Экология почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Процесс формирования почв

2 Почва как среда обитания

3 Растительность, животные и микроорганизмы

4 Роль почвы в жизни

5 Источники плодородия

6 Сельскохозяйственное влияние на состояние почвы

7 Почва в гигиеническом отношении

ВВЕДЕНИЕ

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. 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.

Почва - важнейший компонент всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом, через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.

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.

1 ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВ

Все горные породы, покрывающие поверхность земного шара, с первых же моментов их образования под влиянием различных процессов начинали немедленно разрушаться. Сумма процессов преобразования горных пород на поверхности Земли называется выветриванием или гипергенезом. Совокупность продуктов выветривания называется корой выветривания. Процесс преобразования исходных пород в кору выветривания чрезвычайно сложен и включает в себя многочисленные процессы и явления. В зависимости от характера и причин разрушения горных пород различают физическое, химическое и биологическое выветривание, которое сводится обычно к физическому и химическому воздействию организмов на горные породы.

Процессы выветривания (гипергенеза) распространяются на некоторую глубину, образуя зону гипергенеза. Нижняя граница этой зоны условно проводится по кровле верхнего горизонта подземных (пластовых) вод. Нижнюю (и большую) часть зоны гипергенеза занимают горные породы, в той или иной степени измененные процессами выветривания. Здесь выделяют новейшую и древнюю коры выветривания, сформированные в более древние геологические периоды. Поверхностный слой зоны гипергенеза является тем субстратом, на котором происходит образование почвы. Как же происходит процесс почвообразования?

В процессе выветривания (гипергенеза) изменялся первоначальный облик горных пород, как и их элементный и минеральный состав. Первоначально массивные (т.е. плотные и твердые) горные породы постепенно переходили в раздробленное состояние. Примерами раздробленных в результате выветривания горных пород могут служить дресва, песок, глина. Становясь раздробленными, горные породы приобретали ряд новых свойств и особенностей: они становились более проницаемыми для воды и воздуха, в них увеличивалась общая поверхность их частиц, усиливавшая химическое выветривание, образовывались новые, в том числе и легко растворимые в воде соединения и, наконец, горные породы приобретали способность удерживать в себе влагу, имеющую большое значение для обеспечения растений водой.

Однако сами по себе процессы выветривании не могли привести к накоплению в горной породе элементов пищи растений, а следовательно, и не могли превратить горную породу в почву. Образующиеся в результате выветривания легко растворимые соединения могут только вымываться из горных пород под влиянием атмосферных осадков; а такой биологический важный элемент, как азот, потребляемый растениями в больших количествах, совершенно не содержится в изверженных горных породах.

Рыхлые и способные впитывать воду горные породы становились благоприятной средой для жизнедеятельности бактерий и различных растительных организмов. Постепенно происходило обогащение верхнего слоя коры выветривания продуктами жизнедеятельности организмов и их отмирающими остатками. Разложение органических веществ и присутствие кислорода приводило к сложным химическим процессам, в результате которых происходило накопление в горной породе элементов зольной и азотной пищи.

Таким образом, горные породы поверхностного слоя коры выветривания (их еще называют почвообразующими, коренными или материнскими породами) стали почвой. В состав почвы, таким образом, входит минеральная компонента, соответствующая составу коренных пород, и органическая компонента.

Поэтому началом процесса почвообразования нужно считать тот момент, когда на продуктах выветривания горных пород поселились растительность и микроорганизмы. С этого момента раздробленная горная порода стала почвой, т.е. качественно новым телом, обладающим рядом качеств и свойств, самым существенным из которых является плодородие. В этом отношении все существующие почвы на земном шаре представляют собой естественно-историческое тело, образование и развитие которого связано с развитием всей органической жизни на земной поверхности. Один раз зародившись, почвообразовательный процесс никогда не прекращался.

2 ПОЧВА КАК СРЕДА ОБИТАНИЯ

Почва как среда жизни чрезвычайно благоприятна для обитания многочисленных организмов. Ей свойственны более или менее рыхлая структура, определенная водопроницаемость и аэрируемость. В почве концентрируются запасы органических и минеральных веществ, поставляемых растительностью и трупами животных. Количество организмов в почве огромно, однако в связи со сглаженностью экологических условий все они отличаются «выравненностью группового состава». Кроме того, для них характерна повторяемость в различных климатических зонах.

Почвенные организмы по степени связи со средой обитания разделяются на три основные группы.

Геобионты - постоянные обитатели почвы, весь цикл их развития протекает в почве (дождевые черви, многие первичнобескрылые насекомые).

Геофилы - животные, часть цикла развития которых проходит в почве. К ним относится большинство насекомых: саранчовые, ряд жуков, комары-долгоножки. Личинки их развиваются в почве, а во взрослом состоянии это типичные наземные обитатели.

Геоксены - животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища (таракановые, многие полужесткокрылые, грызуны, млекопитающие, живущие в норах).

Многие животные почвенной среды, чаще всего это беспозвоночные (медведки, личинки майского жука), имеют мощный грызущий ротовой аппарат, так как питаются корнями растений. Тело их сегментировано, чтобы обеспечить продвижение в почвенной среде (вспомните, как передвигается дождевой червь). У членистоногих, как, например, у медведки, покров тела хитиновый, голова имеет мощную хитиновую капсулу, передние конечности часто копательного типа. Почвенные насекомые обладают способностью к вертикальной миграции: с понижением температуры почвы они уходят на значительную глубину - ниже границы замерзания. Немногочисленные почвенные млекопитающие имеют слабое зрение, но зато у них сильно развиты обоняние и осязание.

Адаптации организмов к жизни в почве. Мелкие почвенные членистоногие (клещи, насекомые, многоножки) используют для передвижения по стенкам почвенных полостей коготки на лапках. Многие из них имеют несмачиваемые покровы тела, снабженные волосками, чешуйками, которые позволяют переживать периоды затопления почвы в пузырьках воздуха.

Более крупные почвенные животные, такие как личинки майского жука, дождевые черви, при передвижении испытывают сильное сопротивление со стороны почвы. Для раздвигания почвенных частиц у них выработалось приспособление в виде гидроскелета (дождевые черви) либо способность к изгибанию тела (круглые черви).

Некоторые средние по размерам (медведки) и крупные почвенные животные (кроты, слепыши) выработали эффективный способ передвижения в почве - рытье. Внешнее строение землероев разных таксономических групп характеризуется сходными признаками: компактным телом, копательными конечностями, слаборазвитыми органами зрения и др., что отражает их приспособленность к подземному образу жизни (рис. 6.13).

3 РАСТИТЕЛЬНОСТЬ, ЖИВОТНЫЕ И МИКРООРГАНИЗМЫ

почва плодородие растительность микроорганизм

Растительность. Значение растительности в почвообразовании чрезвычайно велико и многообразно. Пронизывая корнями верхний слой почвообразующей породы, растения извлекают из ее нижних горизонтов питательные вещества и закрепляют их в синтезированном органическом веществе. После минерализации отмерших частей растений заключенные в них зольные элементы отлагаются в верхнем горизонте почвообразующей породы, создавая этим благоприятные условия для питания следующих поколений растений. Так, в результате постоянного создания и разрушения органического вещества в верхних горизонтах почвы, приобретается наиболее важное для нее свойство - накопление, или концентрация элементов зольной и азотной пищи для растений. Это явление называется биологической поглотительной способностью почвы.

Вследствие разложения растительных остатков в почве накапливается перегной, имеющий огромное значение в плодородии почвы. Растительные остатки в почве являются необходимым питательным субстратом и важнейшим условием развития многих почвенных микроорганизмов.

В процессе распада органического вещества почвы выделяются кислоты, которые, воздействуя на материнскую горную породу, усиливают ее выветривание.

Сами растения в процессе своей жизнедеятельности выделяют своими корнями различные слабые кислоты, под влиянием которых труднорастворимые минеральные соединения частично переходят в растворимую, а следовательно, в усвояемую растениями форму.

Кроме того, растительный покров существенно изменяет микроклиматические условия. Например, в лесу, по сравнению с безлесными территориями, понижена летняя температура, увеличена влажность воздуха и почв, уменьшена сила ветра и испарение воды над почвой, накапливается больше снега, талых и дождевых вод - все это неизбежно отражается на почвообразовательном процессе.

Микроорганизмы. Благодаря деятельности населяющих почву микроорганизмов происходит разложение органических остатков и синтез содержащихся в них элементов в соединения, поглощаемые растениями.

Высшие растения и микроорганизмы образуют определенные комплексы, под воздействием которых формируются различные типы почв. Каждой растительной формации соответствует определенный тип почв. Например, под растительной формацией хвойных лесов никогда не сформируется чернозем, который образуется под воздействием лугово-степной растительной формацией.

Животный мир. Важное значение для почвообразования имеют животные организмы, которых в почве очень много. Наибольшее значение имеют беспозвоночные животные, живущие в верхних почвенных горизонтах и в растительных остатках на поверхности. В процессе своей жизнедеятельности они значительно ускоряют разложение органических веществ и часто производят весьма глубокие изменения в химических и физических свойствах почвы. Большую роль играют и норные животные, такие как кроты, мыши, суслики, сурки, и пр. Многократно перерывая почву они способствуют смешиванию органических веществ с минеральными, а также повышению водо- и воздухопроницаемости почвы, что усиливает и ускоряет процессы разложения в почве органических остатков. Также они обогащают почвенную массу продуктами своей жизнедеятельности.

Растительность служит пищей для различных травоядных животных, поэтому, прежде чем попасть в почву, значительная часть органических остатков подвергается существенной переработке в пищеварительных органах животных.

4 РОЛЬ ПОЧВЫ В ЖИЗНИ

Земля-кормилица. Мы так часто слышим эти слова, что почти не придаем им значения. А ведь правильнее было бы сказать, что растут деревья и трава, шумят леса и колышется в поле пшеница только благодаря тому, что у нас есть земля, а точнее почва.

Образование почвы началось с появлением на Земле первых живых существ, так что именно им мы обязаны жизнью, и не только генетически.

«С давних времен люди знали, что окружающий их мир обладает удивительным свойством, которое было названо плодородием. Наиболее заметно, наиболее повседневно близко и понятно людям проявляла это свойство почва, которой своим существованием и развитием обязан современный растительный и животный мир. Она является необходимым условием для жизни растений, животных, человека.

Возделывая сельскохозяйственные культуры, люди обратили внимание на то, что урожай, выращенный из семян одного и того же растения, оказывается неодинаковым на различных земельных участках. Еще в глубине веков узнали о том, что существуют различные почвы и научились по внешним признакам определять, на каких участках можно при меньшей затрате труда получить больший урожай. Такими признаками были, прежде всего, состав и мощность развития естественной растительности, окраска почвы, мощность окрашенного в темные тона почвенного профиля, характер более глубоких, подстилающих верхние слои почвы, горизонтов. Накопленный опыт в дальнейшем был проанализирован и обобщен учеными ранних эпох. Так, уже в трудах древнекитайских ученых приводятся сведения о почвах. Почва обеспечивает растения комплексом факторов, необходимых для их жизни - минеральными и органическими питательными веществами, водой, кислородом. Это свойство называется плодородием почвы. Именно почвенное плодородие в далеком прошлом, еще неосознанно, ценой многочисленных удач и еще более многочисленных неудач было замечено и использовано людьми на самых ранних этапах развития земледелия».

5 ИСТОЧНИКИ ПЛОДОРОДИЯ

Одним из важнейших условий увеличения продуктивности земледелия, пастбищного хозяйства и лесоводства является сохранение почвенного покрова и повышение плодородия почв. Без почвенно-экологических систем и без воспроизводства биомассы биосфера как система не может существовать. Практическое использование почвенного покрова в разных областях хозяйства должно быть рассчитано на сохранение и расширение биогеохимических функций живого вещества и почв на планете. Поэтому перед человечеством стоит как задача охраны почвенных ресурсов планеты, так и задача постоянного увеличения их производительности для удовлетворения растущего спроса на продукты питания и сырье. Современные экологические знания приводят к выводу об абсолютной незаменимости роли почвенного покрова в живой природе планеты, а также во многих отраслях деятельности человека (сельское, лесное, водное хозяйство, строительство городов, поселений, дорог).

Экосистемы и гумусовая оболочка суши и мелководий играют роль общепланетного фиксатора, аккумулятора и распределителя энергии, прошедшем через биосинтез растений, и являются экраном, удерживающим в биосфере важнейшие элементы от геохимического стока в Мировой океан и в пустыни. Почвенный покров вместе с его микромиром исполняет функции универсального биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Все это делает необходимым сохранение функций почвенного покрова, который является очень хрупким и легко уязвимым.

Освоение новых территорий для земледелия нуждается в тщательном и всестороннем анализе. Лучшие угодья уже освоены, оставшиеся требуют огромных капиталовложений и перемещения масс населения. Придется улучшать и превращать в продуктивные ландшафты для хозяйственного использования пустыни (безводные, жаркие и мерзлотные), пески и каменистые территории, горные склоны, солончаковые равнины и др., но при этом следует учитывать экономический фактор и сохранение слаженности процессов обмена веществ в биосфере. Как естественноисторическое образование почвы и почвенный покров в своем строении, свойствах, химическом и минералогическом составе сохраняют реликтовые черты прошлой истории и признаки, приобретенные при взаимодействии с биогеографической средой настоящего.

Почвенный покров Земли (педосфера) является важнейшим компонентом экологических систем суши и биосферы планеты в целом. Почвенная оболочка представляет собой незаменимую часть механизма биосферы. Если это звено будет разрушено или уничтожено на больших пространствах, то общий механизм биосферы будет глубоко и подчас необратимо нарушен, с опасностью катастрофических последствий.

Живые организмы, растения и животные, фиксируют и сохраняют космическую (солнечную) энергию в форме фито-зообиомассы; эта энергия может использоваться или потребляться человеком. Приблизительно такое же количество (или на порядок выше) органического вещества и запасов связанной энергии аккумулируется и сохраняется в почвах в форме гумуса и органических остатков.

6 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ВЛИЯНИЕ НА СОСТОЯНИЕ ПОЧВЫ

Трудности сельскохозяйственного использования и оценки влияния осушительной мелиорации на продуктивность луговых текстурно-дифференцированных почв Среднеамурской низменности заключаются в том, что своеобразие климатических условий в Среднем Приамурье способствует быстрой минерализации органического вещества, деградации и распылению пахотного слоя.

Исследования Манучарова и др. показали применимость реологических методов для оценки структурного состояния почв и его изменения в результате мелиорации и освоения. Реологические характеристики исследуемых почв дифференцированы по профилю в соответствии с профильнойдифференциацией гранулометрического и микроагрегатногосоставов и физико-химических свойств при влажности верхней границы пластичности. При влажности максимального набухания горизонты различаются по реологическому поведению (цикл нагрузка - разгрузка): гумусово-аккумулятивный горизонт характеризуется тиксотропией, для элювиально-глеевого и иллювиального отмечается реопексия, петли которой больше в горизонте В. , обладающем повышенным содержанием водопрочных агрегатов.

Осушительная мелиорация и освоение неоднозначно влияют на структурное состояние поверхностных горизонтов: на макро уровне (почвенные макроагрегаты) преобладают процессы дезагрегации, на уровне микроагрегатов - процессы агрегации почвенной массы. В пахотном горизонте резко падает число водопрочных агрегатов, снижаются пределы прочности, но при этом снижаются тиксогропные свойства горизонта. В элювиально-глеевом горизонте также падает число водопрочных макроагрегатов, однако, намикроуровне происходит некоторое улучшение структуры: увеличивается как удельная мощность разрушения структуры, так и пределы прочности структуры.

Внесение лигнинно-пометного компоста приводит к улучшению структурно-механических свойств пахотного горизонта исследуемых почв: по сравнению с контролем повышается уровень микроагрегации вещества, реологические кривые характеризуются дилатансией, что связано с увеличением водопрочности структуры горизонта.

В подтверждение вышесказанного об изменении подхода к рассмотрению видов антропогенного воздействия можно привести также доклад Тихонравовой П.И. (Почвенный институт им. В.В. Докучаева, Москва, 1996) об антропогенном влиянии на процессы теплообмена в дерново-подзолистых суглинистых почвах.

Процесс теплообмена в почве определяется в первую очередь ее теплофизическими свойствами: теплоемкостью, тепло- и температуропроводностью.

Освоение и интенсивное сельскохозяйственное использование дерново-подзолистых почв, проведение агротехнических мероприятий приводит к изменению всего комплекса теплофизических показателей.

При распашке целинных (под лесом) и освоении дерново-подзолистых почв в пахотном горизонте наблюдается рост теплофизических показателей, что определяется уменьшением содержания гумуса в результате вовлечения в этот слой горизонта Al, A1A2, А2, уплотнением и снижением общей пористости. Меняется характер изменения теплофизических показателей верхнего слоя 0-30 см в процессе увлажнения.

Температуропроводность пахотного слоя освоенной почвы в процессе увлажнения возрастает более интенсивно, чем целинной, интенсивность роста величины теплопроводности имеет иной характер - в целинной почве она выражена более четко, чем в освоенной.

Характер изменения объемной теплоемкости в процессе увлажнения этих почв практически не меняется. Так, при влажности 23% от объема температуропроводность слоя почвы 0-30 см под лесом составляет 129% от значения этого показателя для абсолютно сухой почвы и 138% соответственно для освоенной.

При окультуривании освоенных почв, по мере увеличения в пахотном горизонте содержания гумуса, общей пористости, уменьшения плотности сложения происходит изменение теплофизических показателей в сторону их снижения.

Тепло- и температуропроводность пахотного горизонта высоко окультуренной (гумуса около 4,5%, плотность 1,07-1,10 г / см³) почвы при оптимальном увлажнении в 1,8 раза ниже освоенной по сравнению с гор. А1 целинной только в 1,3 раза).

Глубокое (на 50-60 см) рыхление подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв способствует снижению теплопроводности в зоне рыхления в среднем в 1,5 раз, температуропроводности - в 1,3 раза, объемной теплоемкости - в 1,1 раз по сравнению с контролем.

7 ПОЧВА В ГИГИЕНИЧЕСКОМ ОТНОШЕНИИ

Человек постоянно находится в соприкосновении с почвой, прямо или косвенно влияя на нее. Почвы, удобряемые отбросами богатыми, являются благодатной средой для развития различных микроорганизмов: яиц гельминтов, личинок насекомых; отдельные группы которых могут обуславливать возникновение и распространение эпидемических заболеваний. Непосредственное соприкосновение человека с почвами, загрязненной отбросами, а также употребление свежих овощей выращенных на таких почвах может служить причиной глистных инвазий и кишечных заболеваний, так как она может содержать возбудителей раневых инфекций (столбняка, сибирской язвы), а также ряд насекомых, являющихся передатчиком различных инфекций. Выпадающие на загрязненную почву атмосферные осадки, проходя через почву, выносят в грунтовые воды растворимые органические вещества, микрофауну и микрофлору. Использование таких вод приводит к кишечным инфекциям. Самоочищение почв от патогенных организмов вызывается антагонизмом микробов, в результате которого происходит вытеснение и гибель патогенных микробов сапрофитными формами, свойственные нормальной микрофлоре почв. В поверхностных слоях гибель яиц гельминтов вызывается нагреванием свыше 40 градусов, высыханием и действием ультрафиолетовых лучей. Органические остатки в почвах в результате биохимических процессов превращается в безвредные для человека и полезные для растений минеральные соли. Санитарное состояние почв определяется на основании химических и бактериологических анализов.

Почвы загрязняются также выбросами промышленных предприятий, оседающие на нее. Состав промышленных выбросов чрезвычайно разнообразен; отдельные элементы могут накапливаться в почвах, изменять ее состав и свойства, отрицательно влиять на растения, накапливаться в них в количествах, вредных для человека и животных.

Размещено на Allbest.ru