Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сборник заданий по почвоведению. Учебное пособие
.pdf
В результате деятельности растений и микроорганизмов в почвах накапливается также органические соединения фосфора. Они
представлены нуклеопротеидами, фитином, фосфатидами и другими органическими веществами, входящими в состав растений
и микроорганизмов. На долю органических фосфатов приходится от
10 до 50 % общего количества фосфора, это соотношение зависит
в первую очередь от типов почв, их генезиса, содержания фосфора
в подстилающих (материнских) породах. Растения могут усваивать
органический фосфор только после его минерализации.
Недоступные для растений минеральные и органические соединения фосфора переходят в усвояемые формы очень медленно.
Несмотря на относительно большие запасы фосфора, его усвояемых
соединений в почве содержится мало, поэтому чтобы получить высокий и качественный урожай сельскохозяйственных культур, необходимо вносить фосфорные удобрения.
Содержание калия в разных почвах колеблется от 0,5 до 3 %
и зависит от механического состава. Больше содержание калия в глинистой фракции почвы. Поэтому тяжелые глинистые и суглинистые
почвы богаче калием, чем песчаные и супесчаные. Очень бедны калием торфянистые почвы, его содержание в них находится в пределах 0,03–0,05 %.
Общий запас калия в пахотном слое почвы 50–75 т на 1 га, но
основная его часть (98–99 %) находится в виде соединений нерастворимых и малодоступных для растений.
По степени подвижности и доступности для растений содержащиеся в почве соединения калия можно разделить на следующие основные формы.
1. Калий прочных минералов (алюмосиликатов), главным образом полевых шпатов и слюд, он недоступен растениям. Однако под
действием воды и растворенной в ней углекислоты, изменения температуры и действия почвенных микроорганизмов происходит постепенное разрушение структуры минералов с образованием растворимых солей калия.
2. Калий обменный, поглощенный почвенными коллоидами.
Ему принадлежит основная роль в питании растений. Хорошая доступность обменного калия обусловлена его способностью при обмене с другими катионами легко переходить в раствор, из которого
41
он усваивается растениями. Содержание обменного калия может
служить надежным показателем степени обеспеченности почвы усвояемым калием.
3. Водорастворимый калий представлен различными солями,
растворенными в почвенной влаге (нитраты, фосфаты, сульфаты,
хлориды, карбонаты), которые непосредственно усваиваются растениями. Содержание этой формы элемента в почве, как правило, незначительное.
Запасы подвижных форм рассчитывают в кг на 1 га для опреде-
ленного слоя почвы по формуле 6:
= в∙Н∙dw, (6)
З
п
– запас подвижных форм элементов, кг/га, в слое мощностью
где З
п
Н, см;
в – содержание элемента в этом слое, мг на 100 г почвы;
– плотность почвы в данном слое, г/см3.
d
w
Пример решения задания
В почве по данным анализов содержится 30 мг N-NO3 на 1 кг
3
почвы. Глубина обработки 20 см, плотность почвы 1,2 г/см
. Опреде-
лить запасы нитратного азота.
Решение
1. Находим содержание элемента в этом слое:
в = 30 мг/кг / 10 = 3 мг/100 г.
2. Находим запас подвижных форм элементов:
З
= 3 мг/100 г·20 см·1,2 г/см3 = 72 кг/га.
N-NO3
Контрольные задания
1. Содержание Р2О5 в почве составляет 25 мг/100 г почвы,
О – 20 мг/100 г почвы. Объемная масса – 1,22 г/см3, пахотный го-
K
2
ризонт 30 см. Определить запасы подвижного фосфора и обменного
калия.
42
2. В пахотном слое мощностью 20 см содержится 0,12 % валового фосфора, 2,5 % валового калия и 18 мг/100 г почвы Р
и 25 мг/100 г K
О по Чирикову. Определить запасы валовых форм
2
2О5
и подвижных соединений фосфора и калия, если объемная масса
почвы составила 1,15 г/см
3
.
3. Содержание аммонийного азота в почве составило 18 мг/кг
почвы, нитратного – 20 мг/кг. Определить запас минерального азота
в почве. Если мощность исследуемого слоя составила 30 см, а объемная масса 1,05 г/см
3
.
4. В слое 0–10 см содержание фосфора составляет 15 мг/кг при
плотности сложения 1,0 г/см
сложения слоя 1,04 г/см
3
, слое 10–25 см – 20 мг/кг и плотность
3
. Определите запас минерального фосфора
в слое 0–25 см.
5. В слое А мощностью 19 см плотность сложения составляет
0,91 г/см
3
, содержание минерального азота – 80 мг/кг, содержание
минерального фосфора – 65 мг/кг, содержание обменного калия –
160 мг/кг. Определите запас минеральных элементов питания в горизонте А.
6. В горизонте А 0–21 см содержание минерального азота
113,4 мг/кг, плотность сложения 1,07 г/см
3
, в горизонте АВ 21–38 см
содержание минерального азота 91 мг/кг, плотность сложения –
1,23 г/см
3
. Определите запас азота в обоих горизонтах.
7. В слое 0–20 см чернозема южного содержание мине-
рального азота 113,4 мг/кг, плотность сложения 1,07 г/см
3
. В слое
0–20 см чернозема обыкновенного содержание минерального азота
124,6 мг/кг, плотность сложения 1,42 г/см
3
. В каком черноземе и на-
сколько запас минерального азота больше?
43
5 Вода в почве, почвенный раствор
Краткие теоретические положения
Формы воды в почвах
Вода в почве находится в трех состояниях: твердом, жидком
и газообразном. По физическому состоянию, подвижности, доступности и значению для растений и других организмов почвенную воду разделяют на следующие формы: парообразную, химически связанную,
физически связанную, капиллярную и свободную (гравитационную).
Парообразная вода – компонент почвенного воздуха, который
в большинстве случаев насыщен парами воды до 100 %. В случае
конденсации она может переходить в другие формы.
Кристаллизационная вода входит в состав твердой фазы почв
в форме молекул. Многие минералы – гипс (CaSО
лит (Na
2SО4×H2
О), хлорид магния (MgCl2×6H2О) содержат соответ-
ственно 21, 69 и 50 % воды.
Химически связанная (конституционная) вода входит в кристаллическую решетку минералов в форме ОН
воды в солончаках, тяжелосуглинистых почвах может служить источником ошибок при оценке запасов доступной влаги в этих почвах. Даже при влажности 25 % эта вода недоступна растениям.
Физически прочносвязанная (гигроскопическая) вода представляет собой воду, адсорбированную из водяных паров почвенного
воздуха поверхностью твердых частиц. Она по своему состоянию
близка к твердому телу и удерживается давлением 10 000–12 000 атм.
Гигроскопическая влага может переходить в парообразную воду,
она физиологически недоступна растениям и может быть удалена
из почвы нагреванием ее при 105–110 °С. Эта вода окутывает почву
несколькими молекулярными слоями.
Физически рыхлосвязанная (пленочная) вода представляет собой форму, удерживающую силу давления 1–10 атм. Она обволакивает почвенные частицы слоем в 100 молекул, практически доступна растениям, обладает малой подвижностью и способна растворять соли. Наибольшее содержание рыхлосвязанной воды называется максимальной молекулярной влажностью (ММВ).
×2H2О), мираби-
4
-
. Недоучет этих форм
44
Капиллярная вода удерживается в почве силами капиллярных
менисков, вследствие различия давлений под вогнутой поверхностью и горизонтальной поверхностью. По физическому состоянию
это жидкость, доступна растениям, свободно испаряется с поверхности мениска, хорошо растворяет соли.
Свободная вода в почве – это жидкость, стремящаяся к вертикальному перемещению вниз под воздействием сил тяжести, имеет
высокий растворяемый эффект и обладает способностью передвигать в растворенном составе соли, коллоиды, тонкие суспензии.
Свободная вода занимает 3–5 % пространства пор в глинистых
почвах, 7–10 % в суглинистых и 12–15 % в супесчаных. Остальная
часть пространства пор занята гигроскопической, пленочной и капиллярной водой.
Выделенным формам воды соответствуют определенные виды
влагоемкости. Наиболее важны капиллярная влагоемкость, максимальная молекулярная и максимальная гигроскопическая.
Капиллярная влагоемкость – способность почвы и грунтов удерживать в своей толще максимально возможное количество капилляр-
3
ной воды, выраженное в весовых или объемных %, в м
/га, мм или
т/га. Это верхний предел водоудерживающей способности почв, обусловленный капиллярно-менисковыми силами. Разработаны специальные методы определения капиллярной влагоемкости в полевых условиях. Определенная таким образом влагоемкость называется предельной полевой влагоемкостью (ППВ). Это важная гидрологическая характеристика почв. Оптимальная влажность почв для развития сельскохозяйственных растений в условиях орошения колеблется
в пределах 70–80 % от предельной наименьшей влагоемкости.
Роль почвенной влаги в почвообразовании
и жизни растений
Вода, являясь активным агентом выветривания почвообразующих пород, принимает активное участие в почвообразовании
и функционировании почв. Растворение и осаждение веществ,
перенос их и аккумуляция, обменные взаимодействия – основные процессы, которые невозможны без участия воды. Почвенные
растворы, основу которых составляют различные формы почвенной влаги, – связующая среда межфазного взаимодействия в теле
почвы и взаимодействия структурных компонентов почвенного
45
профиля, его горизонтов обеспечивают функционирование почвы
как целостного образования биокосной природы.
Почвенная вода, помимо сугубо почвенных функций, как почвенный компонент выполняет весьма важную роль в обеспечении
жизни организмов. Вода является той средой, в которой минеральные и органические вещества почвы трансформируются в формы,
способные усваиваться живыми и растительными организмами.
Вода, обеспечивая пространственное перемещение веществ в почвенном профиле, способствует доставке их к корневым волоскам
растений и одновременно является фактором их проникновения
в корни. Почвенная вода, кроме того, сама является минералом, необходимым для питания растений и реализации целого ряда важнейших физиологических процессов.
Потребление воды растениями на жизненные процессы, рост
и образование тканей называется транспирацией. Транспирационный
коэффициент растений – количество воды, необходимое для синтеза
1 единицы сухого органического вещества, для основных сельскохозяйственных растений изменяется в следующих пределах (табл. 7).
Таблица 7 – Коэффициент транспирации основных
сельскохозяйственных растений
Растение Коэффициент транспирации
Просо 293
Сорго 322
Кукуруза 368
Сах. свекла 397
Пшеница 518
Ячмень 534
Гречиха 578
Овес 597
Картофель 633
Хлопчатник 646
Подсолнечник 705
Рис 710
Фасоль 728
Горох 778
Люцерна 805
Лен 905
46
Величина транспирационного коэффициента зависит от эколо-
гических условий, в которых произрастает растение.
Примеры решения задач
Пример 1. Объем заполненных при стандартных условиях
воздухом пор в почве равен 0,32 см
3
/ см3 почвы. Содержание О2
в почвенном воздухе составляет 18 % (об.). Рассчитайте объем О
3/м3
в м
почвы. Найдите массу О2 в г/м3 почвы, если температура по-
чвы 17 °С.
Решение. Примем, что объем воздуха в почве равен объему пор
в почве. Тогда объем О
в почве (V(O2)) можно определить из следу-
2
ющего соотношения:
V(O
) = V(воздуха)∙(W(O2)/100) ∙K = 0,32∙0,18 = 0,058 (м3/м3),
2
где K – коэффициент, учитывающий переход от одной размерности
к другой (1 см
3
= 10–6 м3), в данной задаче равный единице.
Далее необходимо учесть, что объем пор в почве и давление воздуха остаются постоянными. Из уравнения МенделееваКлайперона PV = (m/M)∙RT и постоянства давления и объема,
следует, что
m
)∙T1 = m2(O2)∙T2,
1(O2
где Т
и Т2 – абсолютные температуры;
1
m
) и m2(O2) – массы кислорода при температурах Т1 и Т2.
1(O2
В стандартных условиях (Т
= 273 К) определим массу кисло-
1
рода из следующего соотношения:
1 моль О
0,058 м
Тогда: m
= 78 (г O
Ответ: объем кислорода, содержащегося в 1м
ляет 0,058 м
занимает объем 22,4 л О2, а весит 32 г.
2
3/м3
содержат m2 (г) (O2).
) = (0,058∙32∙273)/(22,4∙290) = 78∙10–3 (кг О2/м2) =
2(O2
/м3).
2
3
, масса – 78 г.
3
почвы, состав-
2
47
Пример 2. Песчаные и глинистые почвы имеют удельную по-
2
верхность 7 и 70 м
/г абсолютно сухой почвы соответственно. Считая, что воздушно-сухая почва адсорбирует воду только поверхностью однородного слоя толщиной 1 нм, вычислите содержание воды
в каждой из почв в воздушно-сухом состоянии.
Решение. Из условия задачи следует, что вода в 1 г почвы рав-
номерно адсорбирована на поверхности S с толщиной слоя h. Следовательно, можно определить объем, который занимает вода в одном
слое образца почвы.
h;
V = S
уд
V(Н
V(Н
Содержание воды m(H
можно определить, зная что плотность воды r(Н
6
г/ м3:
= 10
m(H
m(H
m(H
= 7∙1∙10–9 = 7∙10–8 (м3/г);
2О)gtcx.
2О)глинист.
O) = r(Н2О)∙V(H2O);
2
2O)песч.
2O)глинистая
= 70∙1∙10–9 = 7∙10–7 (м3/г).
O) в 1 г образца воздушно-сухой почвы
2
О) равна 103 кг/ м3 =
2
= 106 ∙ 7∙10–8 = 7∙10–3 (г Н2О / г песчаной почвы);
= 106∙7∙10–7 = 7∙10–2 (г Н2О / г глинистой почвы).
Процентное содержание воды в почве есть отношение содержа-
ния воды в 1 г воздушно-сухой почвы к массе навески (m
w = (m/m
= (7∙10–3/1)∙100 % = 0,7 %;
w
gtcx.
w
= (7∙10–2/1)∙100 % = 7 %;
(глинист.)
Ответ: содержание воды равно 7∙10
(навески)
)∙100 %;
–3
и 7∙10–2 г/г абсолютно
навески
= 1 г):
сухой почвы (песчаной и глинистой соответственно), или 0,7 и 7 %.
Контрольные задачи
1. Рассчитайте общий и продуктивный запас воды в слое
0–20 см с полевой влажностью 12 %, МГ – 3,8 %, плотностью сложения 1,20 г/см
2. Рассчитайте общий и продуктивный запас воды в слое
0–20 см с влажностью почвы 20 %, МГ – 5,6 %, плотностью сложения 1,20 г/см
3. Рассчитайте общий и продуктивный запас воды в слое
0–30 см с полевой влажностью 14 %, ВЗ – 4,0 %, плотностью сложения 1,08 г/см
3
.
3
.
3
.
48
4. Рассчитайте общий и продуктивный запас воды в слое
0–40 см с полевой влажностью 30 %, ВЗ – 10 %, плотностью сложения 1,08 г/см
3
.
5. Рассчитайте общий и продуктивный запас воды в слое
0–20 см с полевой влажностью 34 %, ВЗ – 17 %, плотностью сложения 1,12 г/см
3
.
6. Рассчитайте общий и продуктивный запас воды в слое
0–30 см с полевой влажностью 38 %, МАВ – 3 %, плотностью сложения 1,15 г/см
3
.
7. Определите массу сухой почвы, если во влажном состоянии
она составляет 250 г, а влажность равна 25 %.
8. Определите количество (мм) просочившейся через слой
0–20 см гравитационной воды, если влажность почвы в этом слое
равна 40 %, плотность сложения – 1,25 г/см
3
, НВ –37 %.
9. Влажность почвы в слое 0–15 см равна 32 %, НВ – 30 %,
плотность сложения – 1,25 г/см
3
. Определите количество просочив-
шейся через слой 0–15 см гравитационной воды в мм.
49
6 Поглотительная способность почв
Краткие теоретические положения
Процессы поглощения, происходящие в почвах, объединяют
самые разнообразные явления как сорбционной природы, так и не
связанные непосредственно с сорбцией на частицах почвы. Совокупность явлений поглощения и удерживания разнообразных твердых, жидких и газообразных веществ называют поглотительной способностью почвы. Наиболее существенный вклад в разработку учения о поглотительной способности почв в XX веке внес крупнейший
русский почвовед К. К. Гедройц.
Любая почва способна поглощать и удерживать разнообразные вещества (молекулы и отдельные ионы, вещества минерального и органического происхождения, коллоидные частицы и грубые суспензии, пары, газы, клетки микроорганизмов), приходящие
с ней в соприкосновение. Важнейшую роль в этом процессе выполняет почвенный поглощающий комплекс (ППК). По К. К. Гедройцу,
ППК представляет собой совокупность нерастворимых в воде органических, минеральных и органо-минеральных соединений, находящихся преимущественно в высокодисперсном состоянии и имеющих высокую реакционную и ионообменную способность. Реакция обмена между ионами почвенного раствора и ионами, удерживаемыми ППК, – наиболее характерная особенность ППК как составной части почвы.
Вещественный состав ППК унаследован от почвообразующей
породы в соответствии с ее гранулометрическим, минералогическим
составом и химическим составом. Свои специфические особенности
он приобретает в процессе почвообразования в результате трансформации и взаимодействия минеральных компонентов с гумусовыми
веществами и их органо-минеральными производными, что существенно влияет на свойства поверхности тонкодисперсных частиц.
Минеральная основа ППК состоит в основном из глинистых
минералов. Среди них наибольшее значение имеют минералы групп
каолинита, монтмориллонита, гидрослюды, вермикулит, хлориты
и смешанослойные образования.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]