

Большинству полезных почвенных микроорганизмов наиболее благоприятна слабокислая и нейтральная реакция почвы ph 6,5-7,0 при наличии влаги, воздуха и тепла в диапазоне приблизительно 15-30°C. Для питания почвенных микроорганизмов небходима органика. Есть два пути поступления органики в почву - корневые выделения растений с послеуборочными остатками и внесение органики в почву извне, ввиде компоста, навоза, сидератов и т.п.

Рано весной в почве мало почвенных микроорганизмов. Желательно быстро восстановить их численность используя органические удобрения, настои навоза, эффективные микроорганизиы ЭМ, мульчирование почвы органикой (только после прогрева почвы).

Корневые выделения. Растения не остаются в долгу перед микроорганизмами - живые растения кормят почвенные микроорганизмы своими корневыми выделениями, а не только отмирающими послеуборочными остатками, хотя корни тоже составляют около трети массы растения. Татьяна Угарова приводит цифру - до 20% всей массы растений составляют корневые выделения. В состав корневых выделений входят органические кислоты, сахара, аминокислоты и многое другое. По Т. Угаровой сильное растение обильно кормит почвенные микроорганизмы, при этом происходит массовое размножение ризосферной (корневой) полезной микрофлоры. Причем растения стимулируют развитие преимущественно такой микрофлоры, которая питает растения, вырабатывает стимуляторы роста растений, подавляет вредную растениям микрофлору.

2. Почвы таежной лесной зоны

Огромный пояс таежных лесов распадается на несколько крупных почвенных областей. В пределах России по схеме почвенно-географического районирования таежно-лесной пояс по биоклиматическим особенностям разделяют на следующие три области: 1) Европейско-Западно-Сибирскую таежно-лесную, объединяющую восточно-европейскую и западно-сибирскую тайгу; 2) Восточно-Сибирскую мерзлотно-таежную, расположенную к востоку от Енисея; 3) Дальневосточную таежно-лугово-лесную, охватывающую Камчатку, Сахалин и район нижнего течения Амура.

М. А. Глазовская вьщеляет несколько более ограниченные почвенные области. Например, вместо единой Центральной таежно-лесной она вьщеляет Северо-Европейскую (Фенноскандинавскую), расположенную в пределах Балтийского кристаллического щита, и Европейско-Западно-Сибирскую, включающую северо-восток Восточно-Европейской равнины и северную половину Западно-Сибирской равнины. М. А. Глазовская также вьщеляет в качестве самостоятельной почвенной области Центрально-Якутскую таежную лугово-степную. Внутри этих областей есть подзоны и районы, отличающиеся особенностями строения и состава почв.

За пределами России почвенный покров таежно-лесной зоны также неоднороден. В Западной Европе поверхностно-глеево -подзолистые почвы и иллювиально-гумусовые подзолы расположены на севере Фенноскандии. Иллювиально-железистые подзолы и подзолистые почвы находятся южнее. В северной части Канады и на Аляске распространены кислые бурые таежные почвы. биоклиматический органический почва лесной

Почвообразующие породы представлены четвертичными отложениями, среди которых преобладают разнообразные по гранулометрическому составу ледниковые, озерно-ледниковые и аллювиальные отложения.

В Западных районах встречаются лессовидные карбонатные суглинки. Характерная черта почвообразующих пород - завалуненность и бескарбонатность.

Растительность таежно-лесной зоны разнообразна: от хвойных лесов до суходольных и пойменных трав. Широко распространены болотные растительные группировки.

В таежно-лесной зоне протекают процессы почвообразования:

подзолистый, дерновый, болотный.

Их развитие в чистом виде или в сочетании одного с другими привело к формированию типов почв. Подзолистые почвы формируются в результате подзолообразовательного процесса, который ярко и в чистом виде протекает под хвойными лесами.

Подзолообразовательный процесс - это разрушение первичных и вторичных минералов в верхней части профиля в условиях кислой реакции с последующим вымыванием продуктов разрушения в нижнюю часть горизонта и в грунтовые воды. Для его развития необходимо два условия: промывной тип водного режима и отсутствие карбонатов кальция в зоне разрушения минералов.

Основными факторами этого процесса являются ФК и низкомолекулярные органические кислоты, образующиеся при разложении органических остатков. Большая часть их вступает в контакт с почвами и взаимодействует с минеральной частью. ФК и низкомолекулярные кислоты реагируют с общим Ca и Mg, и свободными формами Fe и Al, образуя растворимые в воде соли, которые вымываются вниз. ППК вследствие этого насыщается Н- и становится ненасыщенным основанием, постепенно осветляясь и приобретая белесый вид.

Далее кислые продукты разрушают глинистые минералы, первичные минералы (слюды). Образуются фульваты, которые вымываются вниз. Нерастворимые соединения остаются в верхней части профиля и придают белесый цвет горизонтам. Часть вымываемых веществ закрепляется ниже подзолистого горизонта, формируется иллювиальный горизонт. Другая часть достигает грунтовых вод и уходит за пределы профиля.

Определенное участие принимает и лессиваж - перемещение илистых частиц из верхнего горизонта в нижний, без предварительного разрушения.

В результате сочетания процессов разрушения и выноса веществ формируется подзолистая почва, имеющая определенное строение и характерные для нее химические и физические свойства

3. Земельные ресурсы

Земельные ресурсы - земная поверхность, пригодная для проживания человека и для любых видов хозяйственной деятельности. Земельные ресурсы характеризуются величиной территории и ее качеством: рельефом, почвенным покровом и комплексом других природных условий.

Крупнейшими странами мира по площади территории являются: (млн. км2)

1. Россия - 17,1

2. Канада - 10,0

3. Китай - 9,6

4. США - 9,4

5. Бразилия - 8,5

При исследовании проблемы эффективного использования земельных ресурсов необходимо выделять понятие эффективной территории. Эффективная территория - это территория страны, пригодная для хозяйственного освоения.

Крупнейшие страны мира по площади эффективной территории: (млн. км 2)

1. Бразилия - 8,1

2. США - 7,9

3. Австралия - 7,7

4. Китай - 6,0

5. Россия - 5,5

2. Земельные ресурсы мира

Неправильное и неконтролируемое землепользование является основной причиной деградации и истощения земельных ресурсов. При практикуемом в настоящее время землепользовании часто не принимаются в учет фактические потенциальные возможности, продуктивность и факторы, ограничивающие использование земельных ресурсов, а также их пространственное разнообразие. Ожидается, что население мира, составляющее сейчас 5,4 млрд. человек, к концу века достигнет 6,25 млрд. человек. Необходимость увеличения производства продовольствия в целях удовлетворения растущих потребностей обусловливает огромную нагрузку на природные ресурсы, включая земельные ресурсы. Во многих регионах нищета и недоедание уже превратились в хроническую проблему. Одной из основных опасностей является разрушение и деградация сельскохозяйственных и экологических ресурсов. Хотя методы наращивания производства и сохранения земельных и водных ресурсов уже разработаны, они не находят широкого или систематического применения. Необходим систематический подход к определению таких форм землепользования и производственных систем, которые были бы устойчивыми для каждого конкретного типа почвы и климатической зоны, включая создание экономических, социальных и организационных механизмов их осуществления.

Обеспеченность человечества земельными ресурсами определяется мировым земельным фондом, который составляет 13,4 млрд. га. Из отдельных крупных регионов наибольшим земельным фондом обладают Африка (30 млн. км2) и Азия (27,7 млн. км2), а самым маленьким - Европа (5,1 млн. км2) и Австралия с Океанией (8,5 млн. км2). Однако если рассматривать обеспеченность регионов земельными ресурсами из расчета на душу населения, то результат будет противоположным: на каждого жителя малонаселенной Австралии приходится 37 га земли (максимальный показатель), а на жителя Азии - только 1,1 га, приблизительно столько же и в Европе.

Структура земельного фонда показывает, каким образом используются земельные ресурсы. В ней выделяются сельскохозяйственные земли (обрабатываемые - пашня, сады, засеянные луга и естественные луга и пастбища), лесные земли, земли, занятые населенными пунктами, промышленностью и транспортом, малопродуктивные и непродуктивные земли.

Наиболее ценные обрабатываемые земли занимают всего 11% мирового земельного фонда. Такой же показатель характерен для СНГ, Африки, Северной Америки. Для зарубежной Европы этот показатель более высок (29%), а для Австралии и Южной Америки - менее высок (5% и 7%). Страны мира с наибольшими размерами обрабатываемых земель - США, Индия, Россия, Китай, Канада. Обрабатываемые земли сосредоточены в основном в лесных, лесостепных и степных природных зонах. Естественные луга и пастбища преобладают над обрабатываемыми землями везде (в Австралии более чем в 10 раз), кроме зарубежной Европы. Во всем мире в среднем 23% земли используется под пастбища.

Структура земельного фонда планеты постоянно изменяется под влиянием двух противоположных процессов. Один -- борьба человечества за расширение земель, пригодных для обитания и сельскохозяйственного использования (освоение залежных земель, мелиорация, осушение, орошение, освоение прибрежных участков морей); другой -- ухудшение земель, изъятие их из сельскохозяйственного оборота в результате эрозии, опустынивания, промышленной и транспортной застройки, открытой разработки полезных ископаемых, заболачивания, засоления.

Второй процесс идет более быстрыми темпами. Поэтому главная проблема мирового земельного фонда - деградация сельскохозяйственных земель, в результате которой происходит заметное сокращение обрабатываемых земель, приходящихся на душу населения, а "нагрузка" на них все время возрастает. Страны с наименьшей обеспеченностью пашней на душу населения - Китай (0,09 га), Египет (0,05 га).

Во многих странах предпринимаются усилия по сохранению земельного фонда и улучшению его структуры. В региональном и глобальном аспекте они все более координируются специализированными органами ООН - ЮНЕСКО, ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН) и др.

Земельные ресурсы мира сокращаются. Во многих странах из-за недостатка пахотных площадей ощущается нехватка продуктов питания. На сегодняшний день всё острее ощущается глобальная продовольственная проблема. Со времени её возникновения ведутся дискуссии о путях ее решения. Многие видят выход в дальнейшем расширении пахотных, пастбищных и рыбопромысловых угодий. Вспомним, что обрабатываемые земли (пашня, сады и плантации) в наши дни занимают 1450 млн. га или всего 11% территории обитаемой суши. Соответствующие показатели для лугов и пастбищ -- 3400 млн. га и 26%. Получается, что люди использовали еще не все возможные резервы расширения полеводческих и животноводческих культурных ландшафтов.

В принципе это, конечно, так. Однако можно встретить немало оценок, свидетельствующих о том, что сами природные факторы довольно сильно ограничивают возможности такого расширения. Было установлено, что на территориях, занимающих в общей сложности 78% всей площади суши (без Антарктиды), для развития земледелия существуют те или иные природные ограничения. Да и из остальных 22% земель 13 отличаются низкой, 6 - средней и лишь 3% -- высокой продуктивностью.

Аналогичные подсчеты производили и отечественные ученые. По мнению некоторых, к непродуктивным землям, на которых не может производиться биологическая продукция (ледники, безжизненные пустыни, реки, озера, города, антропогенный бедленд и др.), относятся 54 млн. км2, или более 36% всей площади суши. На долю продуктивных, но не пахотнопригодных земель (тундра, лесотундра, болота, засушливые и полупустынные пастбища, горные леса и др.) приходится 70 млн. км2, или 47% всей площади суши. В результате пахотнопригодные земли занимают территории в 25 млн. км2, составляющие около 17% площади суши.

Ясно, что интенсификация сельскохозяйственного использования территории заключается прежде всего в механизации, химизации, ирригации, повышении энерговооруженности, использовании более высокоурожайных и болезнеустойчивых сортов сельскохозяйственных культур, наиболее продуктивных пород скота - всего того, что позволяет увеличить отдачу земледелия и животноводства даже при уменьшении сельскохозяйственных площадей.

Мировой опыт последних десятилетий подтверждает тот факт, что интенсивный путь преобразований в сельском хозяйстве стал главным. Еще в 1960--1980 гг. увеличение производства зерновых в мире на 1/5 происходило вследствие расширения площадей, а на 4/5 - в результате повышения урожайности. В экономически развитых странах эта доля составляла 86% (в Западной Европе - 100), а в развивающихся - 77 (в Африке и Латинской Америке 46--48%).

Однако при оценке возможностей интенсивного пути развития нужно иметь в виду и то, что потенциал некоторых традиционных путей интенсификации уже в значительной мере исчерпан. Это относится и к механизации, и к электрификации, и к химизации, и к ирригации.

Все это означает, что основные перспективы интенсификации связаны с той технологической революцией, которую в наши дни переживает сельское хозяйство экономически развитых стран Запада, прежде всего США. Эта революция выражается в использовании достижений биотехнологии и информационной технологии непосредственно в фермерском земледелии и животноводстве - для улучшения качества продукции, снижения издержек производства, выведения растений и пород животных с новыми свойствами, а также для внутрифермерского управления и контроля над производством. На очереди - посев капсулами, каждая из которых должна содержать необходимое количество семян, а также препаратов, предотвращающих гниение и поддерживающих определенный уровень влажности и др. Кроме того, для наблюдения за почвой, определения оптимальных сроков посева и уборки начинают использовать систему автоматических датчиков.

Список использованной литературы

1. Доспехов Б.А. Земледелие с основами почвоведения. М.: Академия, 2014. - 372с.

2. Ковда В. А. Основы учения о почвах. М.: Наука, 2013. - 240с.

3. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв. М.: Изд-во МГУ, 2014. - 186с.

4. Пупонин А.И. Земледелие. М.: Колос, 2013. - 242с.

5. Теории и методы физики почв. / Под ред. Е.В. Шеина и Л.О. Карпачевского. -- М.: "Гриф и К", 2013. - 260с.

Размещено на Allbest.ru