Понятие о почве и плодородии, создание культурных почв. Роль почвоведения в развитии естественно - исторических наук
Контрольная работа
По дисциплине почвоведение с основами геологии
Студента 3 курса заочного отделения
Агрономического факультета
Специальности «Агрономия»
Епинина Евгения Геннадьевича
Шифр
1309
СОДЕРЖАНИЕ.
1.№4 Понятие о почве и плодородии, создание культурных почв. Роль почвоведения в развитии естественно - исторических наук.
2.№24 Назовите основные группы почвенных микроорганизмов и охарактеризуйте их значение в почвообразовании.
3.№42 Понятие о поглотительной способности почвы. Основные этапы развития учения о поглотительной способности почв (К. К. Гедройц., А. П. Соколовский., Г. Венгер.,).
4.№47 Назовите виды поглотительной способности почвы по К. К. Гедройцу и охарактеризуйте роль биологического поглощения в концентрации зольной пищи растений и азота.
5.№124 Природные условия черноземно – степной зоны. Структура почвенного покрова.
6.№138 Структура почвенного покрова зоны сухих степей. Приемы по окультуриванию почв зоны.
7.№154 Образование серо – бурых пустынных почв, их классификация.
8.№174 Условие почвообразования горных пород. Структура вертикальной зональности горных почв.
№4 Понятие
о почве и плодородии, создание культурных
почв. Роль почвоведения в развитии естественно
- исторических наук.
Почвой следует назвать «
Плодородие почвы – это
способность удовлетворять потребность
растений в элементах питания, воде, обеспечивать
их корневые системы достаточным количеством
воздуха, тепла для нормальной деятельности
и формирования урожая.
Каждой почве свойственны определенные
показатели плодородия (биологические,
агрофизические и агрохимические). К биологическим
показателям относятся органическое
вещество и микрофлора почвы, а также наличие
семян и вегетативных органов сорняков,
зараженность почвы вредителями и возбудителями
болезней; к агрохимическим – поглотительная
- поглотительная способность почвы, реакция
почвенного раствора, наличие в почве
питательных веществ; у агрофизическим – механический
состав, структура и плотность почвы, строение
и мощность пахотного слоя. Эти показатели
почвы определяют состояние водного, воздушного,
теплового и питательных режимов почвы.
В условиях интенсификации сельского
хозяйства научной задачей земледелия
должно быть установление моделей плодородия
по комплексной системе его показателей,
определяющих величину урожая.
В природе почва создается мульчированием. Культурная почва создается гниением, а не механической обработкой. Кто не уважает мульчу, тот не знает цену гумусу. Мульчирование задерживает
испарение влаги из почвы, улучшает
температурный режим и |
Многогранная научная деятельность В.Р.Вильямса определила важный этап в развитии почвоведения. В.Р.Вильямс интегрировал генетическое почвоведение В.В.Докучаева с почвенно-агрономическими концепциями П.А.Костычева и развил агробиологическое направление в изучении почвы. Он создал учение о малом биологическом круговороте веществ как основе развития почвы. Его представления об эволюции почв при всем критическом к ним отношении получили развитие в работах И.П.Герасимова и других ученых и лежат в основе современных представлений о почвообразовании. В.Р.Вильямсу принадлежит приоритет в определении роли ферментов в разложении органических веществ в почвах. Он выдвинул стройную теорию образования специфических гумусовых веществ и их роли в почвообразовании. Вопреки существовавшему до него представлению о природе гумусовых веществ как промежуточных продуктах распада растительных и животных остатков В.Р.Вильямс развивал представление о гумусе как о специфическом продукте сложного синтеза. С превращением органических веществ в различных биоценозах и свойствами образующихся перегнойных соединений В.Р.Вильямс связывал развитие почвообразовательного процесса и конкретные формы его проявления. Придавая особое значение в почвообразовании водорастворимому органическому веществу, В.Р.Вильямс заложил лизиметры для изучения его миграции. Эти работы в дальнейшем были продолжены И.С.Кауричевым, который идентифицировал природу органических комплексов, мигрирующих в почвах, их роль в выносе алюминия и железа и в формировании профиля почв.
№24 Назовите основные группы почвенных микроорганизмов и охарактеризуйте их значение в почвообразовании.
Растения, животные
и микроорганизмы, обитающие в
почве, находятся в постоянном взаимодействии
друг с другом и со средой обитания.
Данные взаимоотношения сложны и
многообразны. Животные и бактерии
потребляют растительные углеводы, жиры
и белки. Благодаря этим взаимоотношениям
и в результате коренных изменений
физических, химических и биохимических
свойств горной породы в природе
постоянно происходят почвообразовательные
процессы. В среднем почва содержит
2 — 3 кг/м2 живых растений и животных, или
20 — 30 т/га. При этом в умеренном климатическом
поясе корни растений составляют 15т (на
1 га), насекомые — 1 т, дождевые черви —
500 кг, нематоды — 50кг, ракообразные—40
кг, улитки, слизни—20кг, змеи, грызуны
— 20 кг, бактерии — Зт, грибы — Зт, актиномицеты
— 1,5 т, простейшие — 100 кг, водоросли —
100 кг.
Несмотря на неоднородность экологических
условий в почве, она выступает как достаточно
стабильная среда, особенно для подвижных
организмов. Крупный градиент температур
и влажности в почвенном профиле позволяет
почвенным животным путем незначительных
перемещений обеспечить себе подходящую
экологическую обстановку.
Неоднородность почвы приводит к тому,
что для организмов разных размеров она
выступает как разная среда. Для микроорганизмов
особое значение имеет огромная суммарная
поверхность почвенных частиц, потому
что на них адсорбируется подавляющая
часть микроорганизмов. Сложность почвенной
среды создает больйшое разнообразие
для самых разных функциональных групп:
аэробов, анаэробов, потребителей органических
и минеральных соединений. Для распределения
микроорганизмов в почве характерна мелкая
очаговость, так как на протяжении нескольких
миллиметров могут сменяться разные экологические
зоны.
По степени связи с почвой как средой обитания
животных объединяют в три экологические
группы: геобионты, геофилы и геоксены.
Поступление питательных
веществ и выделение продуктов
жизнедеятельности
Среди химических элементов, из которых синтезируется вещество клетки, прежде всего необходимы углерод и азот, содержание которых в белках составляет соответственно около 50 и 20%. По характеру поглощения углерода выделяют автотроф-ные2 бактерии, усваивающие углерод из воздуха (из углекислого
1 Микрометр (мкм) — одна тысячная миллиметра
2 От греч autos — сам и trophe — питание
Почвенные бактерии (Х1000):
а — кокки, б — палочковидные бесспоровые бактерии; в — палочковидные спороносные бактерии (бациллы); г — вибрионы; д — спирохеты, е — спириллы; ж — нитчатые железобактерии; з — скопления клубеньковых азот-фиксирующих бактерий (натуральный размер)
газа), и гетеротрофные, получающие углерод из уже существую-J щих органических соединений. По отношению к азоту лих очень небольшая часть бактерий автотрофна, т. е. способна усваивать этот элемент из воздуха.
Автотрофные бактерии поглощают углерод из углекислоты; этот процесс эндотермический, требующий затраты дополнительной внешней энергии. В качестве таковой бактерии используют химическую энергию окисления некоторых минеральных соединений. Этот процесс получил название хемосинтеза , а осуществляющие процесс бактерии называют хемоавтотрофа* ми. Некоторые бактерии, имеющие в своем составе вещества типа хлорофилла, используют (как зеленые растения) энергию солнца, осуществляя фотосинтез. Такие бактерии называют фотоавтотрофами.
Примером осуществления хемосинтеза является деятельность нитрифицирующих бактерий. Под нитрификацией понимают процесс биохимического окисления аммиака до азотно* кислоты. Этот процесс развивается следующим образом.
В результате деятельности бактерии Nitrosomonas происход* окисление аммиака в азотистую кислоту. Далее, деятельнс бактерии Nitrobacter обусловливает окисление азотистой кислотыв азотную. Одновременно в клетках этих бактерий совершается синтез органического вещества благодаря использованию энергии, выделяющейся при реакциях окисления аммиака и азотной кислоты. Сопряженное течение этих процессов можно схематически написать следующим обпазом.
Эта сопряженная реакция протекает при наличии сложных и недостаточно изученных биохимических явлений передачи водорода и химической энергии окисления (Э).
О количественном масштабе процесса нитрификации можно судить по тому, что за один год деятельности нитрифицирующих бактерий может образоваться до 300 кг солей азотной кислоты на 1 кг почвы.
Аналогично происходит хемосинтез
у других автотрофных бактерий. Источником
энергии для поглощения углерода
из углекислоты могут служить
реакции окисления
Сульфофикация осуществляется серобактериями и тионовыми бактериями. Серобактерии окисляют сероводород в два этапа. Вначале происходит окисление до серы, которая обособляется в протоплазме клеток. Процесс сопровождается выделением энергии . Затем сера окисляется до серной кислоты с выделением значительно большего количества энергии.Накопление сульфатов в результате деятельности серобактерий в приповерхностной части почвы достигает 200—250 кг на 1 га.
Большая группа железобактерий для поглощения углерода использует энергию окисления соединений Fe (II) до Fe (III). Есть бактерии, окисляющие водород, соединения марганца и Углерода.
Определенные группы бактерий
обладают способность* поглощать молекулярный
азот воздуха. Этот процесс получи название
фиксации азота. Как известно, азот
является наибольшей по массе частью
атмосферы. Над каждым квадратным километром
почвы в воздухе находится
около 80 тыс. т азота — химического
элемента, часто содержащегося в
почве в недостаточном
Среди азотфиксирующих бактерий выделяют свободноживущих в почве и клубеньковых, живущих на корнях бобовых растений (рис. 9, з). Наиболее важными представителями свобод не живущих азотфиксирующих бактерий являются Azptobacter Clostridium, связывающие за год несколько десятков килограммов азота на 1 га почвы. Значительно более эффективна деятельность клубеньковых бактерий, заражающих клетки корней бобовых. В результате под бобовыми происходит микробиологическое накопление доступного для растений азота. Под площадью в 1 га, засеянной клевером, в результате действия этих бактерий может быть накоплено в 100 раз больше азота, чем свободноживущими фиксаторами этого элемента.
Гетеротрофные бактерии поглощают необходимый углерод из готовых органических соединений, разлагая сложные соединения на простые. Благодаря их деятельности осуществляется грандиозный процесс разрушения колоссального количества; мертвого органического вещества, ежегодно поступающего в почву, и освобождение химических элементов, прочно связанных в составе органических остатков.
В процессе эволюции сформировались
группы гетеротрофных бактерий, которые
специализировались на разрушении! определенных
типов органических соединений. В
результате деятельности бактерий происходит
преобразование органических веществ,
не содержащих азота (процессы брожения,
окисления углеводородов и
Содержание бактерий в почве неравномерно: в самом верхнем горизонте отмечено наибольшее количество, книзу содержание резко уменьшается .
Численность бактерий значительно возрастает в непосредственной близости к корням высших растений. Эти своеобразные бактериальные чехлы вокруг корней называются ризосферой. Бактерии ризосферы играют важную роль в процессе питания высших растений.
Помимо бактерий в почве
встречаются живые формы
Резкое убывание микроорганизмов в почве с глубиной (сплошн линия) и распределение по глубине органического вещества (пунктир)
а — дерново-подзолистая почва; б — чернозем
К актшомщетам относятся одноклеточные микрооргани мы, палочковидные клетки которых обладают способное ветвиться (рис. 11, а). Содержание актиномицетов в почве вес ма велико и часто измеряется миллиардами экземпляров в 1 почвы. Деятельность актиномицетов направлена на разложен различных органических веществ, в том числе таких стоик* как клетчатка и лигнин. Среди актиномицетов преоблада аэробы, поэтому их содержание заметно уменьшается в чрезмерно увлажненных почвах. Некоторые актиномицеты выдел ют антибиотики, подавляющие деятельность бактерий.
Среди почвенных микроорганизмов исключительно важн значение принадлежит грибам. Большая часть грибов состоит ветвящихся нитей (гиф), образующих тело гриба (мицелий). 1 данным Е. Н. Мишустина (1964), содержание грибов в почв измеряется десятками тысяч экземпляров в 1 г почвы. Наиболее распространены плесневые грибы, а в лесных почвах — гриб мукор (рис. 10, б, в). Грибы разрушают клетчатку и лигнин участвуют в разложении белков. При этом образуются органические кислоты, увеличивающие почвенную кислотность влияющие на преобразование минералов. Так же как актиномицеты, грибы преимущественно являются аэробами.
Мицелий грибов часто развивается на корнях и даже в клетках высших зеленых растений. Подобный симбиоз высших растений с грибами называется микоризой. В этом симбиозе мицелий грибов выполняет функции всасывающего аппарата корневой системы.
Почвенные актиномицеты и грибы:
а — мицелий актиномицета (Х1000), б — одноклеточный мукоровый гриб; в — плесневый гриб (Х100)
системы, обеспечивая растения водой и пищей. В силу того, что грибы усваивают питательные вещества непосредственно из органических соединений, микориза обеспечивает развитие растений на почвах, богатых слаборазложившимися растительными остатками. В свою очередь, мицелий грибов использует для питания углеводы (сахара) и некоторые органические кислоты, поступающие из листьев в корни растений.
Водоросли являются существенным
биологическим компонентом
Подзолистые…………………………………………………
Торфяно-болотные…….……………………………
Дерново-подзолистые……………………………
Каштановые……………………………………………………
Такыры………….…………………………………………………
Водоросли развиваются на поверхности почвы, причем максимальное количество их наблюдается во влажные сезоны. В лесных почвах преобладают зеленые водоросли; в степных
Почвенные водоросли
а — зеленая водоросль, б — сине-зеленая нитчатая водоросль, в — диатомовые водоросли (Х1000)
резко увеличивается содержание сине-зеленых; диатомовые нарушаются в большом количестве в дерново-подзолистых почвах, а также в хорошо увлажняемых почвах низких широт.
Лишайники не относятся к почвенным микроорганизмам, но, поскольку они представляют собой сложное симбиотическое образование гриба и водоросли, целесообразно рассмотреть их участие в почвообразовании. Лишайники поселяются как на органическом веществе, так и на горных породах. Особый интерес представляет их деятельность на горных породах.
Помимо растительных микроорганизмов,
в почве широко распространены простейшие
животные организмы. Это преимущественно
корненожки, жгутиковые и реснитчатые
инфузорий. Содержание простейших очень
непостоянно, в отдельных случаях
их количество достигает 1,5 млн экземпляров
в 1 г почвы.; Подавляющая часть
простейших — аэробы: они очень
чувствительны к внешним
Роль простейших в почвообразовании недостаточно выяснена. Установлено, что они являются гетеротрофными, причем питаются другими организмами — бактериями и водорослями.
№ 42 Понятие о поглотительной способности почвы. Основные этапы развития учения о поглотительной способности почв (К. К. Гедройц., А. П. Соколовский., Г. Венгер.,).
Поглотительная способность почвы.
Свойство почвы задерживать в себе (сорбировать) различные вещества, соприкасающиеся с её твёрдой фазой. Виды П. с. п.: механическая — поглощение высокодисперсных частиц почвенными порами; физическая — поглощение электролитов под влиянием поверхностной энергии; физико-химическая (обменное и необменное поглощение катионов) — обмен между катионами твёрдой фазы и почвенного раствора (См. Почвенный раствор); химическая — образование малорастворимых и нерастворимых солей, которые выпадают в осадок и примешиваются к твёрдой фазе почвы; биологическая — сорбция веществ микроорганизмами и корнями растений. Количество всех сорбированных почвой обменных катионов (в мг/экв на 100 г почвы) составляет ёмкость поглощения; величина её может изменяться в зависимости от содержания почвенного поглощающего комплекса (См. Почвенный поглощающий комплекс) (в основном коллоидов почвы (См. Коллоиды почвы)), реакции почвенного раствора, природы катионов и т.п.
П. с. п. играет важную роль в процессах выветривания горных пород, выщелачивания почв, оказывает большое влияние на все почвенные процессы, тесно связана с продуктивностью почвы. Учение о П. с. п. — теоретическая основа применения удобрений и химической мелиорации (См. Химическая мелиорация). Основы современного представления о П. с. п. создал советский учёный К. К. Гедройц в 1912—32. В дальнейшем исследования продолжались Б. П. Никольским, И. Н. Антиповым-Каратаевым (См. Антипов-Каратаев), А. Н. Соколовским, Н. И. Горбуновым и др.
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 поглотительная способность связана с жизнедеятельностью растений и почвенных микроорганизмов, которые избирательно поглощают из почвы необходимые элементы минерального питания, переводят их в органическую форму и предохраняют тем самым от выщелачивания. После отмирания корней, растительных остатков и тел микроорганизмов происходят их разложение и постепенная гумификация. Минерализация и последующее использование растениями ранее закрепленного в почве в органической форме азота, фосфора и серы протекают довольно медленными темпами.
Интенсивность биологического
поглощения зависит от аэрации, влажности
и других свойств почвы, от количества
и состава органического
Механическая поглотительная способность обусловлена свойством почвы, как всякого пористого тела, задерживать мелкие частицы из фильтрующихся суспензий. Механическим поглощением объясняется сохранение и характер распределения в почве илистых частиц и вносимых нерастворимых удобрений (фосфоритной муки, извести). Благодаря механической поглотительной способности они не вымываются из верхнего слоя почвы.
Физическая поглотительная способность — это положительная или отрицательная адсорбция частицами почвы целых молекул растворенных веществ. Положительная физическая адсорбция почвой растворимых минеральных солей неизвестна. Отрицательная абсорбация наблюдается при взаимодействии почвы с растворами хлоридов и нитратов, что обусловливает высокую подвижность их в почве и возможность вымывания из ее верхнего слоя при повышенной влажности. Это имеет положительное значение для Сl- иона (избыток которого вреден для некоторых растений), но для нитратов оно нежелательно.
Химическая поглотительная способность связана с образованием нерастворимых и труднорастворимых в воде соединений в результате химических реакций между отдельными растворимыми солями в почве (ионами в почвенном растворе).
Особую роль химическое поглощение
играет в превращении фосфора
в почве. При внесении водорастворимых
фосфорных удобрений —
Химическое поглощение (фиксация)
фосфора обусловливает слабую подвижность
его в почве и снижает
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
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.
Реакция обмена катионов обратима, так как поглощенный почвой катион может быть снова вытеснен в раствор:
В зависимости от концентрации
раствора, его объема и природы
обменивающихся катионов между катионами
раствора и катионами почвенного
поглощающего комплекса устанавливается
некоторое подвижное
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
№ 47 Назовите виды поглотительной способности почвы по К. К. Гедройцу и охарактеризуйте роль биологического поглощения в концентрации зольной пищи растений и азота.