Лекция Тема Экологическое значение почвы Подготовил к с

Лекция Тема: Экологическое значение почвы Подготовил: к. с. -х. н. , и. о. доцента кафедры «Управления и инжиниринга в сфере охраны окружающей среды» Евразийского национального университета им. Л. Н. Гумилева Хусаинов Мансур Бахитжанович

План лекции: • 1. Экологические функции почв • 2. Экологические значения свойств почв • 3. Экологическое значение почвенных режимов

1. Экологически функции почв • Почва — самостоятельное естественноисторическое органоминеральное природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твёрдых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия. • Почва является составным компонентом биогеоценоза или для почв, используемых в сельскохозяйственном производстве – агробиогеоценоза

Функции почвы в биогеоценозе: • Экологическая • Биогеохимическая

• По Карпачевскому Л. О. , под экологической функцией почвы, понимается почва как жизненное пространство, механическая опора, хранитель семян, воды и питательных веществ, депо ферментов. • Почва представляет собой достаточно жесткую механическую буферную систему, препятствующую механическому повреждению корней, животных, обитающих в почве. К такой же защитной функции почвы следует отнести ее химическую буферность, буферность в отношении температуры и влажности.

Биогеохимические функции почв включают: • аккумуляция органических и других соединений, • трансформация веществ, • движение веществ в почве, • стимуляция и ингибирование растений и животных в почве

По Добровольскому Г. В. и Никитину Е. Д. (1990) выделяются следующие основные экологические функции почв: • 1) обеспечение жизни на Земле, обусловленное плодородием почв; • 2) регулирование всех потоков вещества в биосфере; • 3) регулирование состава атмосферы и гидросферы;

• 4) накопление в поверхностной части коры выветривания, в почвенных органогенных горизонтах специфического органического вещества – гумуса и связанной с ним химической энергии; • 5) защитная роль почвы по отношению к литосфере; • 6) генерирование и сохранение биологического разнообразия.

Глобальные функции почвы: • обеспечение жизни на Земле – обеспечение растений необходимыми факторами жизни. Эта глобальная функция почвы характеризуется понятием плодородия. • обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговорота веществ на земной поверхности. Она является регулятором в качестве биомембраны и в качестве аккумулятора биофилов.

• регулирование состава атмосферы и гидросферы, что осуществляется, благодаря высокой пористости почв, ее емкости поглощения, насыщенности живыми организмами, селективности. • регулирование биосферных процессов, в частности, плотности и продуктивности организмов на поверхности суши и в мелководьях, поскольку почва обладает не только плодородием, но и лимитирующими факторами.

• накопление на земной поверхности специфического активного органического вещества – гумуса – и связанной с ним химической энергии. • защитная роль по отношению к литосфере. Почва планеты – это не только геомембрана, но одновременно и «кожа» планеты» , защищающая литосферу от слишком сильного воздействия экзогенных факторов и от разрушения.

2. Экологические значения свойств почв • Свойства почв определяют их сорбционную, миграционную и трансформирующую способность, протекторные функции. • В первую очередь, это показатели р. Н, окислительно-восстановительного состояния, гранулометрический состав, сорбционная емкость по отношению к различным типам сорбции, фракционный состав соединений ионов в почве.

Кислотно-основные свойства почвы • В соответствии с р. Н, с севера на юг закономерно изменяется содержание гумуса и емкость поглощения почв • При кислой реакции среды и избытке воды протекает кислый гидролиз и диспергирование минеральной и органической части почвы. Это приводит к накоплению в почвах более низкомолекулярных фульвокислот, по сравнению с гуминовыми кислотами (Сгк: Сфк = 0, 5), в связи с чем в таких почвах накапливается меньше гумуса – 1 -2%, что соответствует и меньшей емкости поглощения почвами катионов – 5 -10 мг-экв/100 г.

Механические и физические свойства почвы • Почва состоит из твердых частиц и пор, заполненных воздухом или почвенной влагой (раствором). Гранулометрический (механический) состав почвы определяется % соотношением твердых частиц. По преобладанию твердых частиц почвы подразделяются на: каменистые (частицы > 10 мм); гравелистые (частицы d 3 -10 мм); хрящеватистые (частицы < 3 мм); песчаные; супесчаные; суглинистые (легкие, средние, тяжелые); глинистые (легкие, средние, тяжелые).

• В полевых условиях используют «сухой» и «мокрый» способ качественного определения гранулометрического состава. «Мокрый» способ еще называют «методом шнура» . • Песчаные почвы состоят только из песчаных зерен с небольшой примесью пылеватых и глинистых частиц. Почва бесструктурная, не обладает связностью.

• Супесчаные почвы легко растираются между пальцами. В растертом состоянии явно преобладают песчаные частицы, заметные даже на глаз. Во влажном состоянии образуются только зачатки шнура. • Суглинистые почвы при растирании в сухом состоянии дают тонкий порошок, в котором прощупывается некоторое количество песчаных частиц. Во влажном состоянии раскатываются в шнур, который разламывается при сгибании в кольцо. Легкий суглинок не дает кольца, а шнур растрескивается и дробится при раскатывании. Тяжелый суглинок дает кольцо с трещинами. • Глинистые почвы в сухом состоянии с большим трудом растираются между пальцами, но в растертом состоянии ощущается однородный тонкий порошок. Во влажном состоянии эти почвы сильно мажутся, хорошо скатываются в длинный шнур, из которого можно сделать кольцо.

• От механического состава почвы зависят физические свойства: • 1. Пористость • 2. Водные свойства почвы • 3. Тепловой режим почвы • 4. Поглотительные свойства почвы

Пористость • Пористость – % содержание пор. В почвах мелкозернистых (глинистые, торфяные) пористость около 85%, крупнозернистых (гравелистые, песчаные, черноземные) – около 30%.

Водные свойства почвы • Водные свойства: влажность, влагоемкость, водопроницаемость, капиллярность, гигроскопичность, испаряющая способность.

• Влажность почвы - % содержание почвенной влаги. Зависит от влагоемкости (способности почвы удерживать влагу), гигроскопичности (способности поглощать влагу из воздуха), испаряющей способности. • Капиллярность – способность почвы поднимать воду из нижележащих почвенных горизонтов в вышележащие (высокую капиллярность имеют почвы мелкозернистые (глинистые, суглинистые, торфяные), низкую- крупнозернистые почвы (песчаные и супесчаные).

Тепловой режим почвы Источники тепла : • лучистая энергия солнца (инфракрасное излучение); • биохимические процессы разложения органических веществ. Высокая температура почвы способствует повышению интенсивности биохимических процессов разложения органических веществ и самоочищению почвы; размножению и сохранению микроорганизмов; низкая температура – наоборот.

Поглотительные свойства • Поглотительные свойства почвы - способность почвы поглощать газы, жидкости, растворы, задерживать твердые частицы, взвешенные в почвенном растворе, и в том числе сохранять для растений и микроорганизмов питательные и минеральные вещества. Зависят от наличия глинистых частиц, перегноя, органо-минеральных коллоидов, которые в совокупности обуславливают - почвенный поглощающий комплекс (ППК), который: предотвращает загрязнение почвы, почвенных вод и кормовых растений токсическими веществами (нитраты и нитриты, соли тяжелых металлов, радионуклиды); способствует повышению основного свойства почвы – плодородия.

Химический состав почвы Неорганические вещества - 90 -99% • 1. Почвенные частицы: Макроэлементы в виде окиси Si, Al, Fe, K, Na, Ca, Mg; алюмосиликаты, гидроксиды алюминия и железа Микроэлементы Zn, Cu, Co, Mn, F, Br и др. • 2. Почвенный воздух: O 2 = 20%, CO 2 = 0, 3 - 1%, NH 3, H 2 S, индол, скатол и др. • 3. Почвенный раствор: катионы Ca, Mg, K, Na и анионы (карбонаты, сульфаты, нитраты, хлориды, фосфаты)

Органическое вещество почвы • Органическое вещество почвы играет значительную роль в формировании почвы и ее важнейших свойств и признаков. От содержания органического вещества зависит плодородие почвы. Органическое вещество определяет сорбционные свойства почвы – выполняет депонирующую функцию по отношению к элементам минерального питания растений.

• Кроме того, само органическое вещество почвы служит питательным субстратом для почвенной биоты (микроорганизмов, почвенных животных и грибов). Органические вещества участвуют в создании благоприятных воднофизических свойств почвы, устойчивой почвенной структуры, миграции ряда химических элементов и соединений.

Органические вещества - 1 -10 %: • 1. Негумифицированные частицы (0 -15%) отмершие, полуразрушивщиеся растительные и животные остатки (макро- и микроорганизмы). • 2. Почвенный г у м у с (85 - 90%) – часть органического вещества почвы, полностью утратившая черты анатомического строения организмов, представленная совокупностью специфических и неспецифических органических соединений почвы.

• Н е с п е ц и ф и ч е с к и е о р г а н и ч е с к и е с о е д и н е н и я (сахара, аминокислоты, белки, органические основания, дубильные вещества, органические кислоты и т. п. ) присутствуют в почве как результат жизнедеятельности организмов, продукты выщелачивания и промежуточные продукты разложения органических остатков. Их содержание в минеральных почвах не превышает нескольких процентов.

• С п е ц и ф и ч е с к и е г у м у с о в ы е в е щ е с т в а – темноокрашенные органические соединения, входящие в состав гумуса, представляют собой смесь различных по составу и свойствам высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений. Среди специфических гумусовых веществ можно выделить г у м у с о в ы е к и с л о т ы – вещества, экстрагируемые из почвы щелочной вытяжкой и г у м и н – неэкстрагируемую часть гумуса.

Гумусовые кислоты : • Ф у л ь в о к и с л о т ы (от гр. «фульвос» – желтый) – наиболее растворимая (в щелочах, кислотах, органических растворителях) группа гумусовых соединений, отличающаяся от других фракций меньшей молекулярной массой, более светлой окраской, меньшим содержанием углерода. Обладают относительно более выраженными кислотными свойствами, способствуют выщелачиванию почвенного профиля благодаря способности к комплексо- и хелатообразованию. Сравнительно легко минерализуются и поэтому являются источником легко мобилизируемых питательных веществ.

• Г у м и н о в ы е к и с л о т ы – растворимая в щелочах, но нерастворимая в кислотах группа темноокрашенных гумусовых веществ, обладающих относительно более высокими молекулярными массами, менее выраженным кислотным характером и более высоким содержанием углерода. • Г и м а т о м е л а н о в ы е к и с л о т ы – фракция гумусовых веществ с промежуточными свойствами между фульвокислотами и гуминовыми кислотами. Они экстрагируются полярными органическими растворителями (например, этиловым спиртом).

3. Экологическое значение почвенных режимов • Почвенные режимы – это закономерное изменение свойств почв и процессов во времени и в пространстве (по горизонтали и по вертикали). Выделяют водный, воздушный, тепловой, кислотно-основной, окислительно-восстановительный, солевой, питательный и др. режимы почв.

По Высоцкому Г. Н. и Роде А. А. выделяются следующие типы водного режима: • 1. Мерзлотный, характерный для областей вечной мерзлоты. Почва оттаивает на метры и десятки сантиметров. Ниже идет мерзлый водоупорный слой. В случае затруднения оттока влаги по мерзлотному слою идет заболачивание почвы. • 2. Промывной – годовая сумма осадков выше испаряемости. Почвенно-грунтовая толща ежегодно подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод. Часть атмосферной влаги стекает с внутрипочвенным стоком.

• 3. Периодически промывной – атмосферная влага лишь в отдельные годы промачивает профиль почв до грунтовых вод. • 4. Непромывной – атмосферные осадки промачивают почву до определенной глубины и не доходят до грунтовых вод в виде жидкости. Заметно преобладание испаряемости над суммой атмосферных осадков. • 5. Деструктивно-выпотной – формируется в условиях близкого уровня грунтовых вод (верховодки), когда капиллярный подъем воды достигает почвенных горизонтов.