Лекции по "Почвоведению"

C, H, O                                             CO_2,  H₂O

Минерализация

Углеводы переходят в моносахариды (происходит в результате гидролиза), затем брожение (спирты) → подвергаются дальнейшему брожению  → уксусная кислота → распадается до углекислоты → CO₂↑ и H₂O. 

Белковые соединения переходят в пептоны, затем в  пептиды, затем в аминокислоты, далее  в фенольные соединения → распад до H₂O и CO₂

В процессе минерализации  из недоступной в доступную  переходят K,P, S, N.

Наряду с минерализацией в подстилочных горизонтах ( Ao, Aov, Ad, A1) происходит сложный геохимический процесс – гумификация (образуется гумус).

                    Растительные остатки. I стадия moor

 

         Углеводы           белковые        лигнины

                            вещества

  фенольные                амино-        фенольные    II стадия moder

     соединения            кислоты      соединения

 

 конденсация                          III стадия mull

                           

                       полимеризация  

 

 

I стадия – растительные остатки еще сохраняют свое анатомическое строение, наиболее прочные растительные ткани сохраняются,  но такие как паренхима – разлагаются. В результате разложения образуются аминокислоты и фенольные соединения. Происходит   в подстилочных горизонтах: Ao, Aov - верхняя часть. Растительные остатки приобретают бурый цвет.

II стадия moder. Фенольные соединения и аминокислоты подвергаются конденсации, т. е. они объединяются. На этой стадии растительные остатки полностью утрачивают свое анатомическое строение. Конденсация в средней части (Ao’’) – слои ферментации. Преобладает черная окраска.

III стадия mull – гумусовая. Осуществляется в слое гумификации Ao’’’ .  образование гумуса.

Органическое вещество почвы(100%) –  сумма 2-х слагаемых.

1.Органические вещества  индивидуального  природы (протеины, углеводороды, аминокислоты, сахара, органические кислоты, полифенольные  соединения)- 10-15%.

2. Группа специфических органических  веществ почвы (гумус) – 90-85%.

Гумус- это система органоминеральных азотсодержащих соединений циклического строения и кислотной природы.

В составе гумуса органоминеральные  и азотсодержащие соединения: C, O, H, + N+ S , Fe, Zn, P и т. д.

Циклического строения.  

Кислотной природы – способность гумуса вести, как кислоты. Гумус может реагировать с металлами, входящими в состав почвы.

Гумус = Фульвокислоты + гуминовые  кислоты + гумины.

 

Фульвоксилоты. Образуются преимущественно в составе гумуса в составе лесных почв. Фульвокислоты – это сильные кислоты – легко взаимодействуют с металлами, входящими в состав минералов твердой фазы почвы, при взаимодействии с металлами образуются соли. Фульвокислоты + Fe →фульваты.

Фульваты  щелочноземельных элементов (Na, K, Ca) при взаимодействии образуются фульваты, которые растворяются в воде. Легко вымываются из  почвенной толщи. При взаимодействии фульвокислот  с полуторными оксидами (Te, Al, Mn) – образуются фульваты, которые растворимы лишь в кислой  среде, а при снижении кислотности выпадают в осадок в горизонте B. Фульвокислоты хорошо растворимы в воде и хорошо перемещаются в почве.

Гуминовые кислоты. В почве травянистых сообществ. В отличии от фульвокислот гуминовые кислоты нерастворимы в воде. Они неподвижны, слабые кислоты – плохо взаимодействуют с металлами, входящими в состав твердой фазы почвы. При взаимодействии с металлами образуются гуматы. Гуматы  Ca, Mg – нерастворимы в воде, гуматы K, Na - растворимы- наблюдается при переувлажнении почв – переходят в состояние золя.

 

 

Различие фульво- и гуминовых  кислот:

1. Длина молекулы.
2. Периферические радикалы       свойства кислот (активность).
3. разное количество атомов (C, N)/

Гумус является важнейшим  компонентов почвы, который определяет многие свойства почв.

1. Содержание гумуса выражают  в %. Колеблется от долей %- от 0.01 до 16%   

В верхних  слоях почвы (A1,Ad).

2. запасы гумуса в тоннах на Га. Содержание гумуса во всех слоях почвы.

1 га = 100*100 = 10000 м ².

V = 10000 * 0.2 = 2000 м ³ .

Средний удельный вес  почвы 1.5 т/ м ³

Вес почв = 2000 м ³ * 1.5 т/ м ³ = 3000 т

3000 т = 100%

150 т = 5%.

Может быть 700 т/га.

Содержание гумуса с  глубиной меняется: лесные цинозы – резко убывает с глубиной, травянистые сообщества – плавно убывает с глубиной.

 

Гумус влияет на:

1. Наличие азота в почвах (60% азота из гумуса, которые получают растения).

2. Содержание других зольных элементов (S, P, K).

3. Емкость поглощения – прямопропорционально (Чем ↑ гумуса, тем ↑ Ёмкость поглощения).

4. Кислотность почв (РН). Лесные почвы обладают кислой реакцией по сравнению с травянистыми сообществами.

5. Структура почв: чем больше гумуса, тем лучше структура, так как гумус является “цементом”.

6. Направленность процессов почвообразования, где гуминовые кислоты – там аккумулятивный тип. Где фульвокислоты – там элювиальный.

7. Тепловые свойства почв. Чем ↑ гумуса, тем почва лучше, быстрее и глубхе прогревается.

8. Аккумулятор солнечной энергии.

9. Гумус способен связывать пестициды.

 

 

 

 

 

 

 

 

11. Поглотительная  способность почв, её виды, их  природа и значение.

 

— способность поглощать  или задерживать в себе газы, жидкости, солевые растворы, а так же твёрдые  частички удерживать. Гедройц разработал учение о поглотительной способности  почвы, он объединил фракции (менее 0,0001мм) и назвал их поглотительным комплексом почвы. Он выделил 5 видов поглотительной способности почв: механическое поглощение (обусловлено пористостью почвенных масс, величина зависит от гранулометрического состояния почвы, а также от её сложения; сам процесс – это изменение концентрации растворённого в почве вещества, поглощаемые вещества должны носить электрозаряд, также способность анионов давать с катионами нерастворимые соли, выпадающие в осадок), физическое, химическое, физико-химическое, биологическое (закрепление отдельных веществ в животных, растениях, микроорганизмах, они способны накапливать органику и минеральные вещества, способствуя плодородию почвы. Коллоиды определяют режимы питания, водный, воздушный, тепловой. От коллоидов зависит деятельность микроорганизмов и развитие с/х растений.).

Типы поглотительной способности:

1. Механическое.

2. Физико-химическое.

3. Биологическое.

4. Обменное  или ионосорбционное. 

 

1. Механическое – способность почвы, как пористого тела задерживать в своих порах различные соединения, размеры которых больше диаметра..

2. Физическое  поглощение – способность тонкодисперсных частиц (илистых) удерживать на своей поверхности молекулы различных химических соединений за счет сил молекулярного сцепления.

3. Химическое  поглощение – способность почв образовывать трудно растворимые соединения и закреплять различные питательные элементы в форме трудно-растворимых соединений.

Na₂ SO₄ + 2KCl→2NaCl+ K₂ SO₄

4. Обменное  или ионосорбционное – это обмен ионов находящихся в коллоидных частицах на ионы, присутствующие в почвенных растворах.

ППК –почвенный поглотительный комплекс – совокупность или множество  коллоидных частиц.

 

 + Ca CO₃ ↔     + H₂CO₃

Реакции: 1.обратимы, 2. Идут в эквивалентных отношениях, 3. быстротечность.

4. Биологическое поглощение – способность растительных и животных организмов поглощать из почвы различные химические элементы, накапливать в своих тканях и возвращать в землю после отмирания.

 

12. Кислотность  почв: её природа, виды и значение.

- свойство почвы, обусловленное наличием водородных ионов в почвенном растворе и обменных ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе.

H⁺ - катион, носитель кислотных свойств.

H₂O   ↔     H⁺                      +            OH^-

           (кислотный св-ва)           (щелочная)

1. В почве присутствуют неорганические минеральные кислоты HCl, H₂SO₄, HNO₂ , и т.п.

HCl выделяется корнями растений. Они возникают в процессе выветривания (химического), а некоторые кислоты производятся растениями.

HCl ↔ H⁺ + Cl^-

2. Присутствуют органические кислоты CH₃ COOH → H⁺ + CH₃COO^-  (уксусная кислота). Образуются в результате разложения опада.

3. Специфические кислоты – Гуминовые и фульвокислоты, входящие в состав гумуса → они могут диссоциировать → появляется катион Н.

H₂CO₃ (углекислота).

В лесных почвах много H⁺ → они кислые т.к. много фульвокислоты.

На кислотность сильно влияет углекислота:

1) H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^-

2) H₂CO₃ ↔ 2H⁺ + CO₃^-

3) H₂CO₃ → CO₂↑ и H₂O 

PH – это отрицательный логарифм концентрации катионов водорода.

H₂O↔ H⁺ + OH^-

1. [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 г/ион / л H₂O
2. [H⁺] = 10^-7 г/ион / л H₂O
3. Lg [H⁺] = -7

-Lg [H⁺] = 7        РН – отрицательный логарифм концентрации водорода.

Пример: Рh = 3 и Рh = 6. Во сколько раз кислее? (ответ – в 1000 раз).

   PH = 7

   PH ∙ 7 = 10^-7 = 1/ 10000000

   PH ∙ 6 = 10^-6= 1/ 1000000

   PH ∙ 3= 10^-3= 1/ 1000

Кислота у почв земного  шара меняется от 3 (кислая) до 11 (щелочная) – солончаки.

Виды кислотности:

1. Актуальная (активная) кислотность обусловлена наличием свободных катионов водорода.

  PH H₂O  актуальная кислотность.

2. Обменная кислотность – обусловлена наличием, как свободных катионов водорода, так и поглощенных катионов.

Раствор KCl        H₂O + KCl

(ППК) ^H+ + KCl (р-р) ↔(ППК) ^{H+ K+} HCl

  + KCl↔  + HCl

3. Гидролитическая кислотность – обусловлена наличием, как свободных, так и всех поглощенных катионов водорода. Выражена в мг/экв. По ней определяют скольео надо внести извести.

13. Почвенные  растворы, их состав, свойства и  значение.

    Почвенный раствор, жидкая фаза почвы, вода с растворёнными газами, минеральными и органическими веществами, попавшими в неё при прохождении через атмосферу и просачивании через почвенные горизонты. В зависимости от влажности почвы находится в плёночной, капиллярной и гравитационной формах. П. р. динамичен, участвует в почвообразовательном процессе, физико-химических, биохимических реакциях, круговороте веществ в почве и питании растений. Состав его определяется процессами почвообразования, растительностью, общими особенностями климата, а также временем года, погодой, деятельностью человека (внесение удобрений и др.). В почвенной влаге растворены: газы - кислород, углекислый газ, азот, аммиак; минеральные вещества - соли кальция, магния, натрия, калия и др., соединения алюминия, железа, марганца, кремнезём (в форме иона SiO^4-₄ и в коллоидной форме); органические вещества - органические кислоты жирного ряда и их соли, гумусовые кислоты, сахара, аминокислоты и др. В незаселенных почвах концентрация веществ в П. р. невелика (обычно не превышает 0,1%), в солончаках и солонцах (см. Засоленные почвы) - резко увеличена (до целых и даже десятков процентов). Высокое содержание веществ в П. р. вредно для растений, т.к. затрудняет поступление в них воды и питательных веществ, вызывая физиологическую сухость. Реакция П. р. в почвах разных типов неодинакова: кислую реакцию имеют подзолистые, серые лесные, торфяные почвы, краснозёмы, желтозёмы; щелочную - содовые солонцы; нейтральную или слабощелочную - обыкновенные чернозёмы, луговые и коричневые почвы. Слишком кислый и слишком щелочной П. р. отрицательно влияет на рост и развитие растений. См. также Буферность почвы, Реакция почвы.

     Состав почвенных растворов изменчив во времени и пространстве. В засушливых районах минерализация почвенных растворов выше и наоборот.

Почвенные растворы характеризуются  множеством свойств:

1. Уравновешенность

2. Буферность.

3. Осмотические давление.

4. Кислотность.

 

1. Уравновешенность – это способность почв раствора поддерживать определенную свойственную ему концентрацию или минерализацию. При ↓ содержания элемента его место занимает другой.             

2. Буферность – способность почвенного раствора поддерживать определенную величину кислотности соответствующую ему.

3. Осмотическое давление – это давление, которое обусловлено каким-то веществом, находящимся в почвенном покрове. Оно может быть в почвенном растворе и в растительных клетках.

4. Кислотность - свойство почвы, обусловленное наличием водородных ионов в почвенном растворе и обменных ионов водорода и алюминия в почвенном поглощающем комплексе.

 

 

 

 

 

 

 

14. Плодородие  почв  и меры его регулирования.

 

Плодородие – способность почв удовлетворять потребности растений в питательных элементах и воде (Вильямс).

На плодородие влияет:

1. Гумус. При длительном с/х использовании содержание гумуса ↓ т.к. с урожаем с полей отчуждается биомасса.

Гумус влияет на:

- Наличие азота и других питательных элементов. 60% азота входит в состав гумуса.

- Кислотность.

- Емкость поглощения (максимально – черноземы 50-60 мг/ экв.). Так как ёмкость поглощения связана с коллоидными частицами. А ядро коллоидных частиц образовано ионами.

- структура почв.

2.Емкость поглощения – она связана с коллоидными частицами. Оно влияет на наличие питательных элементов.

1) Минеральные коллоиды.

2) Органические коллоиды.

3) Органоминеральные коллоиды.

Чем выше емкость поглощения, тем лучше для земледелия.

На неё можно влиять → увеличить содержание гумуса. Можно добавить пылеватой глины → увеличить число коллоидов.

3. Кислотность почв.

(ППК) ^{H+  K+} + CaCO₃↔(ППК) ^Ca+  ₊ H₂CO₃ → CO₂ ↑

H₂O

H₂O↔ H⁺ + OH^-

PH= 6

При известковании → углекислота, которая распадается на H⁺ и OH^-

PH = 4

4. Оптимальный вводно-воздушный   режим. Оптимальное сочетании H₂O и O₂

в тех регионах, где коэффициент увлажнения близок к 1. Осушительные работы производятся при избытке воды и при недостатке орошения.

5. Структура почв. Способность почв образовывать отдельные комки, глыбы.

Структура состоит из 3х фракций: Песчаная, пылеватая и илистая фракции – структурные отдельности или агрегаты. Структура (комковатость) препятствует эрозии и ветровой дефляции и плотностной (водной) эрозии. Почвенная структура способствует накоплению или удержанию влаги в почвах. Если почва комковата, вода легко просачивается, и трудно испаряется. В бесструктурной почве вода глубоко не просачивается и легко испаряется. Высокая капиллярность.