Студопедия


Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измерений электрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ Развитие экономики ЕС Чрезвычайные ситуации ВКонтакте Одноклассники Мой Мир Фейсбук LiveJournal Instagram

Происхождение




Основы микроморфологии почв

Наряду с морфологическим изучением почвы по внешним при­знакам используют и микроморфологический метод.

Микроморфология позволяет определить микросложение и микроструктуру почвы, т. е. соотношение и взаимное расположе­ние почвенных частиц и слагающего почву материала, характер пористости, состав отдельных микрокомпонентов. Исследования проводят с помощью микроскопа в почвенных шлифах — тончай­ших срезах, изготовленных из ненарушенных образцов почвы. Микроморфологический метод был разработан австрийским поч­воведом Вальтером Кубиеной. В России творческое развитие мик­роморфология почв получила в работах Е. И. Парфеновой, Г. В. Доб­ровольского, С. А. Шобы и др.

По В. Кубиене, материал твердой фазы почвы, или матрица, подразделяется на скелет и плазму.

Матрица почвы представляет собой основу, состоящую из по­чвенных частиц и микроагрегатов, включая поры между ними, каркас.

Скелет почвы состоит из частиц крупнее коллоидных. Это ин­дивидуальные зерна, обломки, в основном первичных минералов, кремневые и органические частицы почвы.

Контрольные вопросы и задания

1. Из чего состоит минеральная часть твердой фазы почвы? 2. Что такое вывет­ривание? 3. Назовите типы выветривания. Что такое кора выветривания? 3. Как классифицируются горные породы? 4. Что такое первичные и вторичные минера­лы? 5. Какова классификация почв по гранулометрическому составу? 6 В чем зак­лючается агрономическое значение гранулометрического состава почв?

Лекция№ 5

Тема: Органическая часть твердой фазы почвы

План

5.1. Происхождение

5.2. Гумус как специфическое органическое вещество почвы, его коллоидно-химическая природа

5.3. Состав органической части почвы

5.4. Гумусовое состояние почв

5.5. Агрономическое значение органической части почвы и ее энергетическая оценка

Органическая часть твердой фазы почвы представляет собой остатки растительных и животных организмов и продуктов их превращения, среди которых гумус занимает ведущее положение. Эта часть определяет качество почвы, ее плодородие. С количеством и составом органической части теснейшим образом связаны физические и химические свойства почвы, уровень уро­жайности сельскохозяйственных культур. Поэтому предмет особой заботы агрономов — баланс органического вещества в почве, рас­ширенное его воспроизводство.

Источник формирования органической части почвы. Таким ис­точником является растительный и животный мир, населяю­щий ее. Остатки зеленых растений поступают в почву в виде наземного опада и отмирающей корневой системы. В лесных поч­вах основным источником пополнения органической части слу­жит наземный опад, так как корни древесной растительности многолетние и доля их ежегодного отмирания невелика. Коли­чество наземного опада (лесной подстилки) в лесах зависит от природной зоны, а также от состава, возраста и густоты насаж­дения, степени развития травяного и мохового покрова. Так, растительные сообщества арктической тундры ежегодно оставля ют опад в 1 т/га, а растительные сообщества березняков и дуб­рав — соответственно 7 и 6 т/га.




Источник пополнения органической части почвы. В безлесных ре­гионах основным источником пополнения органической части почвы является травянистая растительность. Ввиду того что на­земная часть травянистых растений почти полностью отчуждает­ся, пополнение органической части происходит за счет корневой системы и растительных остатков. Масса их зависит от условий зоны, состава и возраста травянистой растительности. В степной зоне в метровом слое почвы масса корней составляет 8—28 т/га, в зоне пустынь — 3—12 т/га. Травянистая растительность в зоне хвой­ных и смешанных лесов на суходольных лугах накапливает от 6 до 13 т/га корней в метровом слое почвы. Распределение корней по профилю различных почв неодинаково.

В подзолистых почвах таежно-лесной зоны главная масса кор­ней сосредоточена в верхней части профиля, в почвах лесостеп­ной, степной и пустынно-степной зон корни распределены более равномерно. Наряду с корневой массой источником формирова ния органической части почвы являются наземные остатки травя­нистой растительности. Однако на территории сельскохозяйст­венных угодий масса их невелика, причем большая часть отчужда­ется человеком.



Важнейший источник пополнения органической части по­чвы — почвенные беспозвоночные животные. Средняя биомасса их под ненарушенной естественной растительностью возрастает от зоны тундры к широколиственным лесам и уменьшается в пус­тыне.

Различия источников поступления органического вещества по­чвы определили не только качественные, но и количественные особенности органической части почв. Химический состав орга­нических остатков весьма разнообразен. Большую часть их массы (75—90 %) составляет вода.

В состав сухого вещества входят углеводы, бел­ки, лигнин, липиды, воска, смолы, дубильные вещества и многие другие соединения, а также зольные вещества.

Углеводы. К группе углеводов относятся соединения, широко распространенные в растительном мире. Их подразделяют на три группы: моносахариды, дисахариды и полисахариды. Из них в ра­стительных остатках в большом количестве содержатся лишь по­лисахариды, из которых наиболее распространена клетчатка, или целлюлоза (CgHioOs). Клетчатка входит в состав клеточных сте­нок и содержится в растительных остатках в большом количестве. К подгруппе полисахаридов относятся гемицеллюлозы — веще­ства, сопутствующие клетчатке.

К группе полисахаридов относится также хитин, который представляет собой аналог клетчатки, но содержит азот. Он входит в состав клеточных оболочек грибов, а также насеко­мых.

Лигнин. Входит в группу высокомолекулярных соединений сво­еобразного химического строения, мало отличающихся друг от друга. По элементарному составу лигнин по сравнению с клетчат­кой имеет более высокое содержание углерода и более низкое — кислорода. Лигнин входит в состав клеточных стенок в виде про­питывающего вещества. Содержание его в растительных остатках может достигать 40 %.

Азотистые вещества. Большая часть их в растениях представле­на белками, или протеинами. Белки составляют главную часть протоплазмы клеток и их ядер. Их содержание в растениях колеб­лется от 0,6 до 14,8 %, в грибах и бактериях соответственно 10—50 и 40—80 %. К числу азотистых соединений (небелковой природы) относятся хлорофилл и алкалоиды.

Жиры и близкие к ним вещества. Содержание жиров в раститель­ных остатках невелико. Они образуют запасные вещества главным образом в семенах и плодах. Более высокое содержание жиров в низших организмах: водорослях, грибах, бактериях. Близки к жи­рам различные воска, выполняющие функции защитных веществ. Они представляют собой сложные эфиры жирных кислот и одно­атомных высокомолекулярных спиртов. Содержание их в расти­тельных остатках незначительно.

Смолистые вещества. Могут иметь различное химическое стро­ение и являются полимеризрванными кислородными производ­ными терпенов типа кислот, спиртов и т.д.

Дубильные вещества. Представляют собой довольно многочис­ленную группу соединений, которые являются в основном про­изводными многоатомных фенолов. Дубильные вещества содер­жатся почти во всех растениях. Однако в низших и однодольных травянистых растениях их мало. Значительное количество ду­бильных веществ находится в древесине и коре некоторых де­ревьев, а также в полукустарниках семейства вересковых. При отмирании клеток дубильные вещества окисляются и приобрета­ют бурую окраску.

Вещества покровных тканей. В состав покровных тканей входят суберин, кутин, спорополленины. Необходимо отметить их боль­шую устойчивость к химическим реагентам и воздействию микро­организмов, благодаря чему эти соединения и состоящие из них растительные остатки хорошо сохраняются.

Зольные вещества. Это вещества, остающиеся после сжигания растений и растительных остатков. Содержание золы в расти­тельных остатках сильно меняется. В среднем оно равно 5 % мас­сы сухого вещества растительных остатков. Основную массу золы составляют кальций, магний, калий, натрий, кремний, фосфор, сера, железо, алюминий, марганец, хлор. В малых количествах в ней встречаются микроэлементы: йод, цинк, бор, фтор и др. В зо­ле древесных растений больше кальция, а в золе травянистых — калия.

5.2. Гумус как специфическое органическое вещество почвы, его коллоидно-химическая природа

Отмершие органические остатки поступают на поверхность по­чвы или в почву и там подвергаются различным процессам пре­вращения. Эти процессы направлены на минерализацию органи­ческих остатков до образования углекислоты и воды. Однако часть их (10—30 %) минерализуется не сразу, превращаясь в относитель­но устойчивые гумусовые вещества. Процессы превращения орга­нических остатков можно объединить в 3 группы.

1. Химические процессы, совершающиеся вне клеток живых
организмов, преимущественно под влиянием ферментов, или эн­зимов, оставшихся в органических остатках, и при участии мине­ральных катализаторов.

2. Процессы, протекающие при участии живущих в почве жи­вотных.

3. Процессы, происходящие под влиянием микроорганизмов.
Все эти процессы протекают паралельно, тесно переплетаясь и взаимно влияя друг на друга. Поэтому определить степень участия каждого из них в превращении органических остатков довольно трудно.

Химические превращения, совершающиеся вне клеток живых организмов. В живых организмах имеются различные энзимы. После смерти организма энзимы не сразу теряют активность и яв­ляются причиной различных изменений, происходящих в разлага­ющихся растительных остатках. К числу таких изменений можно отнести окисление некоторых ароматических соединений. Оно происходит при участии окислительных ферментов — оксидаз и вызывает побурение и почернение растительных остатков. Окис­ляются дубильные вещества, переходя в флобафены, имеющие красный цвет, которые могут быть источником образования гуминовой кислоты, относящейся к группе гумусовых веществ. При­мерно такие же процессы наблюдаются при окислении лигнина и ароматических аминокислот с образованием гуминовой кислоты и гумусоподобных веществ и т. д.

С энзимами связаны и реакции соединения Сахаров с амино­кислотами, дубильных веществ с белками, белков с лигнином. Так, реакция соединения между моносахаридами и аминокисло­тами приводит к образованию черных, нерастворимых в воде со­единений коллоидной природы, весьма похожих на естественные гумусовые вещества. Существенной частью этой реакции является взаимодействие между сахаром и амидной группой. Реакция меж­ду белками и дубильными веществами приводит к образованию нерастворимых продуктов, устойчивых к разложению микроорга­низмами.

Реакция белков с лигнином заключается во взаимном осаждении белков и лигнина. Образующийся при этом лигнопротеиновый комплекс имеет сходство с гуминовой кислотой. Однако счи­тать эту реакцию единственным источником гумуса в почве оши­бочно.

Все перечисленные реакции способствуют образованию темно-окрашенных продуктов полимеризации, возникающих в результа­те ферментативного окисления различных соединений.

Процессы превращения органических остатков при участии по­чвенных животных. Почва служит средой обитания для большого числа различных животных — от простейших до млекопитающих. В ней наиболее распространены дождевые черви, многоножки, личинки двукрылых и жуков, взрослые жуки, моллюски, муравьи. Число их на 1м2 лесной почвы может достигать нескольких ты­сяч

Воздействие живущих в почве животных на растительные ос­татки заключается в измельчении, способствующем более быстро­му разложению, и в перемешивании растительных остатков с ми­неральной частью почвы, а также в биохимической переработке остатков, которые являются для почвенных животных пищей. Не усвоенная животными часть остатков выбрасывается ими в виде экскрементов, обогащенных кишечной бактериальной флорой. В экскрементах органические вещества тесно перемешаны с мине­ральными частицами пищи. Экскременты почвенных животных обогащены также доступными формами азотной и зольной пищи, биогенным кальцитом, что улучшает ее структурность и уменьша­ет кислотность.

Особенно велико значение дождевых червей в превращении органических остатков. По наблюдениям Ч. Дарвина, общее коли­чество почвенной массы, ежегодно пропускаемое дождевыми чер­вями через пищеварительный канал, может достигать 25 т/га. Об­щее количество органического вещества, ежегодно поедаемого и перерабатываемого дождевыми червями, доходит до 1 т/га. В лес­ных почвах дождевые черви перерабатывают до 30 % и более об­щей массы ежегодного растительного опада. В таких случаях лес­ная подстилка не накапливается и к концу лета нередко почти вся исчезает. При этом в почве образуется хорошо выраженный гуму­совый горизонт, в котором органическое вещество — гумус тесно связан с минеральной частью почвы.

Важную роль в гумусообразовании играют почвенные беспоз­воночные животные. Возрастание численности беспозвоночных сопровождается повышением содержания гумуса.

В дубовом лесу при исключении беспозвоночных процесс раз­ложения лесного опада проходил очень медленно. За 140 сут при благоприятной погоде под влиянием только грибов и бакте­рий разложилось всего 9 % весеннего опада дуба, а при совмест­ном действии с почвенными животными — 55 %. В целом за год разложение весеннего опада дуба при участии почвенных животных проходило примерно в 3, а за теплый период до 6 раз быстрее. Аналогичным было и влияние беспозвоночных на разложение осеннего опада в сухие и влажные годы.

Процессы превращения органических остатков при участии микроор­ганизмов. Деятельность микроорганизмов — один из важнейших фак­торов разложения и превращения органических остатков в почве.

Количество микроорганизмов в почве велико. Масса живых бактерий в слое 0—25 см доходит до 5—7 т/га. Наибольшее коли­чество их концентрируется в ризосфере, т. е. в прикорневой части почвы.

В почве встречаются следующие группы микроорганизмов: бактерии, грибы, водоросли, простейшие и ультрамикробы. Боль­шая часть бактерий принадлежит к гетеротрофным, т. е. требую­щим для своего существования готовое органическое вещество.

По отношению к кислороду бактерии разделяют на две группы: аэробные, требующие для своего существования свободный кисло­род, и анаэробные, не требующие его.

Из почвенных грибов наиболее распространены плесневые грибы и актиномицеты. Масса грибов в почве меньше, чем масса бактерий. Грибы и актиномицеты — гетеротрофы. Будучи в боль­шинстве случаев аэробными организмами, они развиваются пре­имущественно в верхних горизонтах почвы. Наиболее благоприят­ная реакция среды для грибов кислая (рН 4), для актиномицетов — нейтральная и слабощелочная (рН 7,0—7,5).

Водоросли, встречающиеся в почве, относятся к зеленым, синезеленым и диатомовым. По численности они могут не усту­пать грибам. Водорослей больше под травянистой и меньше под хвойной растительностью. Это автотрофные организмы, создаю­щие органическое вещество. Но они могут жить и в глубоких сло­ях почвы, куда свет не доходит. В этом случае они ведут себя как гетеротрофы.

Простейшие также в значительном количестве имеются в почве. Пищей для них служат бактерии и частично грибы, но они могут питаться и растительными остатками.

Для разложения и превращения растительных остатков необхо­димы грибы и бактерии. У этих организмов нет органов пищеварения. Питательные вещества поступают в них осмотически через всю поверхность тела, поэтому источником пищи для бактерий и грибов могут быть только водорастворимые органические соединения, та­кие, как сахара и аминокислоты. Однако основная масса поступаю­щих в почву органических остатков состоит из нерастворимых в воде веществ: клетчатки, лигнина, гемицеллюлоз, белков и др.

Микробы могут использовать для своего питания нера­створимые в воде соединения, переводя их в растворимое состоя­ние. Микроорганизмы осуществляют этот процесс с помощью экзоэнзимов, выделяемых ими в окружающую среду, происходит гидролиз нерастворимых органических соединений. Например, клетчатка в процессе гидролиза распадается на молекулы глюко­зы, белки — на аминокислоты, гемицеллюлозы — на пяти-шести-атомные сахара и т. д. Продукты гидролиза растворимы в воде и могут использоваться микробами.

Часть (до 25 %) продуктов распада расходуется микроорганиз­мами на построение их тел. Этот процесс называют микробным синтезом. Другая часть продуктов гидролиза (75—80 %) расходует­ся микроорганизмами как энергетический материал, при окисле­нии которого выделяется необходимая для их жизни энергия. Не­большую часть этой энергии микробы используют в процессе микробного синтеза, остальная — рассеивается в пространстве.

Процесс разложения отдельных органических соединений состоит в следующем: клетчатка легко разлагается под влиянием микробов в аэробных условиях до полной минерализации с образованием углекислоты и воды. В анаэробных условиях клетчатка разлагается также довольно быстро, причем продуктами распада являются, с одной стороны, масляная и уксусная кислоты, с другой — водород и метан.

Гемицеллюлозы разлагаются микроорганизмами легче и быст­рее, чем клетчатка. В аэробных условиях они подвергаются полно­му окислению до углекислоты и воды. При этом наряду с разложе­нием гемицеллюлоз, находящихся в отмерших растительных ос­татках, происходит их синтез в теле микробов. При анаэробных условиях гемицеллюлозы разлагаются не до конца. При их разло­жении в большом количестве образуются органические кислоты — муравьиная, уксусная, масляная.

Лигнин более устойчив к разложению микроорганизмами. Часть лигнина претерпевает ряд изменений, в результате которых образуются гуминовые вещества. Эти изменения заключаются главным образом в окислении и дегидратации (потере воды). При этом уменьшается число метоксильных групп и, наоборот, увели­чивается число фенольных, появляются карбоксильные группы. Совокупность этих изменений — гумификация приводит к пре­вращению лигнина в гуминовую кислоту. Однако это не един­ственный путь образования гуминовой кислоты в почве, так как не весь лигнин превращается в гуминовую кислоту.

Таким образом, превращение органических остатков представ­ляет собой совокупность различных процессов. Это процессы раз­ложения до полной минерализации с образованием углекислоты и воды, и синтез более сложных органических соединений из более простых. Кроме того, в почве идут иные синтетические процессы, в результате которых продукты разложения подвергаются частич­ному окислению, полимеризации, уплотнению, соединению друг с другом. В итоге в почве образуются совершенно новые вещества, не содержащиеся ни в исходных органических остатках, ни в про­дуктах микробного синтеза. Совокупность явлений, относящихся к последней категории, и носит по преимуществу название про­цесса гумификации.

В анаэробных условиях может развиваться процесс, близкий к процессу гумификации. Он приводит к образованию битумов и называется процессом битумизации.

На накопление органического вещества влияет состав исход­ных растительных остатков. Чем больше в растительных остатках лигнина, смол, дубильных веществ и чем меньше азота, тем мед­леннее происходит разложение и тем больше накапливается по­луразложившихся остатков. На скорость разложения раститель­ных остатков влияют внешние условия: влажность, доступ возду­ха и температура. Сухие растительные остатки почти не разлага­ются. С увеличением влажности процесс разложения активизи­руется. При малой влажности наблюдается процесс гумифика­ции. При влажности 60—80 % скорость разложения органичес­ких остатков уменьшается. Однако причиной снижения скорос­ти разложения является не увеличение влажности, а затруднение доступа воздуха в разлагающуюся массу. При этом начинают со­здаваться анаэробные условия разложения. Анаэробное разло­жение идет значительно медленнее, чем аэробное. Анаэробное и аэробное разложения различаются и по составу образующихся продуктов.





Дата добавления: 2014-01-27; просмотров: 980; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных | ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 8976 - | 7164 - или читать все...

Читайте также:

  1. Введение. Понятие «средневековье». Происхождение термина «средние века». Содержание истории средних веков. Основная проблематика курса. Формационный и цивилизационный
  2. Внешнее происхождение партий
  3. Вопрос 1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ДЕНЕГ
  4. Вопрос 2. Происхождение древних русичей и образование Древнерусского государства
  5. Вопрос №4. Происхождение горных пород. Основные породообразующие минералы. Общие принципы систематизации и диагностики горных пород
  6. Вопросы к экзамену. Происхождение восточных славян, их соседи и враги
  7. Восточные славяне в 6-9 вв.: происхождение, хозяйственные занятия, социальные отношения, культура и быт, религиозные воззрения
  8. Вторичная покровная ткань, ее расположение, происхождение и строение. Чечевички
  9. Горные породы. Происхождение, определение возраста горных пород. Геохронологическая шкала
  10. Государство.. Происхождение государства. Будучи человеком глубоко верующим, М. М. Сперанский договорную теорию происхождения государства воспринял в теологическом ключе,
  11. Естественный радиационный фон. Уровни. Его происхождение. Причины, вызывающие его повышение
  12. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 1. Какие признаки в строении руд указывают на их осадочное происхождение


 

3.94.196.192 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.


Генерация страницы за: 0.005 сек.