Основные функции почвы в биосферных процессах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные функции почвы в биосферных процессах

1. Понятие почвы

Основные функции почвы в биосферных процессах

Почва - самый поверхностный слой суши земного шара, возникший в результате изменения горных пород под воздействием живых и мертвых организмов (растительности, животных, микроорганизмов), солнечного тепла и атмосферных осадков.

Почва представляет собой совершенно особое природное образование, обладающее только ей присущим строением, составом и свойствами. Роль почвы в хозяйстве человека огромна.

Изучение почв необходимо не только для сельскохозяйственных целей, но и для развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон в городском хозяйстве, экологического мониторинга и пр.

Функции почвы

Вaжнейшие функции почвы: онa фильтрует грунтовые воды, зaдерживaет питaтельные веществa и воду, необходимые для ростa рaстений, онa является жизненной средой для многих оргaнизмов (среди которых и те, которые делaют возможным рaспaд оргaнических веществ).

Почвa поглощaет, aккумулирует и отрaжaет солнечную энергию, обеспечивает большой геологический круговорот веществ.

Основa

Почвa -- это физическaя средa для рaзвития инфрaструктуры (жилых и промышленных построек, дорог, мест для отдыхa) и для сборa мусорa и др.

Двa процентa территории Европы зaняты рaзличными постройкaми (это количество вaрьирует от 0,5% в Ирлaндии до 12% в Венгрии и 14% в Итaлии и Голлaндии).

Ряд госудaрств придерживaется принципa, соглaсно которому кaчественные сельскохозяйственные земли не используются для строительствa здaний и инфрaструктуры.

Обрaзовaние биомaссы

Большaя чaсть производства продуктов питания и фурaжa связaнa с почвой. Онa предостaвляет питaтельные веществa, воздух и воду, создaвaя среду для рaзвития рaстений. Серьезный вред, который причиняет почве деятельность человекa, приводит к сокрaщению производствa продуктов питaния и древесины. Эрозия и переуплотнение -- основные проблемы устойчивого земледелия. Кaждый год им подвергaется от 15 до 20% территории Европы.

Ухудшение кaчествa почвы кaк следствие деятельности человекa может вызвaть более чем 30-процентные потери урожaя. Нa севере Европы нaиболшую угрозу для почв предстaвляет зaкисление. Оно отрицaтельно скaзывaется нa производстве древесины.

Регулирование биосферных процессов

В частности плотности и продуктивности живых организмов на земной поверхности. Почва обладает не только плодородием, она имеет и свойства, лимитирующие жизнедеятельность тех или иных организмов. Не случайно зарождение древних цивилизаций происходило в тех регионах нашей планеты, где естественное плодородие почв особенно велико. Таким образом, почва -- основное средство производства и объект труда в сельском хозяйстве, а ее распределение -- причина острых социальных конфликтов.

Фильтрaция, нейтрaлизaция и трaнсформaция

Лишь в последние годы ученые обрaтили внимaние нa эти вaжные функции почвы. Почвa служит прегрaдой, не позволяющей вредным веществaм попaсть в грунтовые воды и водоемы. Веществa могут фильтровaться мехaническим путем, aдсорбировaться или выпaдaть в осaдок. Этa функция имеет ключевое знaчение для охрaны грунтовых вод, которые являются источником питьевой воды для 65% нaселения Европы. Выполняя роль буферa, почвa предохрaняет воды от попaдaния в них химических веществ и служит темперaтурным бaрьером. Почвенные кислоты нейтрaлизуют основные кaтионы нaтрия, кaльция, фосфорa, мaгния и др. Буфернaя способность почв небезгрaничнa. При нaличии оптимaльных условий более 99% пестицидов преврaщaются в нетоксические соединения. Однaко остaвшейся чaсти вполне достaточно, чтобы зaгрязнить питьевую воду в тех облaстях, где чрезмерно используются пестициды. Почвa может преврaтиться в источник химикaтов, зaгрязняющих грунтовые воды, если нaрушенa ее нейтрaлизующaя функция. Почвенные микрооргaнизмы способствуют рaзложению оргaнических веществ, a тaкже обрaзовaнию других веществ, нaпример сульфaтов и нитрaтов. Экологические изменения могут знaчительно огрaничить способность почвы зaдерживaть вредные веществa. Следовaтельно, почвa является одним из основных основным индикaтором определения критической нaгрузки естественных систем.

Регулирование химического состава атмосферы и гидросферы.

О, С, N, Н в различной форме участвуют в синтезе органического вещества растениями, сложно превращаясь в почве, особенно под влиянием почвенной фауны и микроорганизмов. Газовая фаза почв находится в состоянии постоянного взаимодействия с атмосферным воздухом, отдавая в него СО2, NH3, NO, N2, H2S, метан, водяные пары, поглощая газы и особенно -- О2. Круговорот воды на земном шаре охватывает как важное звено и почвенную влагу. Почвенный покров получает атмосферную влагу и из-за испарения и транспирации отдает ее в атмосферу. Водные свойства почвы определяют в большой степени процессы движения воды, ее сток и испарение. Поверхностный сток и грунтовые воды являются основными источниками питания рек, морей, океанов. С водой в них поступают минеральные и гумусовые вещества. Итак, химизм вод связан с химизмом почвенного покрова.

Местообитaние и резервуaр генетической информaции

Почвa является местообитaнием многих оргaнизмов и микрооргaнизмов. Кроме того, онa является резервуaром генетической информaции. Ухудшение кaчествa почвы приводит к сокрaщению биорaзнообрaзия.

Сокрaщение биологической aктивности и видов животных может быть вызвaнa:

* устрaнением или сжигaнием рaстительности

* слишком большой дозой удобрений и aгрохимикaтов

* зaкислением вследствие зaгрязнения aтмосферы

Труднее всего устaновить степень биологического повреждения почвы из-зa его связи с остaльными типaми повреждений. Можно предположить, что биологическое повреждение появляется тaм, где нaблюдaется повреждение другого хaрaктерa, глaвным обрaзом при нaличии эрозии, переуплотнения или химического зaгрязнения.

Плодородие

Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Чтобы быть плодородной, почва должна обладать достаточным количеством питательных веществ и запасом воды, необходимым для питания растений, именно своим плодородием почва, как природное тело, отличается от всех других природных тел (например, бесплодного камня), которые не способны обеспечить потребность растений в одновременном и совместном наличии двух факторов их существования - воды и минеральных веществ.

2. Общие физические свойства почв (плотность, плотность твердой фазы, пористость)

Плотность твердой фазы почвы -- отношение массы ее твердой фазы к массе воды в том же объеме при 4 °С.

Ее величина определяется соотношением в почве компонентов органических и минеральных частей почвы. Для органических веществ (сухой опад растений, торф, гумус) плотность твердой фазы колеблется от 0,2--0,5 до 1,0--1,4, а для минеральных соединений -- от 2,1--2,5 до 4,0-- 5,18 г/смі. Для минеральных горизонтов большинства почв плотность твердой фазы колеблется от 2,4 до 2,65 г/смі, для торфяных горизонтов -- от 1,4 до 1,8 г/смі.

Плотность почвы -- масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Так же как и плотность твердой фазы ее выражают в г/см3. Плотность почвы зависит от минералогического и механического состава, структуры почвы и содержания органического вещества. Большое влияние на плотность оказывает обработка почвы и воздействие движущейся по поверхности почвы техники. Наиболее рыхлой почва бывает сразу после обработки, затем она постепенно уплотняется и через некоторое время ее плотность приходит в состояние равновесной, т. е. мало изменяющейся (до следующей обработки). Верхние горизонты почв, содержащие больше органического вещества, лучше оструктуренные, подвергающиеся рыхлению паи обработке, имеют более низкую плотность Таблица 1. Общие физические свойства почв

Плотность почвы сильно влияет на поглощение влаги, газообмен в почве, развитие корневых систем растений, интенсивность микробиологических процессов.

Пористость (или скважность) почвы -- суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Выражают в процентах от общего объема почвы и вычисляют по показателям плотности почвы (dх) и плотности твердой фазы (d) Робщ=(1-dх:d)Ч100%

Пористость зависит от механического состава, структурности, деятельности почвенной фауны (черви, насекомые и др.), содержания органического вещества, в пахотных почвах от обработки и приемов окультуривания почвы.

Поры в почве образуются между отдельными механическими элементами, агрегатами и внутри агрегатов. Различают общую пористость, капиллярную и некапиллярную. Поры могут быть заполнены водой и воздухом. Поэтому также различают поры, занятые рыхлосвязанной водой, заполненные прочносвязанной водой и занятые воздухом (поры аэрации).

Некапиллярные поры обеспечивают водопроницаемость, воздухообмен; капиллярная пористость создает водоудерживающую способность почвы, т. е. от ее значения зависит запас доступной влаги для растений.

Для создания устойчивого запаса влаги в почве при одновременном хорошем воздухообмене (аэрации) необходимо, чтобы некапиллярная пористость составляла 55--65 % общей пористости. Если она меньше 50 %, то это приводит к ухудшению воздухообмена и может вызвать развитие анаэробных процессов в почве. В агрономическом отношении важно, чтобы почвы имели наибольшую капиллярную пористость, заполненную водой и одновременно пористость аэрации не менее 15 % объема в минеральных и 30--40 % в торфяных почвах.

почва биомaсса чернозём

Таблица 2

Содержание водопрочных агрегатов в пахотном слое дерново-подзолистой суглинистой почвы и количество воды, прошедшей через агрегаты размерами 2 - 3 мм.

Как видно из таблицы 3, общая пористость имеет наивысшие показатели в верхних горизонтах (в среднем около 50--55 %) и заметно снижается в нижележащих. Она выше в суглинистых и глинистых почвах.

Оценка пористости почв приведена в таблице 3.

Таблица 3. Оценка пористости почв

3. Гумус и его состав. Различия в составе гумуса почв различных природных зон

Гумусом (от лат. humus -- земля, почва), или перегноем, называется специфическое органическое вещество почвы. Гумус накапливается в различных количествах в верхнем почвенном слое и обычно бывает тёмного цвета. Он образуется в результате сложного биохимического процесса превращения отмерших растительных остатков и других биогенных продуктов в специфические гумусовые вещества -- гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумин. Остатки зелёных растений, попавшие в толщу почвы или находящиеся на её поверхности, быстро разлагаются, теряют свою форму и первоначальное строение. Над созданием гумуса трудятся живущие в земле организмы (рисунок 1).

Основу сообщества составляют всевозможные бактерии, актиномицеты, микрогрибы, водоросли. Свой вклад в процесс вносят черви, жуки, мокрицы, многоножки - они измельчают и подготавливают растительные остатки для переработки. На вершине этой биологической пирамиды - дождевые черви. Пропуская через себя почву, они оставляют на выходе органоминеральный комплекс, в котором количество доступных для растений элементов возрастает в среднем в одиннадцать раз. Масса червей составляет от 50 до 70% всей биомассы почвы. Самые «прожорливые» представители почвенного микромира - кольчатые черви - дождевые, норные, подстилочные. Жизнь червей длится 10-15 лет. Каждая особь откладывает за лето от 18 до 24 коконов, в которых содержится 1-21 яйцо. У червя пять сердец, расположенных вдоль всего тела.

Некоторые соединения (часть углеводов и белков, жиры) превращаются в углекислый газ, воду, минеральные соли, которые вновь включаются в биологический круговорот. Одновременно микроорганизмы синтезируют сложные вещества, окрашивающие почву в тёмный цвет. Это и есть гумус, в котором находятся важнейшие элементы питания растений -- азот, фосфор, сера и др., которые под воздействием микроорганизмов становятся доступными для растений. Таким образом, плодородие почв зависит от содержания в них гумуса.

Состав гумуса. Основой являются гуминовые вещества. В них выделяют две группы высокомолекулярных и азотосодержащих соединений: гуминовые кислоты и фульвокислоты. Гуминовые кислоты - черноокрашенные соединения, которые нерастворимы в минеральных и органических кислотах. Имеют в среднем более высокие молекулярные массы, повышенное содержание углерода (до 62%), менее выраженный кислотный характер. В почве они в основном представлены в виде гелей и коллоидных растворов с высокой поглотительной способностью. Этой поглотительной способностью объясняется высокое содержание элементов минерального питания в почвах с большим содержанием синтетического гумуса. Преобладают в черноземах, каштановых почвах, иногда в серых лесных и хорошо окультуренных дерново-подзолистых.

Фульвокислоты - наиболее растворимая группа гумусовых соединений, обладающая высокой подвижностью, значительно более низкими молекулярными массами. Содержание углерода более низкое, чем у представителей других групп гумусовых веществ. Обладают относительно более выраженными кислотными свойствами и склонностью к комплексо- и хелатообразованию . Фульвокислоты имеют более светлую окраску, чем вещества других групп. Преобладают в почвах подзолистого типа, красноземах, некоторых почвах тропиков, сероземах.

Гумин - неэкстрагируемая часть гумуса. Представлена, по-видимому, двумя типами соединений: гумусовыми веществами, наиболее прочно связанными с глинистыми минералами (глиногумусовый гумин); частично разложившимися растительными остатками, утратившими анатомическое строение и обогащенными наиболее устойчивыми компонентами, прежде всего лигнином (детритный гумин).

Гиматомелановые кислоты - группа гумусовых веществ с промежуточными свойствами между фульвокислотами и гуминовыми кислотами. Отличается от последних растворимостью в полярных органических растворителях и другими свойствами.

Запасы гумуса наиболее высоки в почвах прерий и высокотравных степей и минимальны в почвах тундр и пустынь. В чернозёмах содержание гумуса достигает 9-12%, а гумусовый горизонт обычно имеет наибольшую мощность -- 25-100 см. Подзолистые почвы содержат всего 3-4% гумуса.

Как известно, земля средней полосы России гумусом не богата ( от 1 до 5%). В подзолистых и дерново-подзолистых почвах его немного, легкие, песчаные и супесчаные просто бедны. Зато в черноземах содержится 10-12% гумуса, а в странах Западной Европы эта цифра поднимается до 15%.

Чем же вызвана такая разница? Почему в южных регионах гумуса больше, чем в северных? Прежде всего это связано с тем, что гумус - продукт жизнедеятельности почвенной микрофлоры и фауны. При температуре 20-25°С ее представители работают с наивысшей производительностью. Да и зимы в средней полосе суровее - иногда погибает до 90% «работников». Весной естественный процесс возрождения их численности начинается практически с нуля и необходимой концентрации достигает лишь к июлю. Получается, что в теплых зонах период функционирования микромира намного продолжительнее (6-7 месяцев), чем в умеренных, где он длится максимум два месяца.

Дерново-подзолистые почвы (распространение, генезис, строение, свойства).

В начале XX века великий русский ученый В.В. Докучаев впервые сформулировал закон зональности почв: «почвы должны располагаться по земной поверхности зонально, в строжайшей зависимости от климата, растительности и пр.». На земном шаре почвы закономерно изменяются на равнинах от экватора к полюсам, а в горах -- от подножий к вершинам. Однако нередко даже внутри одной природной зоны факторы почвообразования сильно разнятся, поэтому вместе с основным типом почвы, характерным именно для этой природной зоны, в её пределах образуется большое количество других типов почв. В связи с этим почвенная карта мира отличается необыкновенной пестротой. Дерново-подзолистые почвы развиты преимущественно, в подзоне южной тайги под травянистыми или мохово-травянистыми лесами. Признаки и свойства этих почв отражают результат воздействия подзолистого и дернового процессов.

Обусловленная воздействием хвойно-мохового леса концентрация в лесной подстилке подзолов биологически важных элементов подготовляет условия для проникновения под полог хвойного леса широколиственных пород, более требовательных к почвенным условиям. Это привело к созданию в южной части дерново-подзолистой зоны Европы подзоны смешанных хвойно-широколиственных лесов. Дальнейшему проникновению широколиственных пород к северу препятствовали неблагоприятные климатические условия. Продвижение широколиственных пород в первую очередь шло по почвам, развитым на более богатых элементами зольного питания материнских породах.

Профиль почв имеет следующее морфологическое строение:

А₀ -- лесная подстилка бурых или коричневых тонов, состоящая из растительных остатков различной степени разложения, при мощности более 7 см разделяется на два-три подгоризонта;

A₀A₁ -- переходный органоминеральный горизонт, содержащий значительное количество как минеральных частиц, так и полуразложившихся органических остатков;

А₁ -- гумусовой горизонт мощностью от 3 до 20 см и более, серый или белесо-темно-серый, комковато-порошистой или порошистой структуры, рыхлый;

А₁А₂ -- переходный, неравномерно окрашенный горизонт: участки с серым и белесо-серым окрашиванием чередуются с участками, окрашенными в буроватые и палевые тона; структура комковато-порошистая, заметна горизонтальная делимость;

А₂ -- подзолистый горизонт, белесовато-светло-серый, иногда с легким палевым оттенком; структура плитчатая с заметной тонкой чешуйчатостью или листоватостью, в песчаных почвах часто бесструктурен;

А₂В -- переходный горизонт мощностью 10-20 см, буровато-белесый, непрочной комковато-мелкоореховатой структуры, содержит обильную белесую присыпку, встречаются языки горизонта А₂;

В -- иллювиальный горизонт, самый плотный в профиле, бурый, коричнево-бурый или красно-бурый, ореховатой, ореховато-призматической структуры, может подразделяться на подгоризонты (B_l, В₂, В₃), в каждом из которых становится менее интенсивным окрашивание, более грубой и крупной структура, меньшей плотность;

ВС -- переходный, светло-бурых, светло-коричневых тонов, глыбистой или глыбисто-призматической структуры, постепенно переходит в не измененную почвообразованием породу -- горизонт С;

Дерново-подзолистые почвы имеют кислую реакцию по всему профилю, высокую (20-70%) ненасыщенность основаниями. Содержание гумуса может достигать 7-9%, но падение его содержания с глубиной очень резкое, а в составе гумуса преобладают фульвокислоты. Верхние горизонты дерново-подзолистых почв обеднены полуторными окислами и обогащены кремнеземом.

Общее задание - привести систематический список почв лесхоза (лесничества) и дать оценку их лесорастительных свойств.

Почвы в районе расположения лесничества отличаются большим разнообразием. Выделяют следующие основные типы почв:

1. Преобладающими являются подзолистые лесные почвы, которые занимают нижние и средние части пологих северных склонов. Подразделяются на собственно подзолистые, дерново-подзолистые и подзолисто-глеевые. На подзолистых почвах произрастают хвойные насаждения с преобладанием мертвого напочвенного покрова. Дерново-подзолистые представлены склонами различных экспозиций, древостои разреженные, различного состава, хорошо развит живой напочвенный покров с выраженной дерниной. Подзолисто-глеевые представлены поймами рек и ручьев, занимают ровные местоположения с ухудшенным дренажом, где произрастают насаждения различного состава.

2. Дерновые неоподзоленные кислые лесные почвы с высоким наличием гумуса и малогумусированные. Расположены на склонах различных экспозиций до 15 градусов. Преобладают хвойные насаждения с хорошо развитым напочвенным покровом.

3. Тип серых оподзоленных почв встречается в ложбинах, на речных террасах с легким механическим составом. Здесь произрастают насаждения с преобладанием хвойных пород, напочвенный покров редкий.

4. Тип бурых оподзоленных почв занимают северные пологие склоны, ровные местоположения. Преобладают смешанные насаждения, осинники, покров из высокотравья, мощный.

5. Тип карбонатных лесных почв занимает горные склоны различной крутизны, вершины гор с близкими к поверхности залеганием известняков, мергелей, доломитов, преобладают редкостойные насаждения сосны, травянистый покров представлен злаками, образующими дернину.

6. Тип черноземных почв занимают выровненные местоположения, ложбины, пологие нижние части склонов. Здесь преобладают смешанные насаждения, осинники, травянистый покров из высокотравья, разнообразный.

7. Скелетные почвы расположены на вершинах гор, крутых склонах. Насаждения низкой производительности, ветровальные, напочвенный покров редкий.

Список литературы

1. http://www.krugosvet.ru

2. http://www.referun.com

3. Попова Д.П. Почвоведение с геологией: Учебное пособие. Кр., 2001

4. Кауричев И.С. Почвоведение. М., Агропромиздат.1989

Размещено на Allbest.ru