Основы земельной экологии

Благодаря сильнокислой реакции и хорошей растворимости в воде фульвокислоты энергично разрушают минеральную часть почвы. Фульваты -- соли щелочных и щелочноземельных металлов, хорошо растворимы; комплексные соединения с железом и алюминием также частично растворимы.

Гумины представляют инертную часть гумуса, которая не извлекается из почвы обычными методами. Их содержание в гумусе составляет 15...20 %.

Наиболее интенсивно образование гумуса происходит при влажности почвы около 60 % и температуре 25...30 °С, но вэтих условиях процессы его разложения также протекают активно и гумуса в почвах накапливается мало.

В условиях дефицита влаги биомассы образуется немного, поэтому невелико и количество растительного опада. В таких условиях гумус накапливается в незначительных количествах.

При постоянном избытке влаги в почве формируется дефицит кислорода, снижается микробиологическая активность, гумусообразование замедляется. Растительные остатки образуют в полуразложившейся форме торф.

Наибольшее количество гумуса в почвах накапливается при сочетании оптимального гидротермического режима с периодически повторяющимся не очень сильным иссушением. Такие условия создаются при формировании черноземов.

В состав почвы входят твердые, жидкие и газообразные компоненты. Твердая фаза представлена органическими, минеральными и органоминеральными частицами. Совокупность коллоидных частиц почвы, участвующих в процессах поглощения веществ, называется почвенным поглощающим комплексом (ППК).

Жидкая фаза почвы вместе с растворенными в ней веществами образует почвенный раствор. Он содержит органические кислоты и их соли, а также соли минеральных кислот: нитраты, фосфаты, сульфаты, хлориды, карбонаты и др.

Растения поглощают элементы питания в растворенном виде. Особенности этого поглощения зависят от концентрации почвенного раствора и соотношения в нем свободных ионов Н" и ОН . При высокой концентрации почвенного раствора растения утрачивают способность извлекать из него элементы минерального питания, при низкой - проявляются признаки голодания и снижается продуктивность.

Если в почвенном растворе концентрации ионов H⁺ и ОН^- одинаковы, то реакция будет нейтральной, если ионов Н⁺ больше -- кислой, меньше -- щелочной.

32. Обменная поглотительная способность почвы, ее роль при взаимодействии почвы и удобрения

Большую роль в питании растений и в превращении внесенных в почву удобрений играет ее поглотительная способность. Под поглотительной способностью понимается способность почвы поглощать различные вещества из раствора, проходящего через нее, и удерживать их. Основы современных представлений о поглотительной способности почвы были заложены работами академика К. К. Гедройца. Он различал пять видов поглощения в почве: биологическая, механическая, физическая, химическая, обменная.

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность имеет особенно важное значение при взаимодействии удобрений с почвой. Физико-химическое поглощение -- это способность мелкодисперсных (от 0, 2 до 0, 001 мкм) коллоидных частиц почвы поглощать из раствора различные катионы. Поглощение одних катионов сопровождается вытеснением в раствор эквивалентного количества других, ранее связанных твердой фазой почвы.

Вся совокупность органических и минеральных коллоидных частиц почвы (представленных гумусовыми веществами, глинистыми минералами и гидроксидами железа и алюминия), участвующих в обменном поглощении катионов, была названа К. К- Гедройцем почвенным поглощающим комплексом (ППК).

Способность органических и минеральных коллоидных частиц к обменному поглощению катионов обусловлена тем, что большая часть их имеет отрицательные заряды.

В естественном состоянии почвы всегда содержат определенное количество поглощенных катионов (Са²⁺, Mg²⁺, Н⁺, Аl³⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺ и др.). Эти катионы могут обмениваться на другие катионы, находящиеся в растворе.

Обмен катионами между раствором и почвенным поглощающим комплексом происходит в строго эквивалентных количествах.

Реакция обмена катионов протекает быстро. При внесении в почву легкорастворимых удобрений (КСl, NH₄Cl, NH₄NO₃ и др.) они сразу же вступают во взаимодействие с ППК, катионы их поглощаются в обмен на катионы, ранее находившиеся в поглощенном состоянии.

В зависимости от концентрации раствора, его объема и природы обменивающихся катионов между катионами раствора и катионами почвенного поглощающего комплекса устанавливается некоторое подвижное равновесие. При изменении состава почвенного раствора это равновесие смещается, в результате одни катионы переходят из раствора в поглощенное состояние, а другие -- из поглощенного состояния в почвенный раствор. При внесении минеральных удобрений, например KCl, концентрация почвенного раствора повышается, катионы удобрения вступают в обменную реакцию с катионами почвенного поглощающего комплекса и поглощаются почвой.

При усвоении какого-либо катиона растениями концентрация его в растворе уменьшается, он переходит из поглощенного состояния в раствор в обмен па другие катионы, содержащиеся в почвенном растворе. Чем выше степень насыщенности поглощающего комплекса данным катионом, тем легче и быстрее он вытесняется в раствор. Количество катионов, вытесняемых из поглощенного состояния в раствор, возрастает с повышением концентрации раствора, а при одинаковой концентрации -- с увеличением объема раствора вытесняющей соли.

Разные катионы обладают неодинаковой способностью к поглощению. Чем больше заряд (валентность) катиона и его атомная масса, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из поглощенного состояния другими катионами. Исключение из этого правила составляют ионы Н + , которые имеют наименьшую атомную массу, но обладают высокой энергией поглощения и способностью вытеснять другие катионы из ППК.

33. Экологический мониторинг, его классификация, цель и задачи

Экологический мониторинг - это система сбора и анализа информации о состоянии естественных и антропогенных изменениях окружающей среды в целях ее охраны, рационального использования природных ресурсов, охраны здоровья и благосостояния людей. Его результаты служат основой планирования и реализации мероприятий по защите окружающей среды от техногенного загрязнения.

Мониторинг представляет собой систему повторных наблюдений элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой.

Термин "мониторинг" был официально выдвинут в 1972 г. на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде. Однако понятие этого термина постоянно претерпевает изменение. Если при своем становлении его основной функцией было слежение за показателями качества окружающей среды, то в настоящее время мониторинг призван выявлять критические и экстремальные ситуации, приоритетные факторы антропогенного воздействия на окружающую среду, производить оценку и прогноз состояния объектов наблюдения, обладать управляющими воздействиями для регулирования взаимного влияния объектов техносферы, гидросферы, литосферы, атмосферы и биосферы, что выражается в следующих функциях: контроль за состоянием объектов наблюдения; контроль за источниками нарушения экологического равновесия; моделирование и прогноз состояния объектов; управление экологическими процессами.

Федеральным законом №7-ФЗ от 20.12.2001 г. «Об охране окружающей среды» (ст. 1) мониторинг окружающей среды (экологический мониторинг) определен как комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.

Государственный мониторинг окружающей среды (государственный экологический мониторинг) - это мониторинг окружающей среды, осуществляемый органами государственной власти Российской Федерации и органами государственной власти субъектов Российской Федерации в соответствии с их компетенцией.

Требования в области охраны окружающей среды (природоохранные требования) - это требования предъявляемые к хозяйственной и иной деятельности обязательные условия, ограничения или их совокупность. Они установлены законами, иными нормативными правовыми актами, природоохранными нормативами, государственными стандартами и иными нормативными документами в области охраны окружающей среды.

Задачи экологического мониторинга определены Постановлением Правительства РФ от 31 марта 2003 г. N 177 «Об организации и осуществлении государственного мониторинга окружающей среды (государственного экологического мониторинга)»: организация и проведение наблюдения за количественными и качественными показателями (их совокупностью), характеризующими состояние окружающей среды, в том числе за состоянием окружающей среды в районах расположения источников антропогенного воздействия и воздействием этих источников на окружающую среду; оценка состояния окружающей среды, своевременное выявление и прогноз развития негативных процессов, влияющих на состояние окружающей среды, выработка рекомендаций по предотвращению вредных воздействий на нее; информационное обеспечение органов государственной власти, органов местного самоуправления, юридических и физических лиц по вопросам состояния окружающей среды; формирование государственных информационных ресурсов о состоянии окружающей среды; обеспечение участия Российской Федерации в международных системах экологического мониторинга.

34. Почвенные коллоиды: состав, свойства и роль в почвообразовании и плодородии почв

Коллоиды- это тонкодисперсные частицы почвы размером менее 0,0002мм. Образуются эти частицы путем диспергации (дробления) более крупных частиц или конденсации многих молекул в агрегаты молекул. Их количество в почве различно - от 1-2 до 30-40% к массе почвы.

По составу почвенные коллоиды подразделяют на минеральные, органические и органо-минеральные. Минеральные коллоиды представлены преимущественно вторичными минералами (монтмориллонит, каолинит, бейделит), гидроокисями Fe, Al, кремния и частично тонкодисперсной фракцией первичных минералов (кварц, слюда).

Органические коллоиды состоят из различных перегнойных веществ и имеют высокую степень дисперсности. Они представлены преимущественно веществами гумусовой и белковой природы.

Органо-минеральные коллоиды возникают при взаимодействии гумусовых веществ со вторичными минералами. Следовательно тяжелые и хорошо гумусированные почвы содержат больше почвенных коллоидов и обладают более высокой поглотительной способностью, чем почвы песчаные и бедные органическим веществом.

Всю совокупность коллоидов, обуславливающих поглотительную способность почвы, по предложению академика К. К. Гедройца называют почвенно - поглотительным комплексом (ППК). ППК характеризуется с химической стороны как комплекс нерастворимых в воде алюмосиликатных, органических и органо - минеральных соединений, а с физической стороны - как совокупность тех почвенных соединений, которые находятся в почве в мелкораздробленном состоянии; эта высокодисперсная часть почвы по всей вероятности близко совпадает с коллоидальной частью почвы.

Отдельная структурная единица называется коллоидной мицеллой. Внутри нее находится ядро - агрегаты недиссоциированных молекул основного вещества (аморфного или кристаллического). Вокруг ядра расположен внутренний слой ионов, который называют слоем потенциалопределяющих ионов. Эти ионы, несущие определенный электрический заряд, прочно удерживаются ядром и не могут быть отдиссоциированы.

Ядро со слоем потенциалопределяющих ионов называется гранулой. К поверхности гранулы примыкает слой компенсирующих ионов (противоионов), который прочно удерживается электростатическими силами. Часть ионов компенсирующего слоя неподвижна, т.к. прочно связана с внутренним слоем ионов (потенциалопределяющими), часть подвижна и образует внешний, или диффузный, слой. Этот слой образует рой (облако) ионов, способных к обменным реакциям. Диффузный слой вместе с коллоидной частице образует мицеллу; она электронейтральна но поскольку масса ее принадлежит грануле, то заряд последней считается зарядом коллоида. Мицелла (дисперсная фаза) окружена внешним интермицеллярным раствором (дисперсной средой).

По электрическому заряду частиц все коллоиды подразделяют на ацидоиды, базоиды и амфолитоиды. Ацидоиды - отрицательно заряженные коллоиды, они содержат в потенциалопределяющем слое анионы, а в диффузном - катионы. Базоиды - положительно заряженные коллоиды, несущие в потенциалопределяющем слое катионы, а в диффузном - анионы. Большинство почвенных коллоидов являются ацидоидами. К ним относятся гумусовые кислоты, глинистые минералы и кремнекислота в коллоидном состоянии. Ацидоиды способны отдиссоциировать в раствор ионы Н⁺, Na⁺, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺ и др. Базоиды в почве представлены преимущественно гидратами окиси Al, Fe и белковыми веществами. Они способны отдиссоциировать в раствор анионы ОН^- и содержат в диффузном слое различные анионы (Al⁺⁺⁺, Cl<sup>`</sup>, SO4``, NO<sub>3</sub>` и др.)

35. Классификация азотных удобрений и особенности их применения

Азотные удобрения -- неорганические и органические азотосодержащие вещества, которые вносят в почву для повышения урожайности. К минеральным азотным удобрениям относят амидные, аммиачные и нитратные. Азотные удобрения получают главным образом из синтетического аммиака. Из-за высокой мобильности соединений азота, его низкое содержание в почве часто лимитирует развитие культурных растений, поэтому внесение азотных удобрений вызывает большой положительный эффект.

При внесении азотных удобрений повышается урожай практически всех культур. Азотные удобрения в сельском хозяйстве и огородничестве применяются повсеместно: для овощных культур, для картофеля, свёклы, помидор, огурцов, для плодово-ягодных культур, плодовых деревьев, кустарников, винограда, клубники, земляники, декоративных растений, цветов (розы, пионы, тюльпаны и др.), также используют для рассады и газонов.

Нормы внесения

· Для садов и огородов средней дозой для основного внесения под картофель, овощные, плодово-ягодные и цветочные культуры следует считать 0,6-0,9 кг азота на 100 мІ.

· При подкормках для картофеля, овощных и цветочных культур - 0,15-0,2 кг азота на 100 мІ., для плодово-ягодных культур - 0,2 - 0,3 кг азота на 100 мІ.

· Для приготовления раствора берут 15-30 г азота на 10 л воды при распределении раствора на 10І.

· Для внекорневой подкормки применяют 0,25-5% растворы (25-50 г на 10 л воды) при распределении на 100-200 мІ.

Азотные удобрения подразделяются на следующие группы:

- нитратные удобрения (селитры), которые содержат азот в нитратной форме;

- аммонийные и аммиачные удобрения (твердые и жидкие), которые содержат азот в аммонийной и аммиачной форме;

- аммонийно-нитратные удобрения, они содержат азот в аммонийной и нитратной форме (аммиачная селитра);

- удобрения, в которых азот находится в амидной форме (мочевина, или карбамид);

- водные растворы мочевины (карбамида) и аммиачной селитры, которые получили название КАС (карбамид-аммиачная селитра).

Весь ассортимент производства азотных удобрений можно объединить в 3 группы:

1. Аммиачные удобрения (например, сульфат аммония, хлористый аммоний);

2. Нитратные удобрения (например, кальциевая или натриевая селитра);

3. Амидные удобрения (например, мочевина).

Кроме этого, выпускаются удобрения, содержащие азот одновременно в аммиачной и нитратной форме (например, аммиачная селитра).



36. Процедура проведения экологической экспертизы

Процедура проведения государственной экологической экспертизы (ГЭЭ) состоит из нескольких этапов: предварительное рассмотрение поступивших материалов; формирование и работа экспертной комиссии.

На стадии предварительного рассмотрения поступивших материалов проводятся следующие работы:

1. Материалы, поступившие (с сопроводительным письмом) в МПР РФ (территориальный орган МПР РФ), регистрируется в установленном порядке в Главгосэкоэкспертизе (экспертном подразделении) и, распоряжением начальника Главгосэкоэкспертизы (экспертного подразделения), передается в соответствующий отдел на рассмотрение.

2. Руководитель отдела назначает ответственного за проведение экспертизы штатного сотрудника экспертного подразделения (далее ведущего эксперта).

3. Ведущий эксперт в течение пяти дней проверяет комплектность поступившей документации, определяет сложность ГЭЭ, количество привлекаемых экспертов и, на этом основании, подготавливает счет за оплату экспертных работ.

В случае представления некомплектной документации заказчику направляется письмо за подписью начальника Главгосэкоэкспертизы (экспертного подразделения) с перечнем недостающих материалов с указанием срока их представления. Документация, неукомплектованная в течение установленного срока, возвращается заказчику.

4. Ведущий эксперт, ответственный за проведение ГЭЭ, готовит письмо за подписью начальника Главгосэкоэкспертизы (экспертного подразделения) заказчику с указанием срока рассмотрения документации и приложением счета на оплату в трех экземплярах, подписанных главным бухгалтером и руководителем (распорядителем кредита) МПР России (территориального органа МПР России), один экземпляр из которых подлежит возврату в Министерство с уведомлением об оплате.

5. Дата начала проведения экологической экспертизы, экспертных работ устанавливается приказом только после полного укомплектования поступивших материалов и получения копии оплаченного счета.

6. Порядок включения в перечень и оплата при повторной экспертизе соответствуют порядку проведения и оплаты ранее проведенной экспертизы.

Работа экспертной комиссии начинается с проведения первого пленарного заседания по экспертируемому объекту, на котором присутствуют члены экспертной комиссии, представители заказчика, проектной организации и, при необходимости, других заинтересованных организаций и общественности. На заседании, которое ведет председатель экспертной комиссии, заслушивается доклад авторов (разработчика проектной документации) по рассматриваемому объекту (все заседания оформляются протоколом и явочным листом). Результаты пленарного заседания оформляются протоколом и явочным листом. Каждому члену экспертной комиссии для подготовки заключения предоставляются материалы экспертируемого объекта, список экспертной комиссии и календарный график работы. Члены экспертной группы, в течение срока проведения экспертизы (число дней уточняется в каждом конкретном случае в зависимости от сложности объекта экспертизы, обычно 10-15 дней), изучают материалы и подготавливают индивидуальные экспертные заключения, которые печатаются в трех экземплярах и подписывается экспертами. Два экземпляра передается в экспертное подразделение, третий - руководителю группы. После получения индивидуальных экспертных заключений руководители групп в течение 10 дней подготавливают и представляют ведущему эксперту (ученому секретарю) или председателю экспертной комиссии групповые и индивидуальные заключения.



37. Водный режим почвы, его типы. Мероприятия по регулированию водного режима

Состояние воды в почве отличается высокой динамичностью. Под влиянием различных факторов (природных и антропогенных) влажность почвы непрерывно изменяется как во времени, так и в пределах почвенного профиля, почвенная влага переходит из одних форм в другие. Совокупность всех явлений поступления влаги в почву, ее передвижения и расхода, изменение ее физического состояния называют водным режимом почвы. Количественной характеристикой водного режима почвы служит ее водный баланс, учитывающий приходные и расходные статьи влаги. Формирование водного режима почв происходит под воздействием различных факторов: климатических условий, особенностей рельефа местности, литологии почвообразующих пород, растительности, глубины залегания уровня грунтовых вод, водно-физических свойств почвы, деятельности человека. Характер сочетания и степень выраженности этих факторов обусловливают количественное соотношение приходных и расходных статей водного баланса. От этого зависят масштабы влагозапасов и преимущественное направление передвижения влаги в почвенном профиле в сезонных и годовых циклах. т. е. тип водного режима. Основы учения о водном режиме почв и его типах заложил Г.Н.Высоцкий. Он выделял четыре типа водного режима -- промывной, непромывной, выпотной и водозастойный. Дальнейшее развитие эта проблема получила в работах А. А. Роде, который выделял шесть типов водного режима, дополнительно подразделяя их на подтипы. В настоящее время выделяют следующие типы водного режима почв.

Мерзлотный тип характерен для почв, формирующихся в области распространения многолетней мерзлоты. Большую часть года почвенная влага находится в форме льда. Водонасыщающий, иди водозастойный, тип характерен для болотных почв, в обычные по увлажнению годы влажность почвы находится на уровне полной влагоемкости. Промывной тип формируется в том случае, когда количество осадков, выпавшее за год, превышает величину испаряемости за тот же период. Непромывной тип формируется в почвах степной и сухостепной зон (обыкновенные и южные черноземы, каштановые почвы), где средняя годовая норма осадков меньше величины испаряемости. Аридный или сухой типхарактерен для почв пустынь и полупустынь - бурых, серо-бурых и др. В таких почвах величина испаряемости существенно выше, чем годовая норма осадков. Выпотной тип формируется в почвах при неглубоком залегании уровня грунтовых вод в степной и особенно полупустынной и пустынной зонах, т. е. там, где испаряемость заметно превышает количество выпадающих осадков. Десуктивно-выпотной тип отличается от выпотного тем, что влагу, поступающую от грунтовых вод по капиллярам, на той или иной глубине почвенного профиля поглощают корневые системы растений. Паводковый тип характерен для почв, периодически затапливаемых речными, склоновыми, дождевыми водами, в этом случае в зависимости от зоны, геоморфологического положения почвы (пойма реки, под, шлейф склона), глубины залегания грунтовых вод периодическое паводковое затопление почвы сменяется в межпаводковый период водным режимом другого типа. Ирригационный тип формируется при искусственном орошении и отличается большим разнообразием категорий в зависимости от вида полива (аэрозольное орошение, дождевание, поверхностный полив, субирригация) и поливной нормы, глубины сезонных колебаний уровня грунтовых вод, наличия и характера искусственного дренажа. Осушительный тип формируется на искусственно осушаемых заболоченных и болотных почвах. Его конкретная характеристика определяется видом дренажа и степенью регулирования.



38. Особенности применения суперфосфата и фосфоритной муки

Действующее вещество фосфорных удобрений - фосфор.

Отдельные виды минеральных фосфорных удобрений различаются между собой не только по процентному составу, но и по степени растворимости.

Все фосфорные удобрения, в том числе и водорастворимые, закрепляются почвой, то есть они остаются в тех местах, куда были внесены, вниз с водой они не проникают, следовательно, и не вымываются из почвы.

Если почву перекапывают и осенью и весной, то труднорастворимые фосфорные удобрения (фосфоритную муку) заделывают осенью, а суперфосфат - весной.

Летом в подкормки суперфосфат вносят только под землянику и малину. Под плодовые деревья фосфорные подкормки, как правило, не дают.

Можно ли фосфорные удобрения вносить в повышенных дозах и в каких случаях. В повышенных дозах фосфорные удобрения вносят при заправке почвы, когда хотят обогатить почву фосфором на ряд лет. В этом случае лучше использовать труднорастворимые фосфорные удобрения в смеси с суперфосфатом. Суперфосфат, внесенный в чрезмерно высоких дозах, может повлиять на растение отрицательно, особенно при внесении азотных удобрений и аммиачной форме - нарушается нормальный процесс превращения аммиака в органическое соединение. Кроме того, под влиянием очень высоких доз суперфосфата меньше поступают в растение некоторые микроэлементы (цинк, бор, и др.).

Обычно суперфосфат вносят не более 100 г на 1 кв.м. Фосфоритную муку можно вносить в очень высоких дозах (иногда до 0,5 кг на 1 кв. м.)

В чем преимущество гранулированного суперфосфата. В почве, особенно в кислой, порошковидный суперфосфат переходит в неусвояемое для растений состояние, и тем больше, чем лучше перемешан с почвой. Чтобы избежать этого, часть суперфосфата промышленность выпускает в форме мелких - от 1 до 4 мм - зерен (гранул).

Гранулированный суперфосфат меньше, чем порошковидный, соприкасается с почвой, поэтому фосфорная кислота его лучше усваивается растениями.

К компостам лучше добавлять порошковидный суперфосфат - он дешевле гранулированного, если нет порошковидного, то можно брать и гранулированный.

В каких случаях и как следует применять фосфоритную муку. Фосфоритную муку можно вносить только в следующие почвы: подзолистые, серые лесные и деградированные (северные) черноземы.

На почвах нейтральных и щелочных ее не применяют. Отличительное свойство этого удобрения - длительное действие при внесении высоких доз (до 100 - 200 г на 1 кв. м.). Фосфоритную муку в чистом виде или в смеси с суперфосфатом применяют при заправках почвы до посадки растений или в первые годы после посадки. Можно вносить фосфоритную муку и на участки, на которых растут взрослые насаждения. Во всех случаях ее надо как можно лучше смешивать с почвой. Вносят фосфоритную муку весной или осенью (сначала равномерно рассеивают по участку, потом его перекапывают).

Фосфоритную муку вносят до известкования почвы или через 2-3 года после внесения извести. На почвах очень кислых, например вышедших из-под хвойного леса, перед внесением фосфоритной муки можно внести и известь, но в небольшой дозе, не более 100 - 200 г молодого известняка на 1 кв. м. Фосфоритную муку можно смешивать с другими удобрениями, например с сульфатом аммония, аммиачной селитрой, хлористым калием.

Нельзя смешивать только с известковыми удобрениями, цианамидом кальция и золой, так как растворимость фосфоритной муки в этом случае уменьшается.



39. Свойства и функции экосистем

Наиболее важные свойства экосистем являются следствием иерархической организации уровней жизни. По мере объединения подсистем в более крупные системы у последних возникают уникальные свойства, которых не было на предыдущем уровне, которые нельзя предсказать на основании свойств систем низшего порядка, составляющих систему более высокого уровня организации. В экологии это качество называют эмерджентным, то есть неожиданно появляющимся.

Биологические системы обладают свойствами, которые нельзя свести к сумме свойств составляющих их подсистем. Например, водород и кислород, соединяясь, образуют воду - жидкость, свойства которой нельзя предсказать, исходя из свойств исходных газов, или психология толпы не есть сумма психологических портретов отдельных людей.

Американский эколог Ю. Одум писал: «Хорошо известный принцип несводимости свойств целого к сумме свойств его частей должен служить первой рабочей заповедью эколога», т. е. для изучения высокоорганизованных систем необходимо изучить именно их специфические свойства. Чтобы сохранить цивилизацию, недостаточно исследовать ее на уровне клетки или организма. Чтобы изучить проблему, например, загрязнения необходимо изучить законы функционирования высших систем.

Наиболее важной функцией любых экосистем является взаимодействие автотрофных и гетеротрофных процессов. Примерно миллион лет тому назад некоторая часть синтезируемого вещества не расходовалась, а сохранялась и накапливалась в осадках. Преобладание скорости синтеза над скоростью разложения органических веществ обусловило уменьшение содержания углекислого газа и накопление кислорода в атмосфере. Без наличия жизни состав атмосферы на Земле приближался бы к составу безжизненных планет Марса и Венеры. Это означает, что зеленые организмы сыграли основную роль в формировании геохимической среды Земли, благоприятной для других организмов. Наблюдаемое сейчас соотношение газов в атмосфере выработалось примерно 60 млн лет тому назад. Соотношение скоростей автотрофных и гетеротрофных процессов является одной из главных функциональных характеристик экосистем и определяется как соотношение концентрации СО₂ и О₂ в экосистемах, т. е. как соотношение аккумулированной продуцентами и рассеянной консументами энергий. Баланс этих процессов в экосистемах может быть положительным или отрицательным. Системы с преобладанием автотрофных процессов (тропический лес, мелкое озеро) имеют положительный баланс. Системы, в которых преобладают гетеротрофные процессы (горная река, город), имеют отрицательный баланс. Человек, сжигая органические вещества в виде горючих ископаемых, ведя сельское хозяйство, уничтожая леса, убыстряет процессы разложения. В воздух выбрасывается большое количество СО₂, ранее связанного в угле, нефти, торфе, древесине. Установившееся равновесие автотрофных и гетеротрофных процессов на Земле поддерживается благодаря способности экосистем и биосферы к саморегуляции. Саморегуляция экосистем - важнейший фактор их существования - обеспечивается внутренними механизмами, устойчивыми интегративными связями между их компонентами, трофическими и энергетическими взаимоотношениями. Человек - самое могущественное существо, способное изменить функционирование экосистем. Человек относится к гетеротрофам, несмотря на совершенство техники, он нуждается в ресурсах жизнеобеспечения, даваемых природой. Сберечь человека можно только с помощью регулирующих механизмов, которые позволяют биосфере приспособиться к отдельным антропогенным воздействиям. Для поддержания своего жизнеобеспечения человек должен стремиться к сохранению режимов саморегуляции естественных систем жизнеобеспечения планеты.



40. Состав обменных катионов в почвах (примеры). Роль обменных катионов в формировании свойств почв

В состав поглощенных катионов входят катионы кальция, магния, водорода, калия, натрия, аммония, железа и алюминия. Энергия поглощения катионов зависит от валентности. Сильнее поглощаются двухвалентные катионы (Са²⁺, Mg²⁺), слабее - одновалентные (Na⁺, NH₄⁺, К⁺). Ион водорода составляет исключение, его энергия поглощения во много раз превосходит энергию поглощения даже двухвалентных катионов. Поглощение катионов почвой сильно зависит от их концентрации в почвенном растворе. Катионы с большей концентрацией в растворе сильнее вытесняют из ППК другие катионы.

Качественный и количественный состав ППК в почвах разных типов значительно различается. Так, в черноземах ППК насыщен главным образом Са²⁺ и Mg²⁺. Известно, что эти двухвалентные катионы вызывают коагуляцию коллоидов и способны удерживать одновременно две коллоидные частицы. А так как в черноземах содержится еще и достаточное количество гумуса, то в них формируется ценная структура.

В почвах, находящихся к северу от черноземной зоны, кроме кальция и магния в ППК присутствует катион водорода, который создает кислую реакцию. В южных почвах наряду с кальцием и магнием присутствует катион натрия.

Особенно много поглощенного Na⁺ в солонцах. Почвы, насыщенные натрием, во влажном состоянии набухают, а при высыхании сильно уменьшаются в объеме, в них возникают вертикальные трещины, образуя столбчатые отдельности.

В зависимости от наличия поглощенного водорода почвы подразделяются на насыщенные и ненасыщенные основаниями. К почвам, насыщенным основаниями, относят черноземы, каштановые почвы, сероземы. В их поглощающем комплексе находятся только катионы Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺. Ненасыщенные основаниями почвы - это подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, болотные и другие почвы таежно-лесной и лесостепной зон. В них наряду с катионами Са²⁺ и Mg²⁺ содержатся катионы Н⁺ и Аl³⁺. Степень насыщенности почв основаниями (%) вычисляют по формуле

V=S·100/(S+H)

где S - сумма поглощенных оснований, мг-экв/100 г почвы; Н - гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г почвы.

Ион алюминия оказывает отрицательное влияние на рост и развитие сельскохозяйственных растений только в условиях сильнокислой реакции. При наличии в растворе иона водорода ион алюминия становится подвижным и может появляться как в почвенном растворе, так и в ППК.

Таким образом, свойства почвы в значительной степени зависят от состава обменных катионов. Почвы, содержащие Са²⁺ и Mg²⁺, имеют реакцию, близкую к нейтральной, они хорошо оструктурены и обладают благоприятными физическими свойствами. Почвы, в ППК которых наряду с Са²⁺ и Mg²⁺ содержится значительное количество Na⁺, имеют щелочную реакцию, плохо оструктурены и трудно поддаются обработке.

Для почв, ненасыщенных основаниями, характерны кислая реакция серы и слабая структура.

Примерный состав обменных катионов в почвах:

Подзолистые - Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺, H⁺, Al³⁺

Серые лесные - Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺, H⁺

Чернозем обыкновенный, южный - Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺, Na⁺

Чернозем выщелоченный, оподзоленный - Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺, H⁺

Солонец - Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ Каштановые - Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺

Почвы полярной зоны - Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺



41. Химический состав почвы. Понятие потенциальных и эффективных запасов питательных веществ

Химический состав почвы является отражением элементарного состава всех геосфер, принимающих участие в формировании поч вы. Поэтому в состав всякой почвы входят те элементы, которые распространены или встречаются как в литосфере, так и в гидро-, атмо- и биосфере.

В состав почв входят почти все элементы периодической систе мы Менделеева. Однако подавляющее их большинство встречает ся в почвах в очень малых количествах, поэтому в практике при ходится иметь дело всего с 15 элементами. К ним при надлежат прежде всего четыре элемента органогена, т. е. С, N, О и Н, как входящие в состав органических веществ, затем из неме таллов S, Р, Si и С1, а из металлов Na, К, Са, Mg, AI, Fe и Мn.

Перечисленные 15 элементов, составляя основу химического со става литосферы в целом, в то же время входят в зольную часть растительных и животных остатков, которая, в свою очередь, образуется за счет элементов, рассеянных в массе почвы. Количе ственное содержание в почве этих элементов различно: на первое место надо поставить О и Si, на второе -- А1 и Fe, на третье -- Са и Mg, а затем -- К и все остальные.

Нормальный рост растений обусловлен содержанием в почве доступных форм зольных элементов и азота. Обычно растения усваивают из почвы N, Р, К, S, Са, Mg, Fe, Na, Si в достаточно больших количествах и эти элементы называются макроэлемента ми, а В, Mn, Mo, Сu, Zn, Со, F используются в ничтожных коли чествах и называются микроэлементами. К важнейшим из них относятся элементы, без которых невозможно образование бел ков,-- N, Р, S, Fe, Mg; такие элементы, как К, Сu, Mg, Na, оказывают огромное влияние на регуляцию работы клеток и форми рование различных тканей растений.

Основное свойство почвы -- плодородие. Это:

совокупность свойств почвы, обеспечивающих урожай с.х. растений

способность почв обеспечивать потребность растения в элементах питания, воде, воздухе, тепле, рыхлости для корней и прочих благоприятных условий произрастания.

результат почвообразовательного процесса. Почва и плодородие не отделимы одно от другого.

эмерджентное свойство почвы.

· Потенциальное плодородие почвы(П_е) определяется общим запасом в почве питательных веществ, влаги, а также другими условиями жизни растений.

· Искусственное плодородие почв (П_и)-- это результат агрономического воздействия на почву, целиком зависящее от антропагенного воздействия.

· Эффективное (или актуальное, экономическое)(П_э) плодородие почвы -- возможность использования элементов плодородия растениями в данном году, т.е. возможность земли продуцировать биомассу растений, это совокупноть естественного и искусственного плодородия. П_э = П_е+П_и

· зависит прежде всего от проведения всего комплекса агротехнических мероприятий. Эффективное плодородие почвы -- очень динамичное свойство почвы, способное быстро изменяться под влиянием природных условий и агротехнических приёмов, количественно - это единица с.х. продуции на единицу площади .

При большом потенциальном плодородие почвы эффективное может быть небольшим, и, наоборот, при соответствующем уровне агротехники можно обеспечить высокое эффективное плодородие малоплодородных почв.

42. Пищевые цепи, их виды. Пищевые сети

К числу важнейших взаимоотношений между организмами относятся пищевые. Можно проследить бесчисленные пути движения вещества в экосистеме, при которых один организм поедается другим, тот - третьим и т. д. Ряд таких звеньев называется пищевой цепью. Пищевые цепи переплетаются и образуют пищевую (трофическую) сеть.

Пищевые цепи разделяют на два типа. Один тип пищевой цепи начинается с растений и идет к растительноядным животным и далее к хищникам - это цепь выедания (пастбищная).

Относительно простая и короткая пищевая цепь: трава > кролик > лисица

Другой тип начинается от растительных и животных остатков к мелким животным и микроорганизмам, а затем к хищникам -- эта цепь разложения (детритная).

Итак, все пищевые цепи начинаются с продуцентов. Без непрерывного образования ими органического вещества экосистема быстро съела бы сама себя и прекратила сущест вование.

Пищевые связи можно уподобить потоку питательных веществ и энергии от одного трофического уровня к другому.

Общую массу организмов (их биомассу) на каждом трофи ческом уровне можно измерить путем сбора или отлова и последующего взвешивания соответствующих выборок животных и растений. На каждом трофическом уровне биомасса на 90-99%меньше, чем на предыдущем. Допустим биомасса продуцентов на участке луга 0,4 га составляет 10 т, тогда биомасса фитофагов на той же площади будет не более 1000кг. Пищевые цепи в природе обычно включают 3-4 звена, существование большего числа трофических уровней невоз можно из-за быстрого приближения биомассы к нулю.

Большая часть получаемой энергии (80-90%) используется организмами на построение тела и поддержание жизне деятельности. На каждом трофическом уровне число особей прогрессивно уменьшается. Эта закономерность носит название экологической пирамиды. Экологическая пирамида это отражает число особей на каждом этапе пищевой цепи или количество биомассы, или количество энергии. Эти величины имеют одинаковую направленность. С каждым звеном в цепи организмы становятся крупнее, они медленнее размно жаются, их число уменьшается.

Разные биогеоценозы отличаются своей продуктивностью, скоростью потребления первичной продукции, а также разнообразными цепями питания. Однако, для всех цепей питания свойственны определенные закономерности, касаю щиеся соотношения расходуемой и запасаемой продукции, т.е. биомассы с заключенной в ней энергии на каждом из трофических уровней. Эти закономерности получили назва ние «правила экологической пирамиды». Различают разные типы экологических пирамид, в зависимости от того, какой показатель положен в ее основу. Так, пирамида биомассы отображает количественные закономерности передачи по цепи питания массы органического вещества. Пирамида энергии отображает соответствующие закономерности передачи энергии от одного звена цепи питания к другому. Разработана и пирамида чисел, отображающая количество особей на каждом из трофических уровней цепи питания.

43. Категории и формы почвенной влаги. Почвенно-гидрологические константы

Вода, которая есть в почве, неоднородна. Она находится под действием многих сил. Выделяя различные категории почвенной влаги, которые характеризуются одинаковым «поведением», под словом «поведение» обычно понимают в первую очередь подвижность почвенной влаги, тоесть форму и скорость её передвижения, которые есть наиболее важным проявлением сил, под влиянием которых находится почвенная влага.

Вода, химически связанная, или конституционная. Входит в молекулу вещества гидроксильной группой, например: Fe + 3H2O Fe (OH)3. По сути вода как таковая, берёт участие здесь только в исходной реакции, приобретая в конечном продукте реакции другого значения (ОН-). Наибольшее количество такой воды содержится в глинистых минералах.

Вода кристаллизационная или кристаллогидратная. Входит в состав вещества целыми молекулами, например, CaSO4 · 2H2O (гипс), или NaSO4 · 10 H2O (мирабилит). В больших количествах такая вода находится в солончаках, физические свойства которых очень сильно от неё зависят, например «пухность» солончаков, которые содержат мирабилит.

Вода гигроскопическая (ГВ). Это вода, адсорбированная сухой почвой благодаря поверхностной её энергии с атмосферы при относительной влажности последней меньше 100%, или которая осталась в почве после высушивания её в такой атмосфере до «воздушно сухого» состояния.

Вода максимально-гигроскопическая (МГВ). Это вода, асорбированная почвой благодаря поверхностной энергии с атмосферы с относительной влажностью 95 - 100%. Она, как и гигроскопическая вода, представлена диполями воды, точно ориентированных до поверхности твёрдых частичек почвы и настолько уплотнёнными, что они вроде припаяны до последней. Это прочно связанная вода, неподвижна и недоступна для растений.

Вода плёнчатая. При насыщении почвы водой до максимальной гигроскопичности не исчерпывается полностью её (почвы) поверхностная энергия. Если такую почву окунуть в воду, то толщина слоя адсорбированной воды вокруг почвенных частичек увеличится.

Капиллярная вода. Это вода, которая удерживается и перемещается в почве преимущетвенно под влиянием капиллярных (менисковых) сил, которые возникают на поверхности раздела почвенные частички - почвенная влага - воздух (тоесть на поверхности раздела твёрдой, жидкой и газообразной фаз).

Вода гравитационная. Вода гравитационная или свободная, заполняет в почве крупные некапиллярные поры и перемещается под влиянием силы тяжести вниз или в сторону наклона водонепроницаемых слоёв. Через эту форму воды в почве, в случае её сплошности, передаётся гидростатическое давление.

Почвенно-гидрологические константы (ПГК)- это граничные значения влажности, при которых количественные изменения в подвижности воды переходят в качественные отличия. К ним относятся: МГ, Wмг(максимальная гигроскопичность) - наибольшее количество сорбированной парообразной воды из воздуха с относительной влажностью 98 %. Насыщение воздуха парами воды увеличивает количество сорбируемой воды, поэтому вокруг почвенной частицы образуется полимолекулярный слой адсорбированной воды. Она соответствует рыхлосвязанной. Это величина “рубежная” и достаточно условная. Определить ее можно только в лаборатории, в условиях равновесия почвы с парами воды при их содержании в окружающей атмосфере, равными 98 %. ВЗ (влажность завядания растений) - влажность почвы, при которой влага становится недоступной для растений и они, теряя тургор, необратимо (даже при помещении в насыщенную парами воды атмосферу) завядают. Нижний предел доступной воды в почве.

44. Способы внесения удобрений

Удобрения делят на минеральные (суперфосфат, фосфорит ная мука, аммиачная селитра, калийная соль и т.д.), органичес кие (навоз, торф, торфонавозные компосты) и органо-минеральные. Существуют два способа внесения удобрений: сплошное (разбросное) и местное.

При сплошном внесении применяют соответствующие разбрасыватели, туковые сеялки, самолеты сельскохозяйственной авиации, которые распределяют удобрения равномерно по всей площади, а почвообрабатывающие орудия заделывают удобре ния, перемешивая их с почвой. Основное удобрение составляет обычно главную часть удобрений, предназначенных для данной культуры. Вносят его разбросным способом с последующей заделкой на полную глу бину.

Местное внесение предполагает локальный характер рас пределения удобрений (сплошными лентами, гнездами), причем в ряде случаев избегают перемешивания удобрений с почвой (гра нулированный суперфосфат).

В зависимости от времени внесения удобрений и назначения их различают: основное удобрение (до посева), распределяют удобрение по полю перед зяблевой или весенней вспашкой, а также в период предпосев ной обработки почвы; припосевное (вовремя посева) и подкормку (внесение удобрении в период роста растений).

Припосевное удобрение вносят во время посева в ряд ки, лунки, борозды и т. д. вместе с семенами рядовыми сеялками. Дозы удобрений при рядковом внесении обычно значительно мень ше доз основного удобрения. Зато прирост урожая на единицу удобрения бывает в 2--3 раза больше. Этот способ применяется при недостатке основного удобрения для какой-либо культуры.

Подкормка проводится рядковыми (в рядки, междурядья) культиваторами-растениепитателями или разбросным способом. В последнем случае удобрения вносят при ранней весенней под кормке озимых зерновых и других культур, имеющих сравнитель но узкие междурядья, по неоттаявшей почве разбросными сеялка ми или с самолета. В районах, обеспеченных осадками, в летний период иногда делают вторую (в период цветения) азотную под кормку. Другие же виды удобрений используются в подкормках: а) при недостаточном количестве их в основном удобрении; б) при необходимости усилить рост отстающих или ослабевших растений.

В период вегетации фосфорно-калийные удобрения необходи мо вносить в почву, иначе эффект от них будет ничтожен. Время внесения минеральных удобрений зависит от их вида и удобряемой культуры.

Азотные удобрения для озимых рекомендуется вносить в два периода: осенью при подготовке почвы в небольших количествах и весной в виде подкормки основную часть. Под яровые культуры азотные удобрения обычно вносят весной. Из числа азотных удоб рений некоторые специалисты рекомендуют при менять аммиачную воду и безводный аммиак с целью уменьшения напря женности весенних поле вых работ.

Большинство фосфор ных и калийных удобре ний рекомендуется вно сить с осени и даже под зяблевую вспашку (сырые калийные соли, фосфат-шлаки и др.) или приме няя другие способы глубо кой заделки.

При внесении удобрений необходимо выдерживать заданные норму и равномерность распределения по площади поля. Технология внесения минеральных удобре ний включает в себя подготовку и погрузку удобрений в транспорт, перевозку их к месту разбрасывания и внесение в почву. Организационно внесения удобрение делится на: поточный, перевалочный, перегрузочный и для внесения органических удобрений - разбрасывания из куч.

45. Преобразование энергии в пищевых цепях

Движение энергии в экосистемах происходит посредством двух связанных типов пищевых сетей пастбищной и детритной. В пределах экосистемы синтезированные и накопленные питательные вещества многократно циркулируют расходуются организмами и вновь синтезируются. Такая рециркуляция обеспечивает независимость системы от поступления субстрата извне. В отличие от рециркулируемых питательных веществ поток энергии переносится через экосистему один раз: у него есть вход и выход. Всякая экосистема зависит от внешнего источника энергии. Основа функционирования большинства наземных и океанических экосистем -- солнечная энергия. Из общего количества поступающей на Землю солнечной энергии растения и микроорганизмы утилизируют лишь не большую часть ее. Эффективность преобразования солнечной энергии в энергию химических веществ непосредственно в молекулярных системах природного фотосинтеза сравнительно высока (5--10%). Однако часть фотосинтетически фиксированной энергии расходуется на дыхание, поддержание клеточной структуры, транспирацию воды и т.д. В результате в процессах фотосинтеза в растениях и микроорганизмах в химическую энергию преобразуется лишь около 0,03% солнечной энергии.

Эффективность передачи энергии по пищевой цепи зависит от двух показателей:

1. от полноты выедания (доли организмов предшествующего трофического уровня, которые были съедены живыми);

2. от эффективности усвоения энергии (удельной доли энергии, которая перешла на следующий трофический уровень в пересчете на каждую единицу съеденной биомассы).

Полнота выедания и эффективность усвоения энергии возрастают с повышением трофического уровня и меняются в зависимости от типа экосистемы.

Так в лесной экосистеме фитофаги потребляют менее 10% продукции растений (остальное достается детритофагам), а в степи - до 30%. В водных экосистемах выедание фитопланктона растительноядным зоопланктоном еще выше - до 40%. Этим объясняются основные краски Земли на космических снимках: леса зеленые именно потому, что фитофаги съедают мало фитомассы, а океан голубой, оттого что фитофаги выедают достаточно много фитопланктона. С повышением трофического уровня полнота выедания еще более возрастает, хищники высших порядков выедают до 90% своих жертв, и потому доля животных, которым удается дожить до естественной смерти, очень невелика. В водных экосистемах, к примеру, в детрит переходит 100% биомассы хищных рыб (их есть некому и плотность популяции контролируют только паразиты), но лишь 1/4 часть биомассы планктоноядных рыб, которые умерли «своей смертью». Этот детрит опускается на дно. Лишь часть его поедается детритофагами бенотоса, а остальная - попадает в донные осадки. Доля детрита, поступающего в осадки, тем больше, чем выше продуктивность водной экосистемы. При оценке коэффициента усвоения энергии в пищевых цепях часто используют «число Линдемана»: с одного трофического уровня на другой в среднем передается 10% энергии, а 90% - рассеивается. Однако это «число» чрезмерно упрощает и даже искажает реальную картину. «Закон 10%» действует только при переходе энергии с первого трофического уровня на второй, и то не во всех случаях. Эффективность усвоения энергии в следующих звеньях пищевой цепи - от фитофагов к зоофагам или к хищникам высших порядков - может достигать 60%. Высокой эффективностью усвоения энергии в «плотоядных» звеньях пищевых цепей объясняется сравнительно небольшое количество экскрементов хищников и ограниченность состава сапротрофов, питающихся ими.

46. Плодородие почв. Виды, параметры и условия плодородия

...