Билет № 1

1. Почвоведение как научная дисциплина оформилась в нашей стране в конце 19 столетия благодаря трудам выдающихся русских ученых В.В. Докучаева, П.А. Костычева, Н.М. Сибирцева.

Почвоведение – биологическая наука, предметом изучения которой является почва. Это наука о почвах, ее образовании (генезисе), строении, составе, свойствах, закономерностях географического распространения, о формировании и развитии ее главных свойств, о экологических функциях почв в биосфере, о региональном использовании почв. Почва – основное незаменимое средство сельскохозяйственного производства. Почва снабжает растения водой и питательными элементами, регулирует рост и развитие растений, объем и качество урожая. Почва при правильном использовании не изнашивается, не ухудшает свои свойства, а прогрессивно улучшаются. В этом ее отличие от других средств производства. Почва – основное и вечное богатство любого народа и является неиссякаемым источником его жизнедеятельности, обеспечивая человека продуктами питания и материалом для производственной деятельности. Почва образуется из выходящих на дневную поверхность горных пород под совместным и взаимосвязанным воздействием воздуха, воды и различного рода организмов, живых и мертвых. Живые организмы разрушают горные породы, извлекают из них питательные вещества и после отмирания обогащают верхние горизонты перегноем и элементами питания, которыми пользуются последующие поколения организмов. Так происходит накопление элементов питания и развивается одно из основных свойств почвы – плодородие. Почвообразовательный процесс захватывает собой лишь самые верхние слои земной коры, куда проникают воздух, тепло, влага, корни растений, микроорганизмы. В одних случаях этим процессом захвачена большая толща горных пород, в других – меньшая. Отсюда и мощность почв в различных зонах разная. Таким образом, воздействуя на условия развития почв можно изменять и улучшать их свойства.

Почва (по В.В. Докучаеву)– это дневные или наружные горизонты горных пород, естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мертвых. Почвой называется рыхлый поверхностный слой земной коры, который видоизменяется и продолжает непрерывно видоизменяться под воздействием биологических и атмосферных факторов и который обладает существенным качеством – плодородием. Основной показатель плодородия – способность почв удовлетворять растения достаточным количеством пищи и воды. Необходимо различать естественное и искусственное плодородие. Искусственное плодородие создается человеком в результате воздействия на почву (обработка, удобрения, мелиорация и т.д.). Она возникает с момента введения целинного участка в сельскохозяйственное использование. Здесь велика роль технического и технологического вооружения. Эффективное плодородие – реальное выражение искусственного и естественного плодородия.

Задачами почвоведения является:

- изучение направленности и типов эволюции почв под влиянием природных и техногенных факторов;

- поток путей управления, изменениями происходящими в почве в целях повышения плодородия почв;

- познание глубины негативных процессов при использовании почв к которым относится эрозия, декальцификация, переуплотнение

Важнейшими задачами почвоведения является оценка земельных ресурсов. В настоящее время, в условиях коммерческого оборота некоторых категорий земель, эта задача становится особенно актуальной. Ее решение требует определения качества почвы, квалифицированной экономической и экологической оценки и, наконец, определения ее стоимости.

2. Классификация почв — система разделения почв по происхождению и (или) свойствам.

Тип почвы — основная классификационная единица, характеризуемая общностью свойств, обусловленных режимами и процессами почвообразования, и единой системой основных генетических горизонтов.

Подтип почвы — классификационная единица в пределах типа, характеризуемая качественными отличиями в системе генетических горизонтов и по проявлению налагающихся процессов, характеризующих переход к другому типу.

Род почвы — классификационная единица в пределах подтипа, определяемая особенностями состава почвенно-поглощающего комплекса, характером солевого профиля, основными формами новообразований.

Вид почвы — классификационная единица в пределах рода, количественно отличающаяся по степени выраженности почвообразовательных процессов, определяющих тип, подтип и род почв.

Разновидность почвы — классификационная единица, учитывающая разделение почв по гранулометрическому составу всего почвенного профиля.

Разряд почвы — классификационная единица, группирующая почвы по характеру почвообразующих и подстилающих пород.

Билет № 3

1. Первичное почвообразование

В российском почвоведении приведена концепция^[9], что любая субстратная система, обеспечивающая рост и развитие растений «от семени до семени», есть почва. Идея эта дискуссионная, поскольку отрицает докучаевский принцип историчности, подразумевающий определённую зрелость почв и разделение профиля на генетические горизонты, но полезна в познании общей концепции развития почв.

Зачаточное состояние профиля почв до появления первых признаков горизонтов можно определять термином «инициальные почвы»^[10]. Соответственно выделяется «инициальная стадия почвообразования» — от почвы «по Вески» до того времени, когда появится заметная дифференциация профиля на горизонты, и можно будет прогнозировать классификационный статус почвы. За термином «молодые почвы» предложено закрепить стадию «молодого почвообразования» — от появления первых признаков горизонтов до того времени, когда генетический (точнее, морфолого-аналитический) облик будет достаточно выраженным для диагностики и классификации с общих позиций почвоведения.

Генетические характеристики можно давать и до достижения зрелости профиля, с понятной долей прогностического риска, например, — «инициальные дерновые почвы»; «молодые проподзолистые почвы», «молодые карбонатные почвы». При таком подходе номенклатурные трудности разрешаются естественно, на базе общих принципов почвенно-экологического прогнозирования в соответствии с формулой Докучаева-Йенни (представление почвы как функции факторов почвообразования: S = f(cl, o, r, p, t …)).

[править]Антропогенное почвообразование

В научной литературе для земель после горных работ и других нарушений почвенного покрова закрепилось обобщённое название «техногенные ландшафты», а изучение почвообразования в этих ландшафтах оформилось в «рекультивационное почвоведение»^[11]. Был предложен также термин «технозёмы»^[12], по сути представляющий попытку объединить Докучаевскую традицию «-зёмов» с техногенными ландшафтами.

Отмечается, что логичнее применять термин «технозём» к тем почвам, которые специально создаются в процессе технологии горных работ путём разравнивания поверхности и насыпания специально снятых гумусовых горизонтов или потенциально плодородных грунтов (лёсса). Использование этого термина для генетического почвоведения вряд ли оправданно, так как итоговым, климаксным продуктом почвообразования будет не новый «-зём», а зональная почва, например, дерново-подзолистая, или дерново-глеевая.

Для техногенно-нарушенных почв предлагалось использовать термины «инициальные почвы» (от «нуль — момента» до появления горизонтов) и «молодые почвы» (от появления до оформления диагностических признаков зрелых почв), указывающие на главную особенность таких почвенных образований — временные этапы их эволюции из недифференцированных пород в зональные почвы.

2. Водная эрозия почвы. Защита от водной эрозии

Развитие современной водной эрозии почв на сельскохозяйственных угодьях обусловливается нарушением устойчивого водного режима в процессе эксплуатации земли. Устранить условия, способствующие проявлению эрозии почв, можно путем ослабления концентрации водных потоков и замедления поверхностного стока путем: увеличения поглотительной и инфильтрационной способности почвы, задержания осадков на месте выпадения, отвода или безопасного сброса необходимого количества воды в гидрографическую сеть.

Для успешной борьбы с водной эрозией почв на землях, занятых в сельскохозяйственном производстве, необходима комплексная система мероприятий, позволяющих использовать воды поверхностного стока для увлажнения полей и прекращения развития эрозионных процессов.

Эффективная защита почв от водной эрозии возможна при плановом и систематическом внедрении комплекса противоэрозионных мероприятий, разработанного с учетом конкретных природно-экономических условий каждого района или хозяйства.

Важнейшие элементы системы мероприятий по защите почв от водной эрозии: — правильная организация территории, создающая предпосылки для эффективного применения средств борьбы с эрозией; — противоэрозионная агротехника, обеспечивающая повседневную защиту почв и повышение их плодородия; — лесомелиоративные мероприятия по борьбе с эрозией почв; — гидротехнические сооружения, предотвращающие размыв почвы.

Борьбу с эрозией почв начинают с подробного изучения физико-географических условий и экономики конкретного района или хозяйства. В зависимости от рельефа, почвенного покрова и особенностей хозяйственного использования различные угодья в разной степени подвержены разрушительному действию воды. Исходя из местных особенностей, составляют почвенно-эрозионный план, на котором выделяют семь категорий земель, в разной степени подверженных воздействию водной эрозии.

В первую категорию входят лучшие пахотные площади, где процессы эрозии не развиты совсем.

Ко второй категории относят приводораздельные части склонов с хорошими и средними пахотными землями, со слабо выраженной ложбинностью. Почвы этой категории несмытые или очень слабо смытые и могут использоваться под сельскохозяйственные культуры. Сравнительно большой сток в отдельные годы здесь дают талые воды, ливневые осадки — слабый, а от обычных дождей сток отсутствует. Эти земли нуждаются только в профилактических противоэрозионных мероприятиях.

В третью категорию включают хорошие пахотные земли, занимающие средние и частично верхние части склонов. Эти площади подвержены сильной эрозии, и поэтому выращивание здесь сельскохозяйственных культур возможно с применением интенсивных противоэрозионных мероприятий. Главным агентом в развитии эрозии на землях третьей категории являются талые воды. Ливневые осадки причиняют вред преимущественно на угодьях, занятых пропашными культурами, дождевой сток имеет место сравнительно редко. Земли третьей категории выделяют в особый почвозащитный севооборот с сокращением пропашных культур и с большим участием многолетних трав.

Земли четвертой категории водной эрозии подвержены очень сильно. В земледелии они могут использоваться ограниченно, так как требуют ведения почвозащитного кормового лугопастбищного севооборота, где один-два года возделывают сельскохозяйственные культуры, а затем на 5-10 лет землю занимают под многолетние травы. Почвы здесь средне-, большей частью сильносмытые.

В пятую категорию включают непригодные для обработки земли, заброшенные из-за сильного разрушения эрозией. Эти площади используют как сенокосы, а при строгом нормировании выпаса — как пастбища.

К шестой категории относят земли, которые могут быть использованы только для лесоразведения: средние и сильно эродированные балки и балочные ответвления, расчлененные частыми промоинами, берега речных долин, оползневые участки, овраги всех типов.

В седьмую категорию включают неудобные земли, которые не могут быть использованы в сельском хозяйстве: обнажения, обрывы, скалы.

Выделения категорий земли по степени подверженности эрозии почв дает возможность наиболее рационально и комплексно внедрять почвозащитные мероприятия на всех земельных угодьях водосбора.

Что такое агротехнические противоэрозионные мероприятия? Простым и доступным агротехническим мероприятием по борьбе с водной эрозией является обработка почвы поперек склона. Она создает своеобразный микрорельеф пашни, в результате чего гребни, бороздки, рядки сельскохозяйственных культур препятствуют поверхностному стоку, способствуют проникновению воды в почву и повышают запасы влаги в пахотном горизонте, предотвращают смыв.

Часто в пределах одного поля, пересеченного ложбинами и балками, встречаются участки различной крутизны и экспозиции склонов. При таком сложном рельефе поля необходимо правильно наметить направление вспашки, культивации и посева, с тем чтобы микрорельеф максимально способствовал предотвращению стока и смыва. Однако с увеличением крутизны склона только обработки почвы поперек склона для предотвращения развития эрозионных процессов становится недостаточно.

Важным средством регулирования поверхностного стока является углубленная пахота, которая способствует лучшему впитыванию почвой влаги, уменьшает поверхностный сток и тем самым ослабляет разрушительное действие водной эрозии. Вместе с тем на глубоковспаханном поле растения более длительный период могут переносить засуху и мокрую погоду, глубоко пускать корни и создавать прочный защитный покров, быть устойчивее к колебаниям температуры.

Но сплошная глубокая пахота значительно дороже обычной, поэтому для борьбы с водной эрозией разработаны методы полосного глубокого рыхления почвы, которое значительно уменьшает развитие процессов смыва и повышает урожайность сельскохозяйственных культур.

Большую роль в задержании талых и ливневых вод может сыграть щелевание — нарезка поперек склонов щелей глубиной 40-50 см с расстоянием между ними 70-180 см в зависимости от крутизны склона. Этот прием не препятствует механизированной обработке и уходу за посевами, а на выгонах и пастбищах не уничтожает естественную растительность, защищающую почву.

Повышению накопления влаги, регулированию стока, предотвращению смыва способствует кротование почвы. Для этой цели на корпусах плуга ставят специальные кротователи, которые на глубине 35-40 см создают кротовины диаметром 6-8 см через 70-140 см. Кротование значительно улучшает водопроницаемость, воздушный и водный режим почвы, предотвращает развитие смыва.

Значительную роль в борьбе с эрозией почвы играют удобрения. Применение органических и минеральных удобрений в сочетании с другими агротехническими приемами оказывает большое влияние на почвообразовательные и биохимические процессы. Удобренная почва способствует лучшему развитию посеянных растений, а они надежнее защищают почву от эрозии.

Способы борьбы с водной эрозией

Очень существенно снижают лесополосы и испарение в жаркие месяцы года; установлено их положительное влияние на засоление почв, на снижение смыва их потоками воды. Последнее особенно важно для степных районов. Почва под лесом промерзает меньше, чем в открытом поле, примерно на 20 сантиметров. Соответственно более чем в 10 раз уменьшается здесь и сток весенней воды. Значит, меньше и смыв почвы. Исследования показали, что запасы влаги в метровой толще грунта на облесенных землях на 47 миллиметров выше, чем на открытых, и что лесные полосы возрастом за 50 лет поглощают талой воды в 10-12 раз больше, чем вспаханная зябь. Что касается смыва почвы с гектара лесной полосы, то он равен 45 килограммам, а с необлесенной площади – 4600. Разница более чем в 100 раз! После леса лучший защитник почв от эрозии – луг. Одним из первых экспериментально изучил процесс ветровой эрозии Г. Высоцкий. В 1894 году он установил влияние состояния поверхности почвы на скорость ветра вблизи ее. «Если эта поверхность гладкая, – писал он, – нижняя струя будет двигаться наиболее быстро. Наоборот, чем шероховатее поверхность почвы или чем гуще и выше ее щетинистый покров, тем значительнее коэффициент трения и тем сильнее падение скоростей движения нижних струй». Травы успешно защищают почву не только от ветра, но и от размывающего действия воды. Облесение склонов и их залужение – основные способы борьбы с водной эрозией и овражным расчленением земли. Обычно наиболее крутые склоны засеиваются многолетними травами. Исследователи установили, что кукурузное поле на склоне крутизной всего 5 градусов теряет вследствие смыва ежегодно 245 тонн почвы на каждом гектаре. А то же поле, засеянное травой, – всего 52 килограмма. И при этом оно накапливает в 8 раз больше влаги! Подсчитано, что для того, чтобы вода смогла смыть слой почвы толщиной в 18 сантиметров с такого засеянного травой склона, ей понадобится 10 тысяч лет. Склон, засеянный зерновыми, потеряет эти же 18 сантиметров всего за 36 лет, кукурузное поле – за 9, а полностью лишенный растительного покрова склон (пар) – только за 5 лет.

Билет № 4

1. Почвенные процессы. В почву постоянно поступает органическое вещество, в составе которого можно обнаружить кислоты, такие, как яблочная, щавелевая, янтарная, лимонная, и другие, аминокислоты, сахара и т. д. — словом, разнообразные органические соединения. Эти вещества вступают в реакции с минералами, переводят элементы в растворимую форму. Часть органических веществ превращается в гумус, при этом, как предполагают некоторые ученые, почвенные минералы могут играть роль матрицы, шаблона, по которому образуются гумусовые вещества строго определенного типа. Идет как бы репродукция гумусовых веществ.

На состояние многих минералов и органических веществ влияет содержание в почве кислорода. Недостаток кислорода в летние месяцы приводит к восстановлению соединений железа, марганца, азота (эти элементы принимают на свои «атомные орбиты» электроны и тем самым меняют свою валентность). Недостаток кислорода в эти месяцы обычно связан с переувлажнением почвы при избытке осадков. Высокие летние температуры уменьшают растворимость кислорода в воде и увеличивают потребление его микроорганизмами. Но восстановление элементов в почве может происходить также под влиянием органических веществ, фильтрующихся и попадающих в почву.

Все почвенные реакции, как и любые химические реакции, связаны с температурой воздуха, а следовательно, и почвы. Повышение температуры ускоряет реакции, увеличивает растворимость твердых соединений, уменьшает растворимость газов и т. д. Повышение температуры в интервале двадцать — тридцать градусов усиливает активность микроорганизмов. Положительные температуры — непременное условие жизни растений. Только когда температуры устойчиво превысят пять — десять градусов, большинство растений начинают вегетировать, поглощать в большом количестве углекислый газ, выделять кислород, образовывать зеленую массу. Приблизительно при пяти градусах начинается активная жизнь в почве, увеличивается растворимость питательных веществ. Одновременно начинается усиленное потребление питательных веществ растениями.

Таким образом, почвообразование включает множество процессов, химических реакций всех типов, вплоть до радиоактивного распада веществ. Но известно, что такие необходимые для осуществления большинства реакций условия, как влажность (поступление воды) и температура, для многих почв изменяются как в течение года, так и по годам. Часть условий, например температура и в меньшей степени влажность, меняются циклически. Так, в течение годового цикла меняется влажность почв от избытка весной, сразу же после снеготаяния, до недостатка летом, в жаркие месяцы, от иссушения в сухой период до переувлажнения во влажный.

Все почвенные реакции, как и любые химические реакции, связаны с температурой воздуха, а следовательно, и почвы. Повышение температуры ускоряет реакции, увеличивает растворимость твердых соединений, уменьшает растворимость газов и т. д. Повышение температуры в интервале двадцать — тридцать градусов усиливает активность микроорганизмов. Положительные температуры — непременное условие жизни растений. Только когда температуры устойчиво превысят пять — десять градусов, большинство растений начинают вегетировать, поглощать в большом количестве углекислый газ, выделять кислород, образовывать зеленую массу. Приблизительно при пяти градусах начинается активная жизнь в почве, увеличивается растворимость питательных веществ. Одновременно начинается усиленное потребление питательных веществ растениями.

Таким образом, почвообразование включает множество процессов, химических реакций всех типов, вплоть до радиоактивного распада веществ. Но известно, что такие необходимые для осуществления большинства реакций условия, как влажность (поступление воды) и температура, для многих почв изменяются как в течение года, так и по годам. Часть условий, например температура и в меньшей степени влажность, меняются циклически. Так, в течение годового цикла меняется влажность почв от избытка весной, сразу же после снеготаяния, до недостатка летом, в жаркие месяцы, от иссушения в сухой период до переувлажнения во влажный.

2. Горные породы и их роль в почвообразовании

Литосфера, т.е. твердая оболочка земного шара, состоит из закономерных ассоциаций различных минералов, образующих определенные типы горных пород. Верхние горизонты этих пород под воздействием климатических и биологических факторов превращаются в почвы. Различия в свойствах почвообразующих горных пород наследуются почвами. Однотипные почвы, образовавшиеся на неодинаковых горных породах; всегда различаются.

Особенно велико влияние горных пород на начальных стадиях почвообразовательного процесса - pppa.ru. Механические свойства горных пород, их плотность и проницаемость, минералогический состав, и химические особенности существенно сказываются скорости и направлении почвообразовательного процесса.

Первоначальный запас горных породах фосфора, кальция, серы, калия и других элементов в значительной степени определяет уровень и устойчивость естественного плодородия почв, особенно во влажном климате.

При равнинном рельефе вариации свойств почвообразующих пород обычно незначительны.

В странах горного рельефа пестрота горных пород исключительно велика, и там прямое их влияние на особенности почвообразования наиболее резко выражено.

Горные породы обычно разделяют на три большие группы: магматические (или массивно-кристаллические), осадочные и метаморфические.

Билет № 5

1. Химический и минералогический состав почвы определяется характером материнской породы, на основе которой происходило формирование почвы, и всем комплексом физических, химических и биологических процессов, протекающих в самой верхней части земной коры. Минеральные частицы состоят преимущественно из окиси кремния, окиси алюминия и окиси железа. Соединения кальция, магния, титана, марганца, калия, натрия, фосфора, серы и микроэлементов (бор, цинк, кобальт, медь и др.) являются малой частью общего минералогического состава почв. В табл. 1.1 приведен химический состав некоторых почв для фракций размером меньше одного микрона. Органические коллоиды состоят из гуминовых кислот и фуль-вокислот, протеина, клетчатки, смол и других сложных соединений. Основными элементами этих соединений являются углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор. Органические коллоиды часто находятся в соединении с натрием, кальцием, магнием (гу-маты оснований), с гидроокислами алюминия и железа и пр. Энергия взаимодействия между органическими и минеральными коллоидами может быть выше, чем энергия взаимодействия между однородными минеральными коллоидами; это имеет большое значение для процесса структурообразования. При этом энергия взаимодействия между минеральными коллоидами разной природы может быть очень высокой, особенно если потен-циалопределяющие ионы у частиц имеют разный знак (например, коллоиды гидроокиси железа и коллоиды кремниевой кислоты). Минералы, образующие почвенные частицы, разделяются по происхождению на первичные и вторичные. К первичным минералам относятся те, которые образовались в результате остывания магмы, а ко вторичным — те, которые образовались из первичных под влиянием физических, химических и биологических процессов в коре выветривания. Наиболее распространенными первичными минералами являются полевые шпаты, пироксен и амфибол, слюды, кварц. Вторичные минералы разделяются на три группы: каолиниты, монтмориллониты и иллиты (гидрослюды). Группа каолинита представлена тремя минералами: каолинитом, диктатом и накритом. Образуются они в условиях кислой среды. Наиболее распространен каолинит, являющийся породообразующим минералом большинства глинистых грунтов. Химический состав всех минералов группы каолинита примерно следующий: А1203 • 2Si02 • 2Н20. Чистый каолинит имеет белый цвет. Удельный вес 2,58—2,60. Строение кристаллической решетки устойчивое, так как полярность пакетов, слагающих решетку, различна в местах их контактов; вследствие этого незначительна и способность каолинита к поглощению влаги и набуханию. Группа монтмориллонита отличается сложностью и разнообразием. Сюда входят монтмориллонит, бейделит, нонт-ронит и сапонит, образующиеся в щелочных условиях. При смене щелочной среды на кислую монтмориллонит разрушается. Минералы этой группы присутствуют в составе многих глинистых (главным образом тонкодисперсных) грунтов и являются основными в бентонитовых глинах. Чистый монтмориллонит имеет светло-желтую или сероватую окраску, иногда розовато-красную. Удельный вес 2,0—2,2. Химический состав близок к следующему: MgO • А1203 • 4Si02 • Н20 • /гН20. Монтмориллонит сильно гидрофилен. Характерной особенностью минералов группы монтмориллонита является переменное содержание в них воды, резко изменяющееся в зависимости от влажности окружающей среды. При этом вода может поглощаться из влажного воздуха и выделяться в сухой. Строение кристаллической решетки минералов группы монтмориллонита близко к строению решетки каолинита, с той, однако, существенной разницей, что отдельные пакеты решетки обращены друг к другу одноименными полюсами, вследствие чего связь между пакетами непрочная и решетка легко подвижна. Иллиты (гидрослюды) составляют обширную группу минералов, входящих в состав многих глинистых грунтов. Эти минералы по своим свойствам занимают промежуточное положение между минералами группы каолинита и минералами группы монтмориллонита. Образуются они в щелочной среде. Химический состав близок к следующему: К20 • ЗА1203 • 6Si02 • 2Н20. Удельный вес 2,76—3,10. Строение решетки гидрослюд близко к строению решетки монтмориллонита, но наличие ионов калия, расположенных между пакетами, скрепляя последние, придает всей решетке большую прочность и меньшую подвижность. Ги-дрофильность их больше, чем у каолинита, но меньше, чем у монтмориллонита.

2. Роль живых организмов в почвообразовании

Растительность (высшая и низшая) создает в природе биологический круговорот зольных веществ и обогащает почву органическими остатками. Она является основ­ным фактором почвообразования.

Сущность процесса почвообра­зования проявляется в природе через растительные формации. Растительные формации представляют собой комбинации выс­ших и низших растений, взаимодействующих в определенных условиях среды.

На территории России выделяют следующие группировки рас­тительных формаций (Н. Н. Розову): 1) деревянистые (таеж­ные леса, широколиственные леса, леса влажных субтропиков); переходные деревянисто-травянистые (ксерофитные леса); травянистые (суходольные и заболоченные луга, степи умерен­ного пояса, субтропические кустарниковые степи); 4) пустынные; 5) лишайниково-моховые (тундра, верховые болота).

Каждая группа растительных формаций характеризуется свои­ми особенностями: составом органических веществ, особенностя­ми их поступления в почву и разложением, а также взаимодейст­вием продуктов распада с минеральной частью почвы. Различия растительных формаций — основная причина много­образия почв в природе. В одних и тех же условиях таежно-лесной зоны под хвойными сомкнутыми лесами развиваются подзо­листые, а на лугах формируются дерновые почвы.

В зависимости от биологических особенностей по количеству и качеству создаваемой биомассы, воздействию на процесс почво­образования зеленые растения подразделяются на деревянистые и травянистые.

Деревянистые растения (деревья, кустарники, полукустарни­ки) — многолетние, живущие десятки и сотни лет. Ежегодно у них отмирает только часть наземной массы (хвоя, листья, ветви, пло­ды), и она откладывается на поверхности почвы в виде опада или лесной подстилки. Деревянистые растения характеризуются соз­данием огромной биомассы, главным образом наземной, но их ежегодный опад меньше прироста, и поэтому с опадом в почву возвращается сравнительно небольшое количество зольных эле­ментов и азота. В опаде деревьев, особенно хвойных, содержится много клетчатки, лигнина, дубильных веществ, смол. Продукты разложения лесной подстилки взаимодействуют с почвой в рас­творе при промывании толщи почвы осадками.

Продолжительность жизни травянистых растений колеблется от нескольких недель (эфемеры) до 1—2 лет (злаки) и 3—5 лет (бобовые). Однако корни и корневища живут до 7—15 лет и больше.

В процессах почвообразования эффект от травянистых расте­ний больше, чем от деревянистых, хотя количество биомассы, создаваемое травянистыми ассоциациями, меньше. Это объясня­ется непродолжительностью жизни травянистых растений и быст­рой оборачиваемостью всех компонентов, вовлекаемых ими в биологический круговорот в системе растения — почва. Почва ежегодно обогащается органическими остатками трав в виде наземной массы (при условии, если она не отчуждается) и корней. Корневые остатки, в отличие от наземной массы, раз­лагаются непосредственно на месте, в почве, и продукты их раз­ложения взаимодействуют с ее минеральной частью. Остатки травянистых растений по сравнению с лесным опадом содержат меньше клетчатки, больше белков, зольных элемен­тов и азота. Для травянистых остатков характерна нейтральная или слабощелочная реакция. Мхи — растительные организмы, лишенные корневой системы и усваивающие элементы питания всей поверхностью органов. Они широко встречаются под пологом леса и на болотах. Мхи при­крепляются к любому субстрату ризоидами. Они могут поглощать и удерживать большое количество влаги, поэтому процесс разло­жения растительных остатков протекает медленно, с постепенным накоплением торфа и заболачиванием. В образовании, верховых болот особо следует отметить роль сфагновых (белых) мхов.

Микроорганизмы. Из микроорганизмов в почве широко пред­ставлены бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли и простей­шие. Наибольшее количество микроорганизмов встречается в верхних ее слоях, где сосредоточивается основная масса органи­ческого вещества и корней живых растений.

Микроорганизмы способствуют разложению органических остатков в почве.

По отношению к воздуху различают микроорганизмы аэроб­ные и анаэробные. Аэробные — это организмы, которые в процес­се жизнедеятельности потребляют кислород; анаэробы — живут и развиваются в бескислородной среде. Необходимую для жизне­деятельности энергию они получают в результате сопряженных окислительно-восстановительных реакций. На реакции разложе­ния и синтеза, идущие в почве, влияют различные ферменты, вы­рабатываемые микроорганизмами. В зависимости от типа почв, степени их окультуренности общее количество микроорганизмов в 1 г дерново-подзолистых почв может достигать 0,6—2,0 млрд., черноземов — 2—3 млрд.

Бактерии — наиболее распространенный вид почвенных микро­организмов. По способу питания они делятся на автотрофные, усваивающие углерод из углекислого газа, и гетеротрофные, использующие углерод органических соединений.

Бактерии-аэробы окисляют различные органические вещества в почве, в том числе осуществляют процесс аммонификации — разложения азотистых органических веществ до аммиака, окис­ление клетчатки, лигнина и пр.

Разложение органических остатков гетеротрофными анаэроб­ными бактериями называется процессом брожения (брожение углеводов, пектиновых веществ и др.). Наряду с брожением в анаэробных условиях происходит денитрификация — восстановле­ние нитратов до молекулярного азота, что может привести к зна­чительным потерям азота в почвах с плохой аэрацией.

Грибы и актиномицеты (лучистые грибы). Количество грибов в 1 г почвы может достигать 200—500 тыс. Грибы относятся к сапрофитам — организмам, использующим углерод органических остатков. Грибы — аэробные организмы, они хорошо развиваются при кислой реакции среды, разлагают углеводы, лигнин, клетчат­ку, жиры, белки и другие соединения.

Животные. Почва представляет собой благоприятную среду для обитания многих видов животных, в том числе червей, насе­комых, позвоночных животных. Большинство животных, исполь­зуя органические остатки для питания, измельчают их, перемещают и перемешивают с минеральной частью почвы.

Билет № 7

1. Органическое вещество почвы - Органическое вещество почвы - комплекс органических соединений, входящих в состав почвы; один из основных признаков, отличающих почву от материнской породы. Количество и состав содержащихся в почве органических веществ тесно связаны с направлением процесса почвообразования, биологическими, физическими, химическими свойствами почвы и ее плодородием. Органическое вещество почвы отличается сложным составом. В него входят различной степени разложения растительные и животные остатки. Основной источник органического вещества в почве - опад растительного покрова в виде отмирающих корней и надземной массы. Меньшая часть органической массы поступает в почву в форме отмерших животных и микроорганизмов. Количество поступающего в почву опада зависит от видового состава растительных ассоциаций и климатических условий. Так, под злаково - разно - травной растительностью в умеренно - засушливых условиях опад достигает 15 тга, в засушливых степных районах - около 5 тга. После уборки зерновых культур опад составляет в среднем около 4 тга, а под многолетними травами 3 - 4 - летнего возраста - 4 - 6 тга. Основные химические компоненты органических остатков - жиры, простые сахара, полисахариды (клетчатка, гемицеллюлозы), белки, аминокислоты, лигнины и другие вещества. Органические остатки в почве под воздействием микроорганизмов подвергаются гумификации. В этом сложном процессе 70 - 80 % компонентов, входящих в состав органических остатков, разлагается до конечных продуктов (воды, аммиака, углекислоты) и некоторого количества низкомолекулярных органических соединений. Остальная часть (20 - 30 %) превращается в гумусовые вещества. Органические вещества почвы имеют огромное значение в образовании почвенной структуры и как источник минерального питания растений, так как с каждой тонной растительной массы в почву поступает 5 - 10 кг азота и 30 - 50 кг зольных веществ (фосфора, калия, кальция, серы и других элементов). Кроме того, органическое вещество почвы служит источником углекислого газа, а также физиологически активных веществ (витаминов, стимуляторов роста, антибиотиков), поступающих в почву с растительными остатками и вырабатываемых микроорганизмами. В условиях сельскохозяйственного производства важно рационально использовать органическое вещество почвы, пополняя его запасы путем внесения навоза, торфа, компостов, посевом многолетних трав.

2. Плодородие почвы — способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности. Это эмерджентное свойство почвы. При взаимодействии компонентов почвы появляется плодородие. Почва состоит из перегноя, азота, фосфора, калийных солей, воды, воздуха, глины и песка.

С давних пор человек оценивает почву главным образом с точки зрения её плодородия. Именно от плодородия зависит урожай и красота растений. Почва — сложная система, которая живёт и развивается по своим законам, поэтому под плодородием нужно понимать весь комплекс почвенных свойств и процессов, определяющих нормальное развитие растений. Все процессы, происходящие в почве, связаны между собой. Исключение или ослабление какого–либо составляющего ведёт за собой изменение всего состава почвы и потере ценных её качеств. Деградация почвы — цепная реакция, которую трудно остановить. Ухудшение земель снижает продуктивность растений. Почва в этом случае становится подвержена эрозии и вымыванию полезных веществ, что опять ведёт к снижению численности растений. Мероприятия по возобновлению плодородия почв долговременны, очень дорогостоящи и сложны, поэтому так важно следить за состоянием почвы, не допуская её сильного истощения или загрязнения. Результатом такого внимательного отношения будет привлекательность цветов и отличный урожай.

Для определения плодородия почвы необходимо обратить внимание на её состав, кислотность, отношение к воде и кислороду. Обладая наблюдательностью и элементарными знаниями по биологии можно определить состояние почвы и предпринять необходимые меры по улучшению или поддержанию почвенных свойств

Билет № 10

1. Гумусообразование - В современном понимании процесс превращения органических остатков в гумус (гумусообразование) представляет собой совокупность одновременно протекающих процессов разложения исходных органических остатков, синтеза вторичных форм (развитие микроорганизмов) и их гумификации. Общая схема гумусообразования по И. В. Тюрину имеет следующий вид: Растительные остатки, попадая в почву или на ее поверхность, разлагаются микроорганизмами, в результате возникают более простые подвижные соединения. Часть этих соединений полностью минерализуется микроорганизмами и усваивается новыми поколениями растительности, другая часть используется микроорганизмами для синтеза органических веществ, которые в дальнейшем вновь разлагаются. Некоторые продукты разложения превращаются в сложные высокомолекулярные вещества - гуминовые кислоты. Этот процесс, протекающий под воздействием кислорода воздуха, воды и ферментов микроорганизмов, называется гумификацией, или гумусообразованием. Активное участие в превращении органических остатков в гумус принимают живые организмы (бактерии, грибы, почвенные животные), которые перемешивая с почвой всю массу органических остатков, а также продуктов их разложения и гумификации, перерабатывают все и выбрасывают неиспользованную часть в виде экскрементов в толщу почвы. Процессы разложения и минерализации различных органических соединений протекают по - разному. Быстрее всех минерализуются растворимые сахара, крахмал; достаточно хорошо разлагаются белки, гемицеллюлозы и целлюлоза; устойчивы к разложению и минерализации лигнин, смолы, воски. Разложение белков, углеводов, липидов начинается с гидролитического расщепления их сложных молекул на более простые промежуточные продукты. Белки расщепляются на пептиды, а затем на аминокислоты. При гидролизе сложных белков (нуклеопротеидов) наряду с аминокислотами образуются углеводы, фосфорная кислота, азотсодержащие гетероциклические основания (пуриновые и пиримидиновые). При гидролизе жиров возникают глицерин и различные жирные кислоты, а при гидролизе углеводов (целлюлозы, гемицеллюлозы, крахмала, полиуронидов, камедей) - моносахариды, аминосахара, уроновые кислоты. Одновременно с гидролизом развиваются разнообразные окислительно - восстановительные процессы, катализируемые ферментами. В аэробных условиях преобладают процессы окисления, в анаэробных - восстановления. Углеводы в аэробных условиях окисляются до органических кислот, альдегидов, спиртов и далее - до углекислого газа и воды. В анаэробных условиях развиваются различные типы брожения, в процессе которых образуются недоокисленные продукты (метан, спирты, органические кислоты), а в конечном итоге - углекислота, вода, метан, водород. Продукты гидролиза лигнина и других ароматических соединений в результате окислительно - восстановительных реакций дают сложную систему соединений: оксихиноны, ароматические альдегиды и кислоты. Продуктами: полной минерализации являются вода и углекислый газ. Параллельно с разложением и минерализацией органических остатков в почве идут процессы их гумификации, в результате образуются относительно устойчивые против разложения гумусовые вещества. Процессы образования гумусовых веществ изучены еще недостаточно. Существует ряд гипотез образования гумусовых веществ. Основное положение наиболее ранних гипотез - представление о гумификации как о системе реакций конденсации или полимеризации относительно простых промежуточных продуктов разложения - аминокислот, фенолов, хинонов И т. д. Не подвергаясь дальнейшей минерализации, эти соединения вне живых клеток микроорганизмов синтезируются в высокомолекулярные гумусовые вещества. Иная гипотеза гумификации была предложена в 30 - х годах этого столетия И. В. Тюриным. Согласно этой гипотезе, основой гумификации являются реакции медленного биохимического окисления высокомолекулярных веществ, имеющих циклическое строение. К ним относятся белки, лигнин, дубильные вещества. Эта гипотеза получила подтверждение и дальнейшее развитие в работах Л. Н. Александровой и др. Образующиеся гуминовые кислоты, вступая во взаимодействие с зольными элементами растительных остатков, освобождающихся в процессе их минерализации, а также с минеральной частью почвы, образуют ряд органо-минеральных производных. При этом единая система постепенно расщепляется на несколько фракций, различных по степени растворимости и деталям строения молекул. Менее дисперсная часть системы, образующая нерастворимые в воде соли с кальцием и полуторными окислами, формируется как группа гуминовых кислот. Более дисперсная фракция, дающая растворимые соли, образует фульвокислоты. В переувлажненных почвах фульвокислот образуется больше, вследствие более интенсивного гидролитического расщепления всей системы гумусовых кислот. Гумификация развивается не только в почвах, но и на дне водоемов, в компостах, при формировании торфа, угля, т. е. везде, где накапливаются растительные остатки и создаются условия, благоприятные для жизнедеятельности микроорганизмов и развития этого процесса, широко распространенного в природе.

Факторы и условия гумусообразования

Гумусообразования условия - Характер и скорость гумусообразования неодинаковы в различных природных условиях и зависят от ряда взаимосвязанных факторов почвообразования. Важнейшими из них являются водно - воздушный и тепловой режимы почв, состав и характер поступления в почву растительных остатков, видовой состав и интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов, механический состав и физико - химические свойства почвы.

В зависимости от водно - воздушного режима почвы гумусооб - разование протекает в аэробных и анаэробных условиях.

В аэробных условиях при достаточном количестве влаги (60 - 80 % полной влагоемкости) и благоприятной температуре (25 - 30°С) органические остатки разлагаются интенсивно. В почве накапливается мало гумуса, но много элементов зольного и азотного питания растений (почвы субтропиков). В условиях засушливого климата в почве накапливается мало растительных остатков, процессы разложения и гумификации замедляются и гумуса так же образуется мало.

В анаэробных условиях при постоянном избытке влаги и низких температурах процесс гумусообразования замедляется. Возникающие промежуточные продукты разложения: органические кислоты, метан и водород угнетают жизнедеятельность микроорганизмов. Вследствие этого гумификация идет слабо, и органические остатки превращаются в торф.

Оптимальный гидротермический и водно - воздушный режим для накопления гумуса существует в черноземной зоне. Здесь происходит постепенное разложение органических остатков, достаточно интенсивная их гумификация и прочное закрепление образующихся гумусовых веществ минеральной частью почвы.

На скорость гумусообразования влияет химический состав разлагающихся остатков, а также их количество и сроки поступления в почву.

Остатки травянистой растительности, богатые белками (особенно бобовые растения), разлагаясь в почве в присутствии большого количества оснований, и прежде всего кальция, образуют «мягкий», или муллевый, гумус, равномерно пропитывающий минеральную часть почвы. Муллевый гумус развивается также в почвах под лиственными или смешанными лесами, где отмечается интенсивная деятельность почвенной фауны.

Остатки древесной растительности, бедные белками и зольными элементами, но обогащенные лигнином, восками, смолами, поступают главным образом на поверхность почвы в виде наземного опада, который разлагается в условиях сквозного промывания подстилки осадками. Подстилка разлагается под действием грибов, образуя при этом большое количество органических кислот, нейтрализация которых затруднена вследствие интенсивного выщелачивания оснований. Кислая реакция подавляет развитие процессов гумификации, и на поверхности почвы формируется «грубый» гумус (модер - гумус), содержащий много полуразложившихся остатков.

Помимо упомянутых факторов на интенсивность гумусообразования большое влияние оказывают видовой состав почвенных микроорганизмов и интенсивность их жизнедеятельности.

Северные подзолистые почвы характеризуются наименьшим содержанием микроорганизмов и низкой их жизнедеятельностью. К югу насыщенность почвы микроорганизмами увеличивается, их видовой состав становится более разнообразным, жизнедеятельность резко возрастает. Наибольшее количество гумуса накапливается в почвах со средним содержанием микроорганизмов.

Процесс гумификации зависит также от механического состава и физико - химических свойств почв. Так, в хорошо аэрированных и быстро прогревающихся песчаных и супесчаных почвах разложение органических остатков идет быстро, значительная часть их минерализуется полностью, а образовавшиеся гумусовые вещества плохо закрепляются на поверхности песчаных частиц и быстро минерализуются. В глинистых и суглинистых почвах, наоборот, процесс разложения органических остатков протекает медленно, гумусовых веществ образуется много, они прочно закрепляются на поверхности высокодисперсных минеральных частиц и постепенно накапливаются в почве.

Химический и минералогический состав почвы определяет количество питательных веществ, необходимых для микроорганизмов, реакцию среды, в которой идет процесс образования гумуса, и условия для закрепления гумусовых веществ в почве. В последнем большую роль играет кальций, так как почвы, насыщенные им, имеют нейтральную реакцию, которая благоприятствует развитию микроорганизмов. Гуминовые кислоты образуют с кальцием нерастворимые в воде соли - гуматы кальция.