Экологические функции свойств почвы

оптимальной влажности почв, когда накапливается  перегной и элементы пищи растений и повышается плодородие почв.

  Биологическая поглотительная способность – способность микроорганизмов и растений поглощать из почвенного раствора различные вещества.

Этот  вид поглотительной способности  характеризуется высокой избирательностью поглощения. Живые организмы способны усваивать элементы различной доступности, не только находящиеся в почвенном растворе, но и даже те из них, которые находятся в кристаллической решетке первичных и вторичных минералов. Особое значение этот вид поглотительной способности будет иметь на почвах легкого гранулометрического состава, где проявление других видов поглотительной способности ограничено.

Поглощающая способность почвы — одно из важнейших свойств, которое в основном определяет плодородие почвы и характер почвообразования. Она обеспечивает и регулирует питательный режим почв, способствует накоплению многих элементов питания растений, регулирует реакцию почвы, его водно-физические свойства. Реакция насыщенных кальцием почв близка к нейтральной; коллоиды находятся в состоянии необратимых гелей и не поддаются пептизации при избытке влаги, имеют благоприятные физические свойства. Черноземы являются примером таких почв. Почвы, в составе обменных катионов которых в значительных количествах ионы натрия, имеют щелочную реакцию, что негативно влияет на водно-физические свойства: повышенную плотность, плохую водопроницаемость, слабую водоотдачу, низкую доступность почвенной влаги растениям (солонцы, солонцеватые почвы).

Поглотительная  способность относиться к одному из наиболее существенных свойств почвы, так как она участвует в процессе почвообразования и развития плодородия. Она регулирует питательный режим почвы, обусловливая накопления многих элементов питания растений и микроорганизмов, она же регулирует реакцию почв, степень ее буферности, водно-физические свойства. Не менее существенно значением поглотительной способности почв в развитии частных почвообразовательных процессов. Так, интенсивность накопления продуктов образования и формирования гумусово-аккумулятивных горизонтов в значительной степени обусловлено поглотительной способностью почвы.

После анализа поглотительной способности  почв (ее отдельных генетических горизонтов, компонентов почвы, материнских  пород и др.) можно сделать следующие  выводы:

1.Состав  почвенного поглощающего комплекса  определяет реакцию почвенной среды и ее стабильность. Нейтральные, кислые или щелочные условия почв на прямую зависят от состава обменных катионов.

2. Почвенный  поглощающий комплекс представляет  собой доступное для растений  хранилище биофильных катионов, защищенное коллоидное электростатической природой от вымывания атмосферной влагой в грунтовые воды. По своей стабильности и эффективности ППК намного превосходит как регулятор питания растений почвенные растворы. Необходимо подчеркнуть, что калийное питание растений осуществляется исключительно за счет обменного калия коллоидов .

3. Состояние  коллоидной массы первостепенно  детерминирует все физические  характеристики почвы как целостной  системы, и в первую очередь  структурность, плотность, воздухоемкость, влагоемкоесть и поведение почвенной воды. Экологически оптимальное физическое состояние почв для большинства растений, животных и других организмов возникает в среде, когда 99,9 % коллоидов находятся в состоянии геля и 0,1% - золя.

4. Почвенный  поглощающий комплекс является геохимическим барьером для катионов- загрязнителей тяжелых металлов и радионуклидов. В почвах с непромывным водным режимом поглощенные катионы обменно усваиваются растениями и поступают в биологические цепи питания. В почвах, промываемых водой неизбежно обменное вытеснение загрязнителей Н+ и дальнейшая ландшафтная миграция.  

 
1.8. Теплопроводность.

Кроме основного источника лучистой энергии, в почву поступает тепло, выделяемое при экзотермических, физико-химических и биохимических реакциях. Однако тепло, получаемое в результате биологических и фотохимических процессов, почти не изменяет температуру почвы. В летнее время сухая нагретая почва может повышать температуру вследствие смачивания. Эта теплота известна род названием теплоты смачивания. Она проявляется при слабом смачивании почв, богатых органическими и минеральными (глинистыми) коллоидами. Весьма незначительное нагревание почвы может быть связано с внутренней теплотой Земли. Из других второстепенных источников тепла следует назвать «скрытую теплоту» фазовых превращений, освобождающуюся в процессе кристаллизации, конденсации и замерзании воды и т. д. В зависимости от механического состава, содержания перегноя, окраски и увлажнения различают теплые и холодные почвы. Теплоемкость определяется количеством тепла в калориях, которое необходимо затратить, чтобы поднять температуру единицы массы (1г) или объема (1 см3) почвы на 1оС. Из таблицы видно, что с увеличением влажности теплоемкость меньше возрастает у песков, больше у глины и еще больше у торфа. Поэтому торф и глина являются холодными почвами, а песчаные – теплыми. Теплопроводность и температуропроводность. Теплопроводность – способность почвы проводить тепло. Она выражается количеством тепла в калориях, проходящего в секунду через площадь поперечного сечения 1 см2 через слой 1 см при температурном градиенте между двумя поверхностями 1оС. Воздушно-сухая почва обладает более низкой теплопроводностью, чем влажная. Это объясняется большим тепловым контактом между отдельными частицами почвы, объединенными водными оболочками. Наряду с теплопроводностью различают температуропроводность – ход изменения температуры в почве. Температуропроводность характеризует изменение температуры на единице площади в единицу времени. Она равна теплопроводности, деленной на объемную теплоемкость почвы. При кристаллизации льда в порах почвы проявляется кристаллизационная сила, вследствие чего закупориваются и расклиниваются почвенные поры и возникает так называемое морозное пучение. Рост кристаллов льда в крупных порах вызывает подток воды из мелких капилляров, где в соответствии с уменьшающимися их размерами замерзание воды запаздывает.

Источники поступающего в почву тепла и  расходования его – неодинаковые для различных зон, поэтому тепловой баланс почв может быть и положительным и отрицательным. В первом случае почва получает тепла больше, чем отдает, а во втором – наоборот. Но тепловой баланс почв любой зоне с течением времени заметно изменяется. Тепловой баланс почвы поддается регулированию в суточном, сезонном, годичном и многолетнем интервале, что позволяет создать более благоприятный термический режим почв. Тепловым балансом почв природных зон можно управлять не только через гидромелиорации, но и соответственными агромелиорациями и лесомелиорациями, а также некоторыми приемами агротехники. Растительный покров усредняет температуру почвы, уменьшая ее годовой теплооборот, способствуя охлаждению приземного слоя воздуха вследствие транспирации и излучения тепла. Большие водоемы и водохранилища умеряют температуру воздуха. Весьма простые мероприятия, например культура растений на гребнях и грядах, дают возможность создать благоприятные условия теплового, светового, водно-воздушного режима почвы на Крайнем Севере. В солнечные дни среднесуточная температура в корнеобитаемом слое почвы на гребнях на несколько градусов выше, чем на выровненной поверхности. Перспективно применение электрического, водяного и парового отопления, используя промышленные отходы энергии и неорганические природные ресурсы. Регулирование теплового режима и теплового баланса почвы вместе с водно-воздушным имеет весьма большое практическое и научное значение. Задача заключается в том, чтобы управлять тепловым режимом почвы, особенно уменьшением промерзания и ускорением оттаивания ее.  
 
 
 

1.9 Кислородный обмен в почве

Для того чтобы растения могли поглощать необходимые элементы, им необходима энергия, получаемая при окислении глюкозы в процессе клеточного дыхания. При этом потребляется кислород и образуется углекислый газ. Чтобы в почве было достаточно кислорода, нужно избегать сильного уплотнения частиц почвы и водонасыщения. При переувлажнении пространство между почвенными частицами полностью заполняется водой, которая ограничивает проникновение воздуха в верхние слои. Индикаторами затопленных почв в нашей полосе являются осоки и тростники.

Экологическая значимость почвенного воздуха. Количество и состав почвенного воздуха оказывают существенное влияние на развитие и функционирование растений т микроорганизмов, на растворимость и миграцию химических соединений в почвенном профиле, на интенсивность и направленность почвенных процессов. Кроме того, почва является поглотителем, сорбирующем токсичные промышленные выбросы газов и очищающим атмосферу от техногенного загрязнения. Воздействия кислорода на жизнь растений проявляется в актах дыхания. При недостатке кислорода дыхание ослабляется , что уменьшает метаболическую активность и в конечном счете снижает урожай. Повышение аэрации почвы способствует лучшему развитию корней, более интенсивному поглощению питательных веществ растениями, усилению их роста и увеличению урожая . При отсутствии свободного кислорода развитие растений прекращается. Оптимальные условия создаются при содержании кислорода в почвенном воздухе около 20%.

При недостатке кислорода в почве создается  низкий окислительно-восстановительный  потенциал, развиваются анаэробные процессы с образованием токсичных для растений соединений, снижается содержание доступных питательных веществ, ухудшаются физические свойства, что в совокупности снижает плодородие почвы. Углекислый газ почвенного воздуха образуется в процессах макро- и микроорганизмов. Избыток углекислоты угнетает развитие корней и прорастание семян. Приземное повышение концентрации углекислого газа может увеличить урожай зеленой массы, что практикуется в тепличных хозяйствах. Однако следует, что углекислый газ в высоких концентрациях – быстродействующий яд.

Велика  почвенно-химическая роль диоксида углерода. Вода, насыщенная углекислым газом, растворяет многие труднодоступные соединения – кальцит, доломит, магнезит, сидерит. Это вызывает миграцию карбонатов в почвенном профиле и в сопряженных геохимических ландшафтах. Вынос (выщелачивание) карбонатов под действием увеличивающейся концентрации СО2 в почвенном воздухе и в почвенном растворе называется процессом декарбонизации. Обратная картина такого явления – выпадение CaCO3 в осадок и формирование в почвах горизонтов скопления карбонатных почвообразований (белоглазка, журавчики, карбонатная плесень).

Оценивать воздухоемкость почв и ее экологическую  значимость необходимо всегда в комплексе  с другими характеристиками почвы, от которых напрямую зависит объем  воздуха.

Почвенный воздух существенно отличается от атмосферного прежде всего меньшим содержанием кислорода (17—20%) и большим — углекислого газа (0,1—1,0%). При внесении свежих органических удобрений содержание углекислого газа повышается до 2, а иногда до 9—12 процентов.

Особенно много кислорода требуется для дыхания прорастающих семян. При отсутствии газообмена с атмосферой почвенный кислород может быть израсходован в течение двух суток. Максимальная потребность в нем растений приходится на период цветения.

На недостаток кислорода в почвенном воздухе  растения реагируют по-разному. Например, зерновые (особенно кукуруза) менее чувствительны к недостатку кислорода в почвенном воздухе, чем бобовые. Большую потребность в нем испытывают горчица, лен и другие растения.

Один  из важнейших почвенных микробиологических процессов — нитрификация — протекает только при свободном доступе кислорода. В первые, дни после рыхления почвы количество нитратов в ней иногда увеличивается в 5—10 раз по сравнению с количеством их до обработки. Клубеньковые бактерии, живущие на корнях бобовых, а также свободно живущие азотфиксирующие микроорганизмы (азотобактер и др.) действуют лишь при свободном доступе кислорода.

В результате биологических процессов, протекающих  в почве, резко увеличивается  содержание углекислого газа и уменьшается количество кислорода в почвенном воздухе. Поэтому необходим постоянный газообмен между почвенным и атмосферным воздухом, который зависит от воздухоемкости и степени аэрации почвы.

Возрастание концентрации углекислого газа в  почвенном воздухе отрицательно влияет на жизнь растений, а увеличение его в приземном слое атмосферы улучшает их углеродное питание. Если в почвенном воздухе содержится 1 % и больше углекислого газа, растения проявляют признаки отравления, тогда как повышение его концентрации в приземном слое воздуха сопровождается повышением урожая.

1.10. Плотность почвы.

 Плотность почвы (с англ. объёмный вес) - основное агрофизическое свойство почвы. Определяет сопротивление прониканию в почву как сельскохозяйственных орудий так и корней растений. Таким образом, косвенно влияет на урожай.

Экологическое значение плотности почв.Роль плотности  в становлении свойств почвы  и жизни растений многогранна. Она  оказывает значительное влияние  на накопление воды и пищи, на соотношение  воды и воздуха в почве. Особенно неблагоприятное воздействие проявляется при повышенном уплотнении почвы. Это сказывается на водном режиме, газообмене и биологической активности. При уплотнении почвы, то есть при уменьшении ее объема, увеличивается доля твердой фазы и доля, занимаемая недоступной влагой. Чем суше почва, тем большее угнетение испытывают растения от повышенной плотности. С увеличением уплотнения на 0,1 г /см3 содержание недоступной растениям воды возрастает на 10%.

Степень неблагоприяности плотных почв во многом зависит от минералогического состава. В слитых почвах, богатых монтмориллонитом, отрицательное воздействие повышенного уплотнения усиливают явления набухания и усадки. Объемное сжатие при высыхании почв (усадка) составляет почти 30%. Это приводит к разрыву корневых систем растений, а слитой слой исключается из корнеобитаемой толщи.

Плотность почвы оказывает влияние на численность  микроорганизмов, на биологическую  активность почвы. Нормальный газообмен  нарушается при плотности более 1,45 г/см3. Начинает проявляется анаэробиозис. Он вызывается сокращением количества макропор и крупных капилляров, при этом снижается диффузия воздуха и газообмен между почвой и атмосферой. В почвах резко снижается содержание кислорода. Меняется направление биологического превращения веществ, подавляется разложение органического вещества.