Работа №7 Анализ почв теоретическая часть

Почва (педосфера) – это биокосное образование биосферы, результат взаимодействия между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.

Роль почвы в биосфере заключается в следующем:

1) это источник информации о геохимических процессах в литосфере прошлого и настоящего;

2) почва является аккумулятором энергии, так как в ней происходят процессы гумусообразования и биогенной аккумуляции;

3) почва обеспечивает устойчивость функционирования биогеоценозов;

4) она является своеобразным протектором, связывая загрязнение и переводя загрязняющие вещества в недоступное и безопасное состояние;

5) почва – это фильтр, регулирующий состав природных вод.

В почве постоянно и одновременно протекают химические, физические и биологические процессы.

В экосистеме почвы сложным образом сочетаются следующие компоненты:

-минеральные частицы (песок, пыль, глина);

-детрит, т.е. мертвое органическое вещество растений и животных, включая отходы их жизнедеятельности, на разных стадиях разложения;

-множество живых организмов от редуцентов (грибов и бактерий) до более крупных детритофагов (дождевых червей, моллюсков и насекомых), формирующих сложную сеть, основанную на детрите.

Минеральный состав почв складывается в основном из кварца (SiO₂) и алюмосиликатов – оксидов алюминия и кремния (SiO₂ · Al₂O₃ · H₂O) в различных соотношениях. В зависимости от размеров частиц различают песчаные, суглинистые и глинистые почвы. От механического состава почв зависит интенсивность переноса и накопления в почве органических и минеральных веществ.

Вода в почве представляет собой почвенный раствор, который содержит минеральные и органические соединения, участвует в процессах почвообразования, является источником минерального питания растений. Реакция почвенного раствора определяется значением рН, которое зависит от типа почвы. для песчаных оно составляет 5,5 – 6; для глинистой и суглинистой 6,5 – 7.

Органический компонент почв представлен гумусовыми веществами, образующимися в результате превращений детрита. Питаясь, почвенные организмы оставляют после себя некоторое количество неусвоенных отходов. Гумус – это остаток органического вещества после потребления детрита. Плодородие почв определяется содержанием в ней гумуса. Даже частичная потеря гумуса и, как следствие, снижение плодородия, не дает почве возможности выполнять в полной мере свои экологические функции, и она начинает деградировать, т.е. ухудшать свои свойства. В наибольшей степени деградируют почвы агроэкосистем. Причина неустойчивого состояния агроэкосистем обусловлена их упрощенным фитоценозом, который не обеспечивает оптимальную саморегуляцию, постоянство структуры и продуктивности.

К основным факторам и режимам почв, определяющим почвенное плодородие, относят:

1) химический состав, который определяет питательный режим и реакцию среды;

2) физические свойства (пористость, влажность);

3) тепловые условия, характеризующиеся суммой температур выше 10⁰С на глубине 0 – 20 см, длительностью вегетационного периода, глубиной промерзания почв;

4) биологические свойства, характеризующиеся уровнем активности микроорганизмов, участвующих в процессах гумификации.

Основные виды антропогенного воздействия на почвы следующие: 1) эрозия (ветровая и водная); 2) загрязнение; 3) вторичное засоление и заболачивание; 4) опустынивание; 5) отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства.

Эрозия почв – разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). К эрозионным процессам относят также промышленную эрозию (разрушение сельскохозяйственных земель при строительстве и разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивном выпасе скота), ирригационную (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм поливов) и др.

Ветровая эрозия представляет собой выдувание, перенос и отложение мельчайших почвенных частиц ветром. Под водной эрозией понимают разрушение почв под действием временных водных потоков.

Эрозия оказывает негативное влияние на состояние почвенного покрова и во многих случаях разрушает его полностью. Падают биологическая продуктивность растений, снижаются урожаи и качество зерновых и других культур.

Усиление природного засоления почв в процессе хозяйственной деятельности человека носит название вторичного засоления и развивается оно при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах. В этом случае уменьшается генофонд наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов, усиливаются миграционные процессы.

Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах (Западно-Сибирская низменность, зона вечной мерзлоты). Заболачивание почв сопровождается деградационными процессами в биоценозах, накоплением на поверхности неразложившихся остатков. Заболачивание ухудшает агрономические свойства почв и снижает производительность лесов.

Опустынивание – это процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности, который может привести к полному разрушению экосистемы и превращению территории в пустыню. На территории, подверженной опустыниванию, ухудшаются физические свойства почв, гибнет растительность, засоляются грунтовые воды, резко падает биологическая продуктивность.

Почвенный покров агроэкосистем необратимо нарушается при отчуждении земель для нужд несельскохозяйственного пользования: строительства промышленных объектов, городов; для прокладки дорог, трубопроводов, линий связи; при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Только при строительстве городов и дорог ежегодно безвозвратно теряется более 300 тыс. га пахотных земель планеты.

Загрязнение почвы непосредственно связано с загрязнением воды и воздуха. Все те загрязнители, которые в них находятся, в конце концов попадают в почву. Главные источники загрязнения почвы – это промышленные предприятия, теплоэнергетика, сельское хозяйство и транспорт.

Существуют различные виды загрязнения почв:

– мусором, отходами и выбросами производства;

– засоление, которое происходит при бессистемном поливе растений, отсутствии дренажа с накоплением солей в орошаемых почвах;

–токсичными тяжелыми металлами, обладающими способностью к аккумуляции в живых организмах;

– радиоактивными веществами (⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁴Ce, ¹²⁹I, ¹³¹I и др.);

– пестицидами, которые используются для борьбы с вредителями сельского хозяйства;

– минеральными и органическими удобрениями;

– нефтью и нефтепродуктами.

Высокие концентрации в почве различных химических соединений – экотоксикантов пагубно влияют на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов. При этом теряется способность почвы к самоочищению от патогенных микроорганизмов, что чревато тяжелыми последствиями для человека, растительного и животного мира. Например, в сильно загрязненных почвах возбудители тифа могут сохраняться до полутора лет, а в незагрязненных – в течение двух – трех суток.

Химический анализ почв основан на извлечении из нее исследуемых соединений с помощью различных вытяжек (водных, солевых, кислотных или щелочных).

Водная вытяжка дает представление о содержании в почве водорастворимых органических и минеральных веществ, состоящих преимущественно из простых солей. Соли, растворимые в воде, могут быть вредны. По степени вредности их располагают в следующем порядке Na₂CO₃ > NaHCO₃ > NaCl > CaCl₂ > Na₂SO₄ > MgCl₂ > MgSO₄. Содержание Na₂CO₃ (даже 0,005 об. %) вызывает гибель растений в засоленной почве. В кислых заболоченных и торфяно-болотных почвах вредным для растений является избыточное содержание водорастворимых соединений железа (II), марганца, алюминия. Анализ водных вытяжек при выявлении причины засоления почв дополняют анализом грунтовых вод. В таблице 1 дана классификация почв по содержанию токсичных солей.

Практически все из выше перечисленных солей (NaCl, MgCl₂, CaCl₂, Na₂SO₄, Na₂CO₃ и т.д.) могут встречаться в почвах на обочинах дорог либо в связи с применением противогололедных средств (NaCl, KCl), либо вследствие оседания пыли от эксплуатации дорог и особенно мощного потока автотранспорта, где присутствуют не только продукты сгорания бензина, но и продукты амортизации самих машин и дорог.

Таблица 1

Классификация почв по их засолению.

Степень засоления	Тип засоления, мас. доли %
	Хлоридный	Сульфатно-хлоридный	Содово-хлоридный	Содово-сульфатный
Незасоленые	0,03	0,05	0,1	0,15
Слабозасоленые	0,10-0,30	0,05 – 0,12	0,10 – 0,15	0,15 – 0,20
Среднезасоленые	0,10 – 0,30	0,12 – 0,35	0,15 – 0,30	0,25 – 0,35
Сильнозасоленые	0,30 – 0,60	0,35 – 0,70	0,30 – 0,50	0,35 – 0,60
Очень сильно засоленые	0,6	0,7	0,5	0,6