Лекции по "Почвоведению"

     Создаваемая таким образом среда определяет характер местообитания для почвенной микро- и мезофауны, представители которой также влияют на процесс почвообразования, разрыхляя, перемешивая разнородные участки почвы, разлагая органику. Таким образом, косвенное влияние растительности на почвы заключается в создании среды для поселения фауны редуцентов.

 

     Колоссальная роль в почвообразовании – низшие бактерии (Б). Б. спосбны усваивать из атмосферы O₂, N₂, H₂, C₂.

Азот фиксаторы – бактерии, способные  усваивать атмосферный азот. Нитрификаторы - бактерии усваивающие азот из аммиачных соединений. Способны окислять аммиачный азот. 2 NH₃ + 3O₂ →2HNO₂ + 158 кал.

Нитрификаторы (nitrasamonas) недоступный аммиачный азот переводят в аммиачную кислоту. HNO₂ ↔ H⁺ + NO₂^-

Растения усваивают питательные  элементы в ионной форме. Нитрификаторы  способны окислять дальше HNO₂  до азотной кислоты.

HNO₂ + O₂ → HNO₃

 

                      H⁺       NO₃^-

Амонификаторы – усваивают азот из белковых соединений и переводят его в доступную форму. Среди группы бактерий азот фиксаторов существует род Clostridium azotobacter – паразитируют на корнях бобовых растений и усваивают атмосферный азот.

     Колоссальная роль бактерий в минерализации растительного опада травянистых сообществ. Бактерии  - гумусообразующие, за счет бактерий в гумусе – гумидные кислоты.

     Грибная микрофлора типична для лесных цинозов. Её значение: -минерализация растительного опада, -образование гумуса. В лесных сообществах минерализация происходит благодаря микрофлоре. Они способствуют переходу пород в доступную форму. Принимают участие в образовании гумуса. В составе гумуса в лесных ценозах входит фульвокислота, в травянистых гуминовая.

     Водоросли. Сине-зеленые водоросли усваивают атмосферный азот. Почвы обогащаются органическими веществом. Лишайник - симбиоз гриба и водоросли: - способствуют обогащению субстрата органическим веществом; - разлагают растительные остатки; - участие в процессах выветривания

     Высшие растения играют колоссальную роль в почвообразовании. Биологический круговорот. Растения усваивают питательные элементы на ионом уровне, усваивают питательные элементы из водных растворов.

 

 

 

 

Биологический круговорот основных типов зональных  биоцинозов.

 

Тип растительного покрова	Биомасса			Прирост  Ц/га	Опад Ц/га	Подстилка Ц/га	Отнош. Подстил. К опаду.
	Ц/га	Надз. Часть в %	Подзем. В%
Тундра	50(159)	30	70	10(38)	10(37)	35(280)	3.5
Ельники (южно-таежные)	3300 (2700)	78	22	85(155)	55(120)	350 (1300)	6.3
Дубравы	4000 (5800)	76	24	90(330)	65(255)	150 (800)	2.3
Степи луговые	250 (1180)	32	68	137 (682)	137 (682)	120 (800)	0.9
Саванны	667(727)	94	6	120(-)	115(-)	13(16)	0.1
Влажные тропические  леса	50000 (11000)	82	18	325 (2000)	250 (1500)	20(178)	0.08

         (-) количество зольных питательных элементов.

     В лесных цензах преобладает надземная биомасса (80%). Корневая  масса преобладает в травянистых растениях (68%). В лесных цинозах земного шара подавляющая часть питательных элементов оказывается законсервированной в стволах и ветвях деревьев. Они накапливаются в течение всей их жизни. В травянистых сообществах биологический круговорот гораздо интенсивнее. Здесь формируются наиболее плодородные почвы Земного шара. Корни древесных -  многолетние. В травянистых сообществах есть растения однолетние и многолетние (часть корневой системы отмирает.) В лесных цинозах гумус резко убывает с глубиной, в травянистых сообществах – плавно.

 

Химический  состав золы некоторых химических элементов

Группы растений	Общая зольность	Содержание в золе в %
		K	Ca	Mg	P	S
Бактерии	7.3	14.7	6.0	4.8	1.0	1.2
Водоросли	25.3	5.0	23.1	1.7	1.5	8.9
Грибы.	7.2	28.4	3.2	2.4	16.5	2.3
Лишайники	2.6	9.3	11.0	2.4	2.3	2.9
Хвойные породы	3.8	15.4	26.4	4.5	6.2	6.2
Злаки	6.6	23.0	4.4	1.9	2.1	2.4
бобовые	7.9	27.0	18	3.4	4.7	1.7

 

 

 

 

 

8. Почвенные  коллоиды, строение мицеллы, емкость  поглощения.

 

     Почва – природное образование. Твердая фаза. Многокомпонентное образование – дисперсная среда. Дисперсная система = дисперсная фаза + дисперсионная среда.

3 группы дисперсных систем:

1. Суспензия (эмульсия), (до 0.001 мм или до 1микрона). Проявляется явление Тиндаля – просвечиваются насквозь. Частицы фазы представлены вторичными минералами.

2. Коллоидные растворы (от 0.001 – 0.000001 мм или от 1микрона до 1миллимикрона).

3. Истинные растворы (< 0. 000001 мм).

Явление Тиндаля – частицы просвещаются светом насквозь в мутных средах.

Коллоидами называются минеральные, органические и органно-минеральные частицы и молекулы размером от микрона до

В коллоидных растворах частицы  фазы представлены группами молекул. Явление Тиндаля не проявляется.

Истинные растворы частицы фазы представлены отдельными молекулами или ионами. Коллоидные растворы обладают сорбционной (поглотительной способностью).

Природа сорбционной способности.

 AgBr (бромистое серебро).

(+) Ag (●)

      Br (●)

Природа сорбционной способности  на примере простейшего коллоида AgBr

В AgBr – центральный ион Br связан с 6-ю ионами Ag противоположного заряда. К ионам серебра будут притягиваться ионы брома. На связь с поверхностными ионами серебра затрачивается 1/ 2 – 1/6 отрицательного заряда брома.

Ag ←Br ^-

Br^- ← K⁺       

Мицелла – коллоидная частица с двойным электрическим слоем. Внутренняя часть мицеллы – ядро.  
1- ядро; 2 – потенциалообразущий слой; 3 -  неподвижный (внутренний) слой компенсирующих ионов;    4 – диффузный слой. 4 + 5 = слой подвижных компенсирующих ионов. Мицелла без диффузного слоя – частица.

Ацитоид (-) заряд потенциала образующего слоя(K, Ca, Fe, Al)	базоиды (Br, Cl, PO4,)

     Емкость поглощения – это количество ионов поглощенные коллоидами содержащихся в 100 г почвы (мг/экв.)

ЕКО (емкость катионного обмена).   ЕАО (емкость анеонового обмена).

Еп =ЕКО + ЕАО.

2 момента величины емкости поглощения зависят от:

1. Содержание в почве илистой фракции.

2. Содержание гумуса.

 

По строению ядра 3 группы коллоидов:

1. Минеральные коллоиды. Ядро образовано вторичными минералами, которые являются продуктами химического выветривания и которые входят в состав илистой фракции мелкозема. Множество вторичных минералов.

Большая емкость поглощения: монтмориллонит. Если присутствует в  составе илистой фракции много коллоидов, то больше величина емкости поглощения.

Средняя емкость поглощения: каолин, каолинит, гидрослюды.

Маленькая емкость поглощения:  Гетит, гематит, гидрогитит.

2. Органические  коллоиды. Ядро образовано молекулами гуминовых кислот и белковых соединений.

3. Органоминеральные  коллоиды. Ядро образовано одновременно и минеральными и органическими соединениями.    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Вода в  почве: формы почвенной влаги.  Типы водного режима и их  влияние на почвообразование.

 

Почвенная влага. Говоря о физике почвы, коснемся вкратце вопроса о почвенной влаге. Вода в почве содержится в нескольких формах:

1. Гравитационная вода. Подпертая водонепроницаемым слоем грунтовая вода, свободно передвигающаяся по горизонтали. Заполняет все полости между комками почвы и перемещается ↓.

2. Доступная  капиллярная вода. Содержится в порах и крупных капиллярах. Доступна в любой момент для усвоения корнями растений.

3. Недоступная  капиллярная вода. Содержится в наиболее мелких капиллярах, но за счет сил поверхностного натяжения на частичках почвы недоступна для растений.

4. Гигроскопическая  вода. Пленки из молекул воды, адсорбированных на поверхности минеральных частиц. Абсолютно недоступна для растений.

Важным параметром влажности почвы  является влага завядания. В зависимости от свойств почвы (в основном от механического состава) влага завядания может быть разной. Наиболее низка она в песчаных почвах, где между крупными частичками не образуется мелких капилляров и вода из пор быстро просачивается вниз. Остается только гигроскопическая влага. Средних значений этот параметр достигает в глинистых почвах, где между коллоидными частичками много мелких капилляров и мало крупных. В таких почвах влага завядания представлена недоступной капиллярной водой. Максимальных или оптимальных значений этот показатель достигает в суглинистых или супесчаных почвах, где в изобилии сочетаются друг с другом крупные и мелкие капилляры и поры.

Рис. 9. Подвешенная (1) и  подпертая (2) капиллярная влага. 
ГВ – грунтовые воды; В – водоупор

Капиллярная вода бывает подпертой и подвешенной (рис. 9). Подпертая капиллярная влага наблюдается на границе водоносного горизонта, где по его верхней границе поднимается вверх по капиллярам. Подвешенная капиллярная влага образуется в верхней части почвы после дождя. Наиболее высоко поднимается подпертая влага и длительнее всего подвешенная удерживается в легкосуглинистых почвах. Это почвы, обладающие наилучшими лесорастительными свойствами. Однако если на таких почвах водоупор залегает относительно близко к поверхности, происходит смыкание подпертой и подвешенной капиллярной каймы и происходит заболачивание.

5. Кристаллизационная вода – входит в состав почвенных минералов. Недоступна, не принимает участие в почвообразовании

6. Парообразная форма.

7. Сорбционно  – связанная  вода (гигроскопическая, пленочная)

 

 

 

 

 

 

 

 

Типы водного  режима.

1. Промывной тип  водного режима (Тайга). Атмосферные осадки просачиваются через толщу грунта или почвы на некоторую глубину и достигают 1 водоупорного горизонта.

2. Периодически промывной  тип водного режима.

3. Непромывной. К< 1. просачивается на несколько десятков см.

4. В этих же аридных районах формируется также выпотный тип водного режима, где K > 1. Наблюдается в отрицательных формах рельефа. Грунтовые воды (хлориды) поднимаются за счёт капиллярного поднятия. Здесь формируются засолённые почвы – солончаки, солонцы, солоди.

 

солончаки  соленость

солонцы

солоди

 

 

 

 

 

5.Застойный тип водного режима. Избыточное увлажнение. Тяжелый механический состав грунтов.

Оглеение. Fe₂O₃  – окись →FeO – закись.

Тундро-глеевые почвы. Заболачивание

6. Мерзлотный тип водного режима.

При таком движении воды формируются почвы, у которых  очень плохо выражены почвенные горизонты. Т.к. Летом вода оттаивает и опускается, а на контакте с мерзлотой замерзает.

Зимой когда вода замерзает, она начинает подниматься вверх. Из-за этого движения грунт перемешивается и получаются криозёмы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Факторы:

Прямое воздействие: антропогеновое (антропоземы или агрозёмы). Человек перекапывает землю, вносит в неё удобрение (минеральное) → почва начинает отличаться от той, что была раньше – появляется агрозём.

(Ветровая эрозия - дефляция).

Косвенное: пестициды, ДДТ (дуст), заводы, ЦБК, машины.

 

 

 

 

 

 

 

10. Гумус, его  образования, состав и свойства.

 

Надпочвенный опад и внутрипочвенный опад.

Опад состоит из различных  органических соединений: 1. Углеводы (в  составе углеводов преобладает  целлюлоза и гемицеллюлоза); 2. белковые вещества; 3. лигнин; 4. липиды; 5. Дубильные вещества.

C₆H₁₀O₅ целлюлоза

C₂₀H₃₀ Смолы

В белковых появляется N₂.

Подвергаются воздействию  микроорганизмов и с этим опадом происходят сложные биохимические  превращения. В горизонтах Ao, Aov, A1 3 процесса:

1. Тление -  в результате этого процесса органические   вещества с опадом превращаются в полностью окисленные вещества (H₂ CO_3, H₂O),    соли(Ca₂ SO_4, K₂CO₃ ) и окислы (Al₂O_3, Mn₂O₃ ).

2. Гниение – процесс анаэробный в результате гниения образуются вещества:

  CH_{4 ,} H₂S, H_2,  NH₃, PH_3.

3. Брожение – образование сложных органических соединений (спирты, альдегиды, органические кислоты).

Минерализация вызывается микроорганизмами.