Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное Бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«российский государственный аграрный университет - МСха имени К.А. Тимирязева» (ФГБОУ ВО ргау - МСХА имени К.А. Тимирязева)

Факультет Почвоведения, агрохимии и экологии

Кафедра Почвоведения, геологии и ландшафтоведения

Курсовая работа

на тему: Роль органического вещества в генезисе и плодородии почв

Выполнил:

Какурников ГА

Проверил:

Поветкина НЛ

Москва 2016

Оглавление

Введение

1. Влияние органического гумуса на отдельные свойства почвы

1.1 Влияние органического вещества на биологическую активность почвы

Введение

В дерново-подзолистых почвах, содержащих достаточно высокое количество органического вещества, общая численность живых организмов достигает нескольких миллиардов на гектар. Доминирующее значение принадлежит растительным микроорганизмам - бактериям, грибам, водорослям, актиномицетам. Животные организмы представлены простейшими особями, наподобие жгутиковых, корненожек, инфузорий.

Почвенные организмы разрушают отмершие остатки растений и животных, вносимые в почву удобрения, гумусовые вещества почвы. Часть продуктов разложения усваивается растениями и самими микроорганизмами, а часть переходит в форму гумусовых соединений в результате протекания процесса гумификации. Свободноживущие и клубеньковые азотфиксирующие бактерии усваивают азот атмосферы, пополняя запасы его в почве. Для активного развития почвенной биоты им необходима энергия и питательные вещества, а главным источником их служит органическое вещество почвы.[6]

Вся многообразная деятельность почвенной биоты именуется показателем "биологическая активность почвы". Считается, что выделение СО2 может служить показателем итоговой активности почвенной биоты в данный момент и характеризует ее эффективное плодородие, тогда как общее количество микроорганизмов в большей мере определяет потенциальные возможности почвы.

Содержание СО2 в почвенном воздухе может достигать 1%. Газообмен между почвой и атмосферой (дыхание почвы) зависит от продуцирования углекислоты почвой, диффузии её из почвы в атмосферу, физико-химических свойств почвы и метеорологических условия.

Исследователями было установлено, что на дерново-подзолистых почвах Московской области больше всего СО2 поступает из почвы, занятой разнотравьем и многолетними травами, ввиду создаваемой ими большой массы корней. При внесении в суглинистую пахотную почву навоза интенсивность дыхания повышалась на 70%.[7]

На дерново-подзолистых почвах Смоленской области установлена четкая зависимость между наличием в почве органического вещества и поступлением из нее СО2. В опытах на дерново-подзолистой супесчаной почве выделение СО2 на фоне минеральных удобрений составляло 2,6-3,0 кг/га в час. При внесении навоза и торфо-минерального компоста общая биогенная активность возросла, и продуцирование почвой СО2 достигло 9 кг/га в час. Еще больше усилилось дыхание почвы не второй год внесения органических удобрений.

Выделение углекислоты почвой имеет сезонную динамику, заметно снижаясь к концу вегетационного периода - августу, что связано с уменьшением количества водорастворимого гумуса, являющегося источником энергии растений. Для того чтобы почва постоянно выделяла углекислоту, следует систематически вносить в нее свежие органические материалы, которые способны пополнять лабильную часть органических соединений.

К настоящему времени накоплен значительный материал о влиянии окультуренности почв на протекающие в них биологические процессы. Установлена тесная зависимость между биогенностью почвы и ее плодородием. Обычно с повышением степени окультуренности дерново-подзолистых почв усиливается темп всех биологических процессов. Для формирования урожая важно, чтобы на высоком уровне находилось эффективное плодородие, которое зависит не от общих запасов питательных веществ, а от интенсивности их круговорота, связанной с микробиологической деятельностью в почве. Чем выше биологическая активность почвы, тем интенсивней происходит минерализация органических веществ, тем больше в ней становится доступных для растений элементов питания, что положительно сказывается на росте урожая.

Органические удобрения предпочтительнее вносить осенью, а не весной. В этом случае развивающиеся сразу после внесения удобрений микроорганизмы к весне отомрут, а закрепленные в их плазме питательные вещества освобождаются и становятся доступными для растений.[11]

1.2 Функции органического вещества, связанные с генезисом и свойствами почвы

В зависимости от условий почвообразования в формировании генетического профиля почвы ведущую роль играют как специфические гумусовые кислоты, так и другие компоненты органического вещества.

В благоприятных для гумификации условиях формируется хорошо выраженный органопрофиль мощностью до 100 см и более. В его образовании главную роль играют гуминовые кислоты, взаимодействие которых с минеральной частью почвы сопровождается образованием малорастворимых солей и глиногумусовых комплексов. Трансформация минеральной части почвы под влиянием органических кислот выражена слабо или отсутствует вообще. Гумусовые кислоты практически не участвуют в миграционных процессах. В профиле почвы накапливается много гумуса и питательных веществ. Такие условия складываются под травянистой растительностью лесостепной и степной зон, где формируются черноземы.[5]

При временном избыточном увлажнении в образовании генетического профиля почвы активное участие принимают фульвокислоты и различные низкомолекулярные органические соединения. Их взаимодействие с минеральной частью почвы сопровождается разрушением первичных и вторичных минералов. При этом образуются подвижные гетерополярные и комплексно-гетерополярные соли, активно мигрирующие в почвенном профиле и способствующие профильной дифференциации веществ, а также обособлению генетических горизонтов. Органопрофиль таких почв, как правило, небольшой мощности с невысоким содержанием гумуса и питательных веществ. Таковы подзолистые и дерново-подзолистые почвы.

При постоянном переувлажнении резко тормозятся процессы разложения растительных остатков. Они накапливаются на поверхности, формируя органопрофиль болотных почв, состоящий из торфа, находящегося на разных стадиях разложения.[9]

Гумус сильно влияет на морфологические признаки почвы. При высоком содержании в почве гумуса, а в его составе гуминовых кислот верхняя часть почвенного профиля имеет темную окраску, как правило, рыхлое сложение, комковатую или зернистую структуру. В малогумусных почвах с высоким содержанием фульвокислот органопрофиль окрашен в светло-серые тона, почвы уплотнены, часто бесструктурны и содержат много органо-минеральных новообразований в виде различных конкреций.[10]

С гумусом прямо или косвенно связаны многие свойства почвы. Так, почвы с высоким содержанием гумуса отличаются высокой буферностью и поглотительной способностью, до 70 % которой может быть обусловлено органической частью почвы. В почвах, не насыщенных основаниями, свободные фульвокислоты и низкомолекулярные органические кислоты принимают участие в формировании актуальной кислотности. В почвах с щелочной реакцией среды гуматы и фульваты натрия вносят вклад в актуальную щелочность, а также пептизируют и стабилизируют почвенные коллоиды.

Органическое вещество играет большую роль в регулировании окислительно-восстановительного состояния почв. Выступая как окислитель и восстановитель, а также как буфер в окислительно-восстановительном интервале, органическое вещество в значительной мере определяет окислительно-восстановительную буферную емкость почвы. Это имеет важное практическое значение и широко используется в сельскохозяйственном производстве, в частности при возделывании риса. При внесении соломы в почвы рисовых полей увеличивается окислительно-восстановительная буферная емкость, медленнее падает окислительно-восстановительный потенциал и задерживается образование токсичного Н2 до момента развития более взрослых и более устойчивых к анаэробиозису растений.

Гумусированные почвы, как правило, лучше оструктурены. Образование агрономически ценных водопрочных агрегатов обусловлено возникновением глиногумусовых и органоминеральных комплексов и сопровождается увеличением межагрегатной и внутриагрегатной пористости.

Органическое вещество важный фактор оптимизации водного режима почв, поскольку с увеличением его содержания возрастает величина свободной поверхности и соответственно влагоемкость почвы. Причем с органическим веществом вода связана менее прочно, чем с минеральными компонентами, и, следовательно, более доступна растениям. В то же время при увеличении пористости и улучшении агрегированности под влиянием органического вещества вода лучше проникает в почву, возрастает ее водоудерживающая способность. В результате уменьшаются испарение и сток воды с поверхности почвы, ослабляются эрозионные процессы.

С органическим веществом связан и тепловой режим почв. Высокогумусированные темноокрашенные почвы имеют температуру на несколько градусов выше светлоокрашенных малогумусных, что влияет на состав популяций почвенной биоты, режим разложения органического вещества, характер протекания химических реакций и условия произрастания культурных растений.[12]

1.3 Свойства гуминовых и фульвокислот. Их роль в процессах почвообразования

Фульвокислоты и гуминовые кислоты -- это комплексы различной природы, входящие в состав почв; их важно отделить для лучшего определения их свойств.

Фульвокислоты. Кремовые кислоты, растворимые в воде, по-видимому, существенно не отличаются от фульвокислот; согласно Тюрину, фульвокислоты становятся нерастворимыми в воде благодаря присутствию комплексированных форм железа и алюминия. Форсайт отделил методом хроматографии четыре фракции фульвокислот: полисахариды, типы уроновых кислот, аминокислоты и таниновые вещества; эти последние обнаруживают родство с полифенолпротеиновыми комплексами. Эти комплексы, часто присутствующие в бедной азотом и биологически неактивной среде, бывают слабо полимеризованы. Они могут быть отнесены то к фульвокислотам, то к гуминофульватам, предшественникам, которые очень близки к бурым гуминовым кислотам.[8]

Тюрин отделяет свободные, наиболее растворимые фульвокислоты с очень кислыми свойствами (вытяжки из кислых растворов) от кислот, которые соединяются с гуминовыми кислотами. Они, следовательно, менее активны, их экстрагируют щелочами одновременно с гуминовыми кислотами. почва гуминовый гранулометрический катионный

Гуминовые кислоты. Мы установили существование двух больших групп гуминовых кислот:

Бурые гуминовые кислоты -- светлого цвета, слабо полимеризо - ванные, довольно подвижные в почве. Они слабо связаны с глинами и медленно флокулируют при воздействии кальция в больших концентрациях; во время электрофореза на бумаге они мигрируют к аноду.

Серые гуминовые кислоты -- более темного цвета, сильнее полимеризованы, тесно связаны с глинами; быстро флокулируют под воздействием даже малых концентраций кальция; при электрофорезе на бумаге слабо или совсем не мигрируют. [13]

1.4 Плодородие почвы

Плодородие почвы -- способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной.[16]

Плодородие почв в силу своих жизненно важных функций издревле выступает не только как агрономическая категория, но и как социальная, экономическая, философская, а в последнее время как экологическая.[2]

Уровень потенциального плодородия определяют:

1. Содержание гумуса и его качество, влияющее на запасы азота и других питательных и ростактивирующих веществ, поглотительную способность и буферность почвы, структурное состояние и агрофизические характеристики.

2. Содержание питательных веществ (азот, фосфор, калий, сера и другие макро- и микроэлементы, их общее количество и степень подвижности, доступности растениям), определяющее питательный режим.

3. Гранулометрический состав, влияющий на общий химический и минералогический состав, поглотительную способность и буферность почвы, структурное состояние, агрофизические характеристики, водно-воздушный и тепловой режимы, интенсивность и соотношение процессов трансформации и минерализации органического вещества почвы, аккумуляции вымывания.

4. Состав обменно-поглощенных катионов, влияющий на состояние почвенных коллоидов, агрофизические свойства, реакцию почвенного раствора и его и его физиологическое равновесие, буферность почвы.

5. Микробиологическая и ферментативная активность, влияющая на процессы трансформации органических и минеральных соединений, питательный режим.

6. Общий химический и минералогический состав, определяющий действительные и потенциальные возможности, резервы плодородия.

7. Реакция почвенного раствора, солевой состав, фитотоксичные вещества, влияющие на токсикационный режим.

8. Структурное состояние корнеобитаемого слоя, мощность и строение почвенного профиля, влияющие на водно-воздушный режим, агрофизические свойства почвы.

9. Величина максимальной гигроскопичности и диапазон активной влаги, влияющие на водный режим.

10. Уровень грунтовых вод и их минерализация, влияющие на водный режим, химический состав, физико-химические и агрофизические свойства почвы.[3,4]

2. Практическая часть

Определение гранулометрического состава полевым методом.

Полевой метод также называют мокрым методом. Образец растертой почвы увлажняют и перемешивают до тестообразного состояния, при котором почвы становятся наиболее пластичными. При определении гранулометрического состава карбонатных почв и пород применяют вместо поды 10%-ную HCl для разрушения водопрочных агрегатов.

Из подготовленной почвы на ладони скатывают шарик и раскатывают его в шнур толщиной 3 мм, затем свертывают в кольцо диаметром 2…3 см. В зависимости от гранулометрического состава почвы или породы показатели будут следующими (Таб.1):

Таблица 1 - Пластичность почвы в зависимости от гран. состава

На практических занятиях мы определяли гранулометрических состав почвы таким методом. Изучаемая почва легко превращалась в шарик, в последствии образовывала шнур, который был весьма не прочен. По этим показателям можно сделать вывод, что изучаемая почва - легкий суглинок.

Определение углерода гумуса по методу И.В. Тюрина модернизации В.Н. Симакова.

Органическое вещество неотъемлемая часть почвы. Без органического вещества почва не имела бы столь темный окрас и не давала бы пищу всем растениям и животным на планете. Органическое вещество является источником азота и зольных элементов питания для растений. Установлено, что около 50% потребности в азоте культурные растения получают за счет почвенного органического вещества, прежде всего легкоразлагаемого, остальные 50% - за счет минеральных удобрений. Органическое вещество выявляют с помощью лабораторных анализов, полевых опытов и практических занятий. На одном из таких практических занятий мы определили процентное содержание гумуса в почве.

Дерново-подзолистые почвы -- подтип подзолистых почв. Содержат 3-7 % гумуса, среди подзолистых почв наиболее плодородны. Распространены на юге лесной зоны Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнин. Дерново-подзолистые почвы характерны для зоны широколиственных лесов.[14]

Определение процентного содержание гумуса мы проводили по методу И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова.

Данный метод основан на окислении углерода гумусовых веществ до СО2 0,4 н. раствором двухромовокислого калия (K2Cr2O7), приготовленного на серной кислоте, разведенной в воде в объемном отношении 1:1. Остаток хромовой смеси, не прошедший на окисление углерода, оттитровывают солью Мора. По количеству хромовой смеси, израсходованной на окисление органического углерода, судят о его количестве.

Реакция окисления протекает по следующим уравнениям:

2K2Cr2O7+8H2SO4=2K2SO4+2Cr(SO4)3+8H2O+3O2,

3C+3O2=3CO2.

Для почв, содержащих свыше 0,6% хлоридов, закисных соединений железа и марганца, метод непригоден, так как часть хромовой смеси расходуется на окисление этих соединений, что искажает результаты анализа. Метод неприменим также при содержании гумуса свыше 15%, так как при этом не достигается полноты окисления.

Содержание органического углерода вычисляют по формуле:

Где С - содержание органического углерода, % к массе сухой почвы; V1 - количество соли Мора, пошедшее на холостое титрование (мл); V2 - количество соли Мора, пошедшее на титрование остатка хромовокислого калия (мл); KM - поправка к титру соли Мори; 0,0003 - количество органического углерода, соответствующее 1 мл 0,1 г раствора соли Мора, г. При использовании 0,2 н. раствора соли Мора количество органического углерода, соответствующее 1 мл соли Мора, равно 0,00006 г; KW - коэффициент пересчета на сухую почву; m - навеска воздушно-сухой почвы, г.

Вычисление процентного содержания гумуса из расчета, что в его составе содержится в среднем 58% органического углерода (1 г углерода соответствует 1,724 г гумуса).

Гумус(%)=С(%)?1,724.

В процессе практической работы нами было подсчитано, что:

Гумус(%)=1,62 1,724=2,79%

Низкий запас гумуса в данной почве, по сравнению с черноземом типичным, характеризуется тем, что в гумусе этой почвы преобладают растворимые продукты гумификации (фульвокислоты и их соли -- фульваты), которые вымываются осадками до грунтовых вод.

Таблица 2 - Обеспеченность гумусом по типу почв[15]

Сущность метода заключается в определении объема твердой фазы почвы путем вытеснения воды и пикнометра взятой навеской почвы.

Плотность твердой фазы почвы вычисляют по формуле:

Где d - плотность твердой фазы почвы (г/см3); m - навеска сухой почвы (г); m1 - масса пикнометра с водой (г); m2 - масса пикнометра с водой и почвой (г); V - объем твердой фазы почвы (см3).

Порозность почвы

Изучаемая почва - Чернозем обыкновенный Апах.

Порозность почвы - это суммарный объем пор между твердыми частицами, занятый водой и воздухом. Различают общую порозность, капиллярную (внутриагрегатную) и некапиллярную (межагрегатную). Капиллярные поры при влажности, соответствующей ППВ, полностью заняты водой. Некапиллярные (крупные поры) обычно заняты воздухом (порозность аэрации). Общая порозность соответствует полной влагоемкости. Последняя всегда несколько меньше (на 2-7%), поскольку всегда остается защемленый в порах воздух.

Общую порозность (Pобщ , % от объема) можно вычислить по показателям плотности почвы (dv) плотности твердой фазы (d):

Где d - плотность твердой фазы почвы (г/см3); dV - плотность почвы (г/см3).

Заключение

В заключение хочу снова подчеркнуть важность органического вещества во всех процессах живой и не живой природы. Без органического вещества почва не была бы плодородна и не смогла бы давать питательные вещества растениям, а растения в свою очередь не смогли бы давать пищу животным или человеку. При использовании почвы в целях производства сельскохозяйственных культур, человеку следует следить за состоянием почвы и вовремя вносить органические или минеральные удобрения, а также давать почве «отдыхать» от постоянной работы на человека.

Источники

1 Ганжара Н.Ф. Почвоведение / Ганжара Н.Ф - М.: Агроконсалт, 2001.

2 Кирюшин В.И. Агрономическое почвоведение. - СПб.: КВАДРО, 2013.

3 Муха В.Д. Агропочвоведение / В.Д. Муха, Н.И. Картамышев и др. - М.: Колос.

4 Никитин Б.А. Плодородие почвы, его виды и методы оценки. Горький: ГСХИ, 1981.

5 Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации.М.,1996.

6 Рассел.Э.Д. Почвенные условия и рост растений.М., 1955.

7 Роде А.А. Система методов исследования в почвоведении. Новосибирск, 1971.

8 Розанов Б.Г. Морфология почв.М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983.

9 Фридланд В.М. Структура почвенного покрова. М., 1972

10 Шишов Л.Л., Дурманов Д.Н., Карманов И.И., Ерофеев В.В. Теоритические основы и пути регулирования плодородия почв. М.: Агропромиздат, 1991.

Размещено на Allbest.ru