Роль почв в природе

Катионы почвенного раствора

Поглощенный кальций в незасоленных почвах преобладает над другими катионами в почвенном растворе. При этом чем больше в почве образуется угольной и азотной кислот, тем большее количество кальция вытесняется водородом из поглощенного состояния в раствор.

Количество одновалентных калия и натрия в растворе невелико по сравнению с двухвалентными.

Аммоний содержится в растворе в малом количестве, т. к. быстро потребляется нитрифицирующими бактериями.

В засоленных почвах наблюдается высокое содержание натрия и магния.

При изучении почвенных растворов обнаружилось, что с изменением влажности изменяется соотношение между 2-х и одновалентными катионами: чем выше влажность почвы, тем меньше 2-х валентных и больше одновалентных катионов в растворе.

Алюминий и железо в растворе встречаются в ничтожных количествах благодаря нерастворимости их соединений. Только в сильнокислых почвах полуторные окислы делаются более подвижными. Высокое содержание алюминия и железа определяют токсичное действие кислых почв на растения. Но недостаток железа приводит к хлорозу. Все эти катионы и анионы в почвенном растворе находятся в виде солей.

Органическое вещество почвенного раствора.

В почвенном растворе содержатся водорастворимые гумусовые кислоты (ФК), водорастворимые вещества органических остатков и промежуточных продуктов их разложения: сахара, органические кислоты, спирты, эфиры, аминокислоты, ферменты, витамины и др.

В течение вегетационного периода содержание органических веществ в растворе меняется и зависит от соотношения скорости процессов: минерализации и синтеза органического вещества. В почвах, богатых кальцием, где коллоиды скоагулированы, количество водорастворимых органических веществ ничтожно, а почвы, богатые водородом или натрием содержат много таких веществ.

Растворимость минеральных и органических веществ почвы увеличивается с повышением температуры. Углекислота увеличивает растворимость карбоната кальция, а содержание в растворе хлорида натрия повышает растворимость сульфата кальция.

Свойства почвенного раствора.

1) осмотическое давление почвенного раствора. Имеет важное значение для растений. Если оно равно или выше осмотического давления клеточного сока растений, то поступление воды в растения прекращается и оно погибает. Осмотическое давление зависит от концентрации почвенного раствора и степени диссоциации растворенных веществ, а также от  влажности почвы и интенсивности биологических процессов. Поэтому его величина очень динамична. Наиболее высокое осмотическое давление почвенного раствора у засоленных почв, особенно тяжелых по гранулометрическому составу с высокой поглотительной способностью.

2) Реакция среды (рН).

3) Буферность почвенного раствора.

4) О-В потенциал.

Значение почвенного раствора:

Изучение почвенного раствора имеет важное значение при исследовании засоленных почв. Засоленные почвы обогащены карбонатами натрия, сульфатами натрия, магния, хлоридами кальция, магния, натрия. Состав и концентрация этих солей могут здесь быть ограничивающим фактором, делающим невозможным произрастание культурных растений.

Источники засоления почв – это близкое залегание засоленных грунтовых вод; засоленные материнские породы; соли, приносимые с осадками и пылью; оросительная вода и др.

 

 (При сильном засолении  растительность представлена солянками, полынями, приспособленными к высокой  концентрации почвенного раствора. Благоприятные условия для культурных  растений создают путем снижения  концентрации солей при помощи  промывок. В природе наблюдаются  случаи, когда рассоление идет естественным путем, оно приводит к образованию солонцов).

Токсичность солей почвенного раствора и солеустойчивость растений.

Влияние засоления почв на растения проявляется по-разному в зависимости от увлажнения, температурных условий, физических свойств почвы, обеспеченности элементами питания. В холодном климате растения переносят более высокие концентрации солей, чем в жарком. На тяжелых почвах они меньше страдают от засоления, чем на легких. Повышает солеустойчивость растений высокое содержание гумуса.

Токсичность солей и степень засоления – см. на лабораторных занятиях.

Солеустойчивость растений – это устойчивость растений к избыточной концентрации солей в почвенном растворе, которые повышают его осмотическое давление, затрудняя тем самым поступление воды в растение, и оказывают в той или иной мере токсическое действие на протоплазму. В результате нарушаются процессы ассимиляции (накопления), дыхания и минерального питания.

Солеустойчивость делится на:

Биологическая солеустойчивость – способность растений осуществлять полный цикл индивидуального развития растений в условиях засоления почвы, нередко с пониженной интенсивностью накопления органического вещества при сохранении воспроизводительной способности.

Агрономическая солеустойчивость – способность растений осуществлять полный цикл развития на засоленной почве и давать удовлетворительную продукцию.

Чаще биологическую солеустойчивость называют солевыносливостью, а агрономическую – собственно солеустойчивостью.

Солеустойчивость растений различная.

Неустойчивые растения – это фасоль, клевер, редис. Сельдерей, груша, яблоня, апельсин, грейпфрут, слива, миндаль, абрикос, персик, земляника, лимон, калина, роза, фейхоа.

Среднеустойчивые – это рожь, пшеница, овес, сорго, соя, кукуруза, лен, рис, подсолнечник, донник, суданская трава, люцерна, ежа сборная, кострец, томат, капуста, салат, картофель, перец, морковь, лук, горох, тыква, огурец, гранат, виноград, можжевельник.

Устойчивые – это ячмень, сахарная свекла (культура – рассолитель), рапс, хлопчатник, пырей, лядвенец рогатый, свекла столовая, капуста листовая, шпинат, финиковая пальма.

Все почвы в зависимости от солевого режима и состояния выращиваемых культур делятся на 5 групп.

Степень засоления почв и урожайность растений (Базилевич И.И., Панкова Е.И.)

Степень засоления почв	Состояние растений	Урожайность, % от устойчивого на незасоленных почвах
Незасоленные	Хорошее	100
Слабозасоленные	Слабо угнетенные	80
Среднезасоленные	Угнетенное	50
Сильнозасоленные	Сильно угнетенные	30
Очень сильнозасоленные	Очень сильно угнетенные или полная гибель	0 - 10

 

 

 

Регулирование состава почвенных растворов.

В земледельческой практике нет специальных агроприемов по регулированию состава и свойств почвенных растворов.

Мероприятия:

1) Внесение минеральных  удобрений, направленное на создание  в растворе оптимального количества  элементов питания;

2) внесение в почву  адсорбентов (цеолиты0, регулирующих  катионную и анионную емкость  поглощения, т. е. ионное равновесие  между почвенным раствором и  твердой фазой почвы;

3) внесение органических  удобрений для улучшения ионного  состава почв;

4) регулирование влажности  почв, водного режима (обработками, орошением, мульчированием и т. д.);

5) химическая мелиорация;

6) внесение бактериальных  препаратов (азотбактерин, ризоторфин, агрика, Байкал – М);

7) промывка засоленных  почв.

Предельно допустимое для плодовых культур содержание щелочных солей в слое 50-100 см, мг-экв\100 г почвы (Иванов В.Ф.)

Порода	Общая щелочность НСО3	Na2CO3	NaHCO3	Mg(HCO3)2
Черешня	0,60	недопустимо	недопустимо	<0,20
Яблоня	0,80	недопустимо	< 0,20	<0,20
Слива	1,00	< 0,05	<0,25	<0,25

 

 

 

 

 

 

 

Почва как среда жизни

 

В состав почвы входят четыре важных структурных компонента: минеральная основа (обычно 50 — 60% общего состава почвы), органическое вещество (до 10%), воздух (15 —25%) и вода (25—35%).

Минеральная основа (минеральный скелет) почвы — это неорганический компонент, образовавшийся из материнской породы в результате ее выветривания. Минеральные фрагменты, образующие вещество почвенного скелета, различны — от валунов и камней до песчаных крупинок и мельчайших частиц глины. Скелетный материал обычно произвольно разделяют на мелкий грунт (частицы менее 2 мм) и более крупные фрагменты. Частицы меньше 1 мкм в диаметре называют коллоидными. Механические и химические свойства почвы в основном определяются теми веществами, которые относятся к мелкому грунту.

Структура почвы определяется относительным содержанием в ней песка и глины. На рисунке 1 изображен стандартный «треугольник почвенной структуры» и указаны границы одиннадцати структурных классов.

Рисунок 1 - Треугольная диаграмма классов почв (по Б. Небелу 1993).

Идеальная почва должна содержать приблизительно равные количества глины и песка с частицами промежуточных размеров. В этом случае образуется пористая, крупитчатая структура, и почва называется суглинками. Они обладают достоинствами двух крайних типов почв и не имеют их недостатков. Средне- и мелкоструктурные почвы (глины, суглинки, алевриты) обычно более пригодны для роста растений благодаря содержанию в достаточном количестве питательных веществ и способности удерживать воду.

Основные типы почв. К основным типам почв на территории России относятся черноземы, подзолистые, дерновоподзолистые, подзолисто-болотные, болотные, серые лесостепные, пойменные, солончаки, солонцы, солоди и др.

Химизм почв частично определяется минеральным скелетом, частично органическим веществом, о котором речь пойдет несколько ниже. Большая часть минеральных компонентов представлена в почве кристаллическими структурами. Это устойчивые продукты выветривания материнской породы. Песок и алеврит состоят главным образом из кварца (SiO2), называемого также кремнеземом. Кремнезем служит источником силикат-ионов (SiO44-), которые обычно соединяются с катионами, особенно с катионами алюминия (Al3+) и железа (Fe3+, Fe2+), и образуют электронейтральные кристаллы. Силикаты являются преобладающими почвенными минералами.

Для почвы характерна биогенная аккумуляция химических элементов под влиянием растительности, которая отсутствует в коре выветривания. Подвижность ряда элементов фосфора, калия, кремния и др. в процессах выветривания и биогенной аккумуляции различна. Химизм почвенного раствора является для почвенных организмов экологическим фактором первостепенной важности. Так, на рост растений оказывает значительное влияние реакция почвенного раствора (рН), связанная с содержанием в почве кислот (угольная кислота, фульвокислоты в глеево-подзолистых почвах) или щелочей (сода в солонцах). Реакция сильно зависит и от состава ионов, входящих в почвенный поглощающий комплекс. Обилие ионов водорода или алюминия вызывает кислую реакцию, ионов натрия — щелочную. Высокой кислотностью отличаются подзолистые и болотные почвы, щелочностью — солонцы. Черноземы имеют реакцию, близкую к нейтральной.

Для почвенного питания растений исключительно важен солевой режим почвы, характеризующийся содержанием и доступностью в почвенном растворе солей элементов, необходимых для жизнедеятельности растений (азота, калия, фосфора, кальция, серы, железа и др.). Такие вещества, как железо, алюминий, обычно содержатся в почве в достаточных количествах для питания растений, другие — азот, фосфор, калий — потребляются растениями в небольших дозах, часто оказываются в недостатке. Для нормального течения многих физиологических процессов растения существенное значение имеет обеспеченность почвы микроэлементами — медью, бором, марганцем, цинком и др. 25% всех почв нашей планеты в той или иной мере засолено. Избыток солей в почвенном растворе токсичен для большинства растений. Наиболее вредны легкорастворимые соли, без труда проникающие в цитоплазму: NaCl, MgCl2, CaCl2. Менее токсичны труднорастворимые соли: CaSO4, MgSO4, CaCO3.

Органическое вещество почвы

Животные и растения, обитающие на почве и в почве, постоянно воздействуют на субстрат, забирая у него питательные вещества. Поэтому каждый раз нарушается только что установившееся химическое равновесие в почве, происходит дальнейшее углубление процессов разложения и выветривания.

Из отмерших растений образовавшаяся органическая субстанция попадает в виде опада листвы и хвои в почву, перерабатывается микроорганизмами и превращается непосредственно или через животные организмы в почвенный гумус. Таким путем она вновь вовлекается в минеральный или пищевой круговорот и может быть в обновленном виде усвоена растениями.

Каждому типу почв соответствует определенный животный мир и определенная растительность. Отмирающие или уже отмершие организмы или их части накапливаются на поверхности и внутри почвы, образуя органическое вещество. Совокупность живущих в почве организмов называют эдафоном. Несмотря на то, что число микроорганизмов в 1 дм3 почвы измеряется миллионами, в общей массе они составляют только 5% суммарного количества органических соединений. Минеральная субстанция почвы занимает 93%. Органическое вещество почвы, состоящее из отмерших остатков растений и животных, называют гумусом. Таким образом, процесс гумусообразования начинается разрушением и измельчением растительной массы и мертвого животного вещества. Этот процесс осуществляется позвоночными животными при обязательном участии грибов и бактерий. К таким жувотным относятся: фитофаги, питающиеся тканями живых растений; сапрофагщ потребляющие мертвые вещества растений, некрофаги, питающиеся трупами животных; хищники, поедающие живых животных; копрофаги, уничтожающие экскременты животных. Все они составляют сложную систему, получившую название сапрофильного комплекса животных.