Биологические факторы плодородия почвы

Вступление

Содержание и состав органического вещества почвы
Органическое вещество почвы образуется из отмерших остатков растений, микроорганизмов, почвенных животных и продуктов их жизнедеятельности. Первичное органическое вещество, поступившее в почву, подвергается сложным превращениям, включающим процессы разложения, вторичного синтеза в форме микробной плазмы и гумификации. Сочетание названных процессов приводит в биологически активных почвах к образованию сложной смеси органических веществ, состоящей из малоразложившихся растительных и животных остатков с сохранившейся первоначальной структурой; промежуточных продуктов разложения органических и животных остатков (например, лигнина); собственно гумусовых веществ, образовавшихся путем микробного синтеза или остаточного происхождения; растворимых органических соединений, которые более или менее быстро минерализуются до простых минеральных соединений (Н2О, СО2 и др.) или участвуют в синтезе собственно гумусовых веществ.
Органическое вещество, консервирующее энергию солнца в химически связанной форме, — единственный источник энергии для развития почвы, формирования ее плодородия. Основным источником первичного органического вещества, поступающего в почву под естественной растительностью, являются остатки растений.

Дисциплина: Экология, Охрана природы, Природопользование
Тип работы: Материал
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 16 страниц
В избранное:

Содержание

Биологические факторы плодородия почвы 2

Почвенная биота 4
Фитосанитарное состояние почвы 5

Агрофизические факторы плодородия почвы 6

Гранулометрический состав 6
Структура 7
Мощность пахотного и гумусового слоев 8
Водный режим 8
Воздушный режим 9

Температурный режим 10

Агрохимические факторы плодородия 11

Воспроизводство плодородия почв в интенсивном земледелии 12

Биологические факторы плодородия почвы

Содержание и состав органического вещества почвы
Органическое вещество почвы образуется из отмерших остатков растений,
микроорганизмов, почвенных животных и продуктов их жизнедеятельности.
Первичное органическое вещество, поступившее в почву, подвергается сложным
превращениям, включающим процессы разложения, вторичного синтеза в форме
микробной плазмы и гумификации. Сочетание названных процессов приводит в
биологически активных почвах к образованию сложной смеси органических
веществ, состоящей из малоразложившихся растительных и животных остатков с
сохранившейся первоначальной структурой; промежуточных продуктов разложения
органических и животных остатков (например, лигнина); собственно гумусовых
веществ, образовавшихся путем микробного синтеза или остаточного
происхождения; растворимых органических соединений, которые более или менее
быстро минерализуются до простых минеральных соединений (Н2О, СО2 и др.)
или участвуют в синтезе собственно гумусовых веществ.
Органическое вещество, консервирующее энергию солнца в химически связанной
форме, — единственный источник энергии для развития почвы, формирования ее
плодородия. Основным источником первичного органического вещества,
поступающего в почву под естественной растительностью, являются остатки
растений.
Во-первых, они удобряют почву ежегодно после уборки урожая, в то время как
все остальные виды органических удобрений вносят в почву периодически. Во-
вторых, не требуется дополнительных затрат на их внесение. В-третьих,
растительные остатки распределяются в почве наиболее равномерно. В них
содержатся все макро- и микроэлементы, необходимые растениям и животным.
На пахотных почвах с отчуждением большей части урожаев полевых культур
источником органического вещества служат надземные и корневые остатки
растений, а также вносимые в почву органические удобрения.
Растительные остатки разделяют на три группы: 1 — пожнивные остатки
растений; 2 — листостебельные; 3 — корневые. Пожнивные остатки представлены
стерней злаков, частями стеблей, листьев и всех других надземных частей
растений, которые остаются в поле после уборки урожая. Листостебельные
части растений включают корневища, столоны картофеля, корневые шейки
клевера, люцерны и других трав, остатки клубней, корнеплодов, луковиц.
Корневые остатки растений представлены корнями выращиваемой культуры,
сохранившимися живыми к моменту уборки, а также корнями, отмершими к
моменту уборки.
Размеры корнепада, по данным Т. И. Макаровой, могут достигать у озимой
пшеницы 124—480 кгга, у овса — 330 — 620 кгга сухого вещества. Запасы
гумуса за счет корнепада и корневых выделений могут пополниться на 130—230
кгга. Корни растения еще при их жизни активно участвуют в почвенных
процессах. Разветвляясь, они контактируют с почвенными частицами и тем
самым способствуют равномерному распределению органического вещества и
образованию структурных агрегатов.
В почве при выращивании растений происходят одновременно два
противоположных процесса: синтез, накопление органического вещества, и его
разрушение. Интенсивностью обоих процессов, их соотношением определяются
конечные результаты, по которым оценивают влияние данной культуры на почву.
Если конечный результат положительный, за культурой признаются свойства
улучшать плодородие почвы и наоборот. Между тем на процесс разрушения
органического вещества влияют не столько сами культуры, сколько приемы их
возделывания.
О влиянии минеральных удобрений на развитие корневой системы существуют
различные мнения. Н. А. Качинский высказал предположение, что чем
благоприятнее для растений почва, тем относительно к надземным частям
слабее развита его корневая система.
Наряду с количеством растительных остатков важное значение имеет их
химический состав и скорость разложения в почве. Так, растительные остатки
многолетних трав содержат большое количество элементов питания. Содержание
азота в корневых остатках многолетних бобовых трав колеблется в пределах
2,25—2,60 %, фосфора — 0,34—0,80 %, в поукосных остатках — соответственно
1,82—2,65 и 0,30—0,71 %. Количество азота и фосфора в корнях бобово-
злаковых травосмесей зависит от доли каждого компонента и составляет
0,91—2,37 % азота и 0,25— 1,06% фосфора, в поукосных остатках —
соответственно 1,60—-2,18 и 0,17—0,54 %. Злаковые травы содержат
значительно меньшее количество азота в корнях и поукосных остатках.
На ход и скорость разложения влияют, во-первых, внешние условия среды:
влажность, температура, рН почвы, содержание в ней кислорода и питательных
веществ и, во-вторых, химический состав растительных остатков.
Превращение первичного органического вещества в почве проходит в несколько
этапов. На первом этапе происходит химическое взаимодействие между
отдельными химическими веществами отмершего растения (например,
ароматические соединения клеточных оболочек могут вступать в химические
реакции с белками растительных клеток), которое можно значительно ускорить
за счет биологических и минеральных катализаторов.
На втором этапе происходят механическая подготовка и перемешивание с
почвой растительных остатков с помощью почвенной фауны. Нельзя отрицать и
определенную биохимическую подготовку первичного органического вещества к
микробному разложению при прохождении растительной массы через желудочно-
кишечный тракт почвенных животных.
На третьем этапе превращения свежего органического вещества в почве
происходит минерализация его с помощью микроорганизмов. В первую очередь
минерализуются воднорастворимые органические соединения, а также крахмал,
пектин и белковые вещества. Значительно медленнее минерализуется целлюлоза,
при разложении которой освобождается лигнин — соединение, весьма устойчивое
к микробиологическому расщеплению. Конечными продуктами превращений
первичного органического вещества являются минеральные продукты (СО2, Н2О,
нитраты, фосфаты, в анаэробных условиях Н2O и СН4). Кроме того, в почве
накапливаются в качестве продуктов метаболизма микроорганизмов
низкомолекулярные органические кислоты (муравьиная, уксусная, щавелевая и
др.). Процессы минерализации органического вещества в почве имеют
экзотермический.
Часть продуктов биологического разложения первичного органического
вещества превращается в особую группу высокомолекулярных соединений —
специфические, собственно гумусовые вещества, а сам процесс называют
гумификацией.
Основная часть органического вещества почвы (85—90%) представлена
специфическими высокомолекулярными гумусовыми соединениями. Принято
подразделять специфические гумусовые вещества на три основные группы
соединений: гуминовые кислоты, фульвокислоты и гумины.
Гуминовые кислоты (ГК) — фракция темно-окрашенных, высокомолекулярных
соединений, извлекаемая из почвы щелочными растворами, при подкислении
вытяжки выпадает в осадок в виде гуматов. В составе гуминовых кислот
углерода — 52 — 62 %, водорода — 3,0—5,5, кислорода — 30—33, азота — 3— 5
%. Основу молекулы ГК образует ароматическое ядро, сформированное
ароматическими и гетероциклическими кольцами типа бензола, фурана,
пиридина, нафталина, антрацена, индола, хинолина. Ароматические кольца
соединены между собой в рыхлую сетку. Боковые периферические структуры
молекулы — алифатические цепи. Ядро молекулы ГК отличается гидрофобными
свойствами, боковые цепи — гидрофильными. Конституционная часть молекулы ГК
— функциональные группы: карбоксильные и фенолгидроксильные, определяющие
кислотный характер ГК и способность к катионному обмену.
Фульвокислоты (ФК) — органические оксикарбоновые азотсодержащие кислоты.
По В. В. Пономаревой, в составе ФК углерода — 45,3 %, водорода — 5,
кислорода — 47,3, азота — 2,4 %. При сравнении с элементным составом ГК,
фульвокислоты содержат меньше углерода и азота, а кислорода больше.
Фульвокислоты следует рассматривать как химически наименее зрелые
гуминовые соединения. Между ГК и ФК существует тесная связь. Как те, так и
другие очень неоднородны и представлены многочисленными фракциями.
Гумины — наиболее инертная часть почвенного гумуса, не извлекаемая из
почвы при обычной обработке ее щелочными растворами. По своему составу
гумины близки к ГК. Вместе с тем фракция гуминовых веществ более прочно
связана с минеральной частью почвы, что значительно меняет ее свойства.
Исключительно важная роль органического вещества в формировании почвы в
значительной степени основана на их способности взаимодействовать с
минеральной частью почвы. Образующиеся при этом органо-минеральные
соединения — обязательный комплекс любой почвы. Образованию органо-
минеральных соединений в почве способствует высокая биологическая
активность, обеспечивающая поступление в систему реакционно-способных
органических веществ. Внесение в почву биологически малодоступных
органических веществ, например торфа, не приводит к образованию органо-
минеральных соединений.
Органическое вещество почвы, аккумулируя огромное количество углерода,
способствует большей устойчивости круговорота углерода в природе. В этом, а
также в накоплении еще ряда элементов в земной коре состоит важная
биогеохимическая функция органического вещества в земной коре.

Почвенная биота

Живые организмы — обязательный компонент почвы. Количество их в хорошо
окультуренной почве может достигать нескольких миллиардов в 1 г почвы, а
общая масса — до 10 тга.
Основная их часть — микроорганизмы. Доминирующее значение принадлежит
растительным микроорганизмам (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты).
Животные организмы представлены простейшими (жгутиковые, корненожки,
инфузории), а также червями. Довольно широко распространены в почве
моллюски и членистоногие (паукообразные, насекомые).
Почвенные организмы разрушают отмершие остатки растений и животных,
поступающие в почву. Одна часть органического вещества минерализуется
полностью, а продукты минерализации усваиваются растениями, другая же
переходит в форму гумусовых веществ и живых тел почвенных организмов.
Некоторые микроорганизмы (клубеньковые и свободноживущие азотфиксирующие
бактерии) усваивают азот атмосферы и обогащают им почву.
Почвенные организмы (особенно фауна) способствуют перемещению веществ по
профилю почвы, тщательному перемешиванию органической и минеральной части
почвы.
Важнейшая функция почвенных организмов — создание прочной комковатой
структуры почвы пахотного слоя. Последнее в решающей степени определяет
водно-воздушный режим почвы, создает условия высокого плодородия почвы.
Наконец, почвенные организмы выделяют в процессе жизнедеятельности
различные физиологически активные соединения, способствуют переводу одних
элементов в подвижную форму и, наоборот, закреплению других в недоступную
для растений форму.
В обрабатываемой почве функции почвенных организмов сводятся к поддержанию
оптимального питательного режима (частичное закрепление минеральных
удобрений с последующим освобождением по мере роста и развития растений),
оструктуриванию почвы, устранению неблагоприятных экологических условий в
почве.
В интенсивном земледелии экологические условия могут иногда в решающей
степени определять эффективное плодородие почвы. В ней существуют тесные
многообразные связи между всеми почвенными организмами. Причем вся эта
система находится в состоянии непрерывно изменяющегося равновесия. Одни
группы микроорганизмов предъявляют простые требования к пище, другие —
сложные. Между одними группами существуют симбиотические (взаимно полезные)
связи, между другими — антибиотические. Микроорганизмы в последнем случае
выделяют в почву вещества, подавляющие развитие других микроорганизмов.
Практическое значение имеет способность некоторых микроорганизмов
оказывать губительное действие на представителей фитопатогенной микрофлоры.
Усилить активность желательных микроорганизмов можно путем внесения в почву
органического вещества. В этом случае отмечается вспышка в развитии
почвенных сапрофитов, которые, в свою очередь, стимулируют развитие
микроорганизмов, угнетающих фитопатогенные виды. Для нормального
функционирования почвенных организмов необходимы прежде всего энергия и
питательные вещества. Для подавляющего большинства микроорганизмов такой
источник энергии — органическое вещество почвы. Поэтому активность
почвенной микрофлоры главным образом зависит от поступления или наличия в
почве органического вещества.
Для оценки деятельности почвенной биоты используют показатель
биологическая активность почвы. Под биологической активностью понимают, в
одних случаях общую биогенность почвы, определяемую, как правило, подсчетом
общего количества почвенных микроорганизмов. Если иметь в виду
несовершенство методик, применяемых в этом случае, и малую кратность
определений во времени, то результаты анализа дают примерную картину
биологической активности почвы.
Другая точка зрения относительно методов определения биологической
активности почвы заключается в учете результатов деятельности почвенных
организмов. Особенно важен такой подход в агрономии. Однако привести к
общему знаменателю исключительно многообразную деятельность почвенной флоры
и фауны методически непросто.
Наиболее универсальный показатель деятельности почвенных организмов —
продуцирование ими углекислого газа. Поэтому учет выделяемого почвой
углекислого газа — первостепенный из других биохимических способов
определения биологической активности почвы.

Фитосанитарное состояние почвы

Плодородие почвы в значительной степени определяется фитосанитарным
состоянием почвы, т. е. чистотой почвы от сорняков, вредителей,
болезнетворных начал, а также токсических веществ, выделяемых растениями,
ризосферной микрофлорой и продуктами разложения.
Фитотоксичность почвы обусловлена накоплением физиологически активных
веществ, среди которых присутствуют фенольные соединения, органические
кислоты, альдегиды, спирты и др. совокупность этих веществ получила
название колинов, состав и концентрация которых зависят от температуры и
влажности почвы, от микроорганизмов и растений. При низких концентрациях
фитотоксических веществ в почве обнаруживается стимулирующий эффект, но при
увеличении их содержания наступает сильное угнетение роста растений или
прорастания семян. Так, в стационарных опытах ТСХА установлено, что водная
вытяжка из почвы бессменных посевов озимой пшеницы и ячменя, взятая в
начале весенней вегетации, снижала всхожесть семян этих культур более, чем
на 20 % и угнетала рост корневой системы, явилась одной из причин
изреженности бессменных посевов.
Источник образования и поступления токсических веществ в почве — корневые
выделения растений, послеуборочные растительные остатки и продукты
метаболизма микроорганизмов. Наиболее интенсивно фитотоксические вещества
накапливаются при возделывании на одном месте однородных или близких по
биологии культур и при создании в почве анаэробных условий.
Когда в структуре посевных площадей преобладают культуры со сходными
биологическими особенностями, как, например, зерновые, в почву ежегодно
поступает приблизительно одинаковая по количеству и качеству органическая
масса в виде корневых выделений и растительных остатков. Это приводит к
изменению соотношения основных группировок микробиоценоза, появлению
фитотоксических форм, которые поставляют в почву вредные для культурных
растений вещества. Так, при разложении растительных остатков зерновых
культур в почве обнаружено повышенное содержание фенольных соединений,
которые, находясь в зоне семян растений, ингибируют их прорастание.
Анаэробные условия способствуют образованию токсических веществ, так как
при этом корневые выделения и промежуточные продукты минерализации гумуса
превращаются в сильно восстановленные соединения, что обусловливает
создание очагов токсичности в почве. Можно полагать также, что в зоне корня
некоторых растений избирательно накапливаются некоторые группы
микроорганизмов, неблагоприятно действующих на растения.
Внесение минеральных и особенно органических удобрений приводит к
уменьшению в почве численности фитотоксичных микроорганизмов. Но особенно
сильное влияние на их содержание оказывает бессменное выращивание
сельскохозяйственных растений — количество фитотоксичных форм
микроорганизмов в почве значительно увеличивается.
Фитотоксины почвенных микроорганизмов вызывают изменения в химическом
составе растений, нарушают обмен веществ в них. Они оказывают влияние на
интенсивность дыхания а также на азотный обмен растений. Фитотоксины
почвенных микроорганизмов значительно снижают фотосинтетическую активность
растений.
Корни растений выделяют различные аминокислоты, углеводы и другие
вещества. Вместе с экссудатами в почву поступает большинство веществ,
участвующих в метаболизме клеток высших растений: сахара, гликозиды,
органические кислоты, витамины, ферменты, алкалоиды и другие. Все эти
вещества могут быть в той или иной мере использованы микроорганизмами в
качестве источника питания.

Агрофизические факторы плодородия почвы

Гранулометрический состав

Развитая почва представляет собой смесь механических элементов трех видов:
минеральные, органические и органоминеральные частицы. В минеральных почвах
превалируют минеральные механические частицы разной формы и размера,
разного химического и минералогического состава.
Дисперсность этого материала, химический и минералогический состав —
фундаментальные свойства любой почвы, оказывающие многообразное воздействие
на комплекс агрономических показателей почвы, ее плодородие. Относительное
содержание в почве и породе механических элементов (фракций) называется
гранулометрическим составом.
Механические частицы почвы больше 1 мм в диаметре называют скелетом почвы,
частицы меньше 1 мм — мелкоземом. Мелкозем подразделяют на физический песок
(частицы больше 0,01 мм) и физическую глину (частицы меньше 0,01 мм).
В зависимости от содержания физического песка и физической глины почвы
могут быть песчаными, супесчаными, суглинистыми, глинами.
Гранулометрический состав почвы прежде всего определяет поглотительные
(сорбционные) свойства почвы. Тонкодисперсные частицы в силу большой
абсолютной и удельной поверхности обладают высокой емкостью поглощения. С
измельчением частиц возрастают их гигроскопичность, влагоемкость,
пластичность и другие технологические свойства. Частицы менее 0,001 мм
обладают четко выраженной коагуляционной способностью. Эта способность
механических тонкодисперсных частиц исключительно важна при
структурообразовании. Они вследствие высокой поглотительной способности
содержат наибольшее количество гумуса.
Плотность почвы уменьшается по мере ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.