Агропочвоведение

Содержание

1. Состав и свойства гумусовых веществ и их взаимодействие с минеральной частью почвы?

2. Физическая поглотительная способность почвы. Ее значение в плодородии почв и применении удобрений?

3. Аэробные анаэробные процессы в почве. Их роль в плодородии и жизни растений?

4. Охарактеризуйте основные водные свойства почвы?

5. Плодородие почв. Охарактеризуйте основные элементы и условия плодородия. Виды плодородия?

6. Агрономические особенности подзолистых почв и их окультуривание?

7. Природное условия и почвы лесостепи (серые лесные)?

8. Строение, свойства, классификация черноземов лесостепи?

9. Лугово-каштановые почвы зоны сухих степей. Их образование, свойства, сельскохозяйственное использование?

10. Строение, свойства и агрономическая оценка солонцов. Приемы их окультуривания?

11. Использование болот и торфа в сельском хозяйстве

12. Использование материалов почвенных исследований при разработке приемов обработки почв и мелиоративных мероприятий

Используемая литература

1. Состав и свойства гумусовых веществ и их взаимодействие с минеральной частью почвы?

Гумусовые вещества представляют собой наиболее характерную и специфическую часть органического вещества почвы. Обычно они составляют от 80 до 90% общего количества содержащихся в почве органических веществ.

Среди гумусовых веществ различают три главные группы соединений: гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин и ульмин (гумусовые угли). Каждая группа соединяет близкие по составу, строению и свойствам соединения. Все гумусовые вещества являются высокомолекулярными соединениями циклического строения, содержащими азот, и имеют кислотную природу.

ГУМИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. Их элементный состав и структура непостоянны. Содержание углерода 52 – 58%, водорода 3,3 – 4,8%, азота 3,6 – 4,1% и кислорода 34 – 39%. Постоянным компонентом гуминовых кислот является азот. Часть его представлена аминокислотами, находящимися в непрочной связи с ядром гуминовой кислоты. Другая часть связана прочно. Наличие в составе гуминовых кислот прочно связанного азота свидетельствует о том, что эти кислоты является продуктами конденсации полифенов, источником которых служат дубильные вещества и лигнин с аминокислотами.

В группе гуминовых кислот выделяют бурые гуминовые кислоты, находящиеся в почве преимущественно в свободном состоянии, и черные, которые образуют соли с кальцием и магнием. Бурые гуминовые кислоты называют еще ульминовыми. Они имеют менее конденсированное ядро и более подвижны.

По химическому строению гуминовые кислоты представляют собой настоящие органические кислоты, то есть соединения, в состав которых входят карбоксильные группы (СООН). Таких групп в молекуле гуминовых кислот четыре, то есть эти кислоты являются четырехвалентными. Молекулярная масса их около 1400. Кроме карбоксильных гуминовые кислоты имеют три – шесть фенольных групп (ОН), первичные и вторичные спиртовые группы (ОН), а также метоксильные (ОСН₃) и карбонильные (СО) группы. В состав ядра молекул гуминовых кислот входят бензольные кольца.

Гуминовые кислоты в свободном виде представляют собой черный блестящий порошок игольчатого или зернистого строения. При обработке водой они дают слабые коллоидные растворы бурого цвета. Со щелочными катионами – натрием, калием, аммонием, литием гуминовые кислоты дают соли, малорастворимые в воде с образованием молекулярных растворов. Такие растворы в тонком слое прозрачны, бурого цвета, а в толстом слое непрозрачны и черного цвета. С двухвалентными катионами кальция, бария, магния и другими, а также с трехвалентными катионами железа и алюминия гуминовые кислоты дают соли, нерастворимые в воде.

ФУЛЬВОКИСЛОТЫ. По данным Н.И.Тюрина и В.В.Пономаревой, они представляют собой настоящие органические кислоты, относящиеся к группе оксикарбоновых кислот, содержат азот. Элементный состав фульвокислот подзолистой почвы, по данным В.В.Пономаревой, следующий: углерода 45,3%, водорода 5%, кислорода 47,3%, азота 2,4%. Таким образом содержание углерода и азота в фульвокислотах значительно ниже, а кислорода значительно выше, чем в гуминовых кислотах. Они имеют те же функциональные группы (карбоксильные, фенольные и другие), что и гуминовые к4ислоты, но ядро фульвокислот отличается менее выраженным ароматическим строением, а боковых радикалов у них больше, чем у гуминовых кислот. Они менее конденсированы и имеют более простое строение.

Фульвокислоты способны разрушать минералы, образовывать комплексные и внутрикомплексные соединения с гидроксидами и играют существенную роль в подзолообразовании. Эквивалентная масса фульвокислот равна 160, то есть вдвое ниже, чем у гуминовых кислот. Соли фульвокислот со щелочными и щелочноземельными металлами растворимы в воде. С алюминием и железом фульвокислоты дают соединения, нерастворимые в воде при нейтральной реакции, но растворяющиеся при кислой или щелочной реакции раствора. В почве фульвокислоты, видимо, связаны с гуминовыми кислотами, образуя с ними соединен6ия типа сложных эфиров. В гумусово-иллювиальных горизонтах некоторых подзолистых почв фульвокислота закреплена в форме соединений с железом и особенно с алюминием.

ГУМИН И УЛЬМИН. Они являются самой инертной частью почвенного гумуса, не переходящего в раствор при обычных методах воздействия (слабые растворы углекислых или едких щелочей). Гумин представляет собой сложный комплекс, в состав которого входят гуминовые и фульвокислоты кислоты, соединенные по типу сложных эфиров. Значительная инертность гумина и ульмина объясняется их прочной связью с минеральной частью почвы, особенно с частицами глинных минералов, а также, возможно, высокой степенью уплотнения (конденсации). Кроме того, в эту же фракцию органического вещества могут входить некоторые наиболее стойкие соединения исходных растительных остатков, например суберин, кутины, спорополенины.

В состав почвенного гумуса могут входить бутимы. Они представляют собой совокупность жировых кислот, восков и смол. Бутимы растворимы в спирте, бензоле и других органических растворителях. Содержание их в почвенном гумусе 2 – 4% общего количества гумуса и только в заболоченных почвах повышается до10 – 20%. В состав органического вещества почвы входят некоторые другие соединения растительного, животного и микробного происхождения.

Из этих соединений значение имеют лигнины, гемицеллюлозы, азотные вещества – белки. В весьма малом количестве могут содержаться низкомолекулярные продукты распада: сахара, жирные кислоты, аминокислоты и другие. Однако суммарное содержание всех соединений обычно не превышает 20% общего содержания гумуса. Итак, образование гумуса представляет собой совокупность ряда биологических процессов – распада исходных органических соединений и синтеза новых, высокомолекулярных гумусовых соединений. Оба эти процесса идут непрерывно, в непосредственном взаимодействии друг с другом и в тесной зависимости от окружающих условий.

Важнейшее качество гумуса – его колоидность. Коллоидные, поверхностно-активные вещества обладают комплексными (анионно-катионными) мицеллами с явным преобладанием анионных ацидоидных свойств. Именно колоидность объясняется важная роль гумуса в почвоведении и земледелии. Коллоидные поверхностно-активные вещества гумуса проявляют высокую активность даже при предельно малой толщине адсорбционных слоев. Небольшие добавки гумусовых веществ к почвообразующей породе делает ее отличающейся от чистой породы рядом новых свойств, в том числе плодородием.

Коллоидные поверхностно-активные вещества способны растворить органические соединения, нерастворимые и малорастворимые в воде. При этом растворение неполярных углеводородов происходит полностью во внутренней части мицелл, а полярные вещества типа октана, длинноцепочечных аминов и фенолов располагаются внутри мицеллы так, что их углеводородные цепи направлены в ядро мицеллы, а полярные группы – в водную фразу.

Некоторые растворимые полярные вещества, такие, как глицерин, сахара и другие нерастворимые в углеводородах соединения склонны к адсорбции на внешней поверхности мицелл.

Все это приводит к образованию чрезвычайно сложных по химическому составу мицелл гумусовых веществ, на поверхности которых располагается больше количество ионогенных (функциональных)групп. Среди них преобладают карбоксильные, фенолгидроксильные и аминогруппы, которые и обуславливают известные свойства гумусовых веществ почв.

2. Физическая поглотительная способность почвы. Ее значение в плодородии почв и применении удобрений?

Физическая (аполярная) поглотительная способность – это способность почвы поглощать целые молекулы поверхностью дисперсных, преимущественно коллоидных частиц, то есть поглощение поверхностью – адсорбция. Чем больше в почве коллоидных частиц и чем они дисперснее, тем выше физическая поглотительная способность. Физически поглощаются водяной пар, молекулы газа, а также твердые вещества, целые бактерии. Энергия поглощения газов и паров снижается в следующей последовательности: водяной пар, NH_3, СО_2, О_2, N_2.

Физическая поглотительная способность основана на свойстве почвы изменять концентрацию молекул различных веществ на поверхности тонкодисперсных частиц. Молекулярная сорбция бывает положительной и отрицательной. Молекулы, притягивающиеся к поверхности высокодисперсных частиц, испытывают положительную физическую адсорбцию. Это в основном органические кислоты, алкалоиды, высокомолекулярные органические соединения. Молекулы, не увеличивающие свою концентрацию на поверхности высокодисперсных частиц, испытывают отрицательную физическую адсорбцию. Это многие минеральные соли, кислоты, щелочи, например нитраты, хлориды. Отрицательная физическая адсорбция приводит к тому, что почва их не поглощает, а сорбированной воды они перемещаются в несорбированную, свободную воду, увеличивая в ней свою концентрацию. Физическая поглотительная способность имеет большое экологическое значение, так, как положительно сорбирует не только молекулы воды, но и молекулы газов и органических соединений, в том числе различных пестицидов, способствуя их закреплению и дальнейшему разложению.

3. Аэробные анаэробные процессы в почве. Их роль в плодородии и жизни растений?

Почва служит средой обитания для большого числа различных животных – от простейших до млекопитающих. И деятельность эти организмов - одни из важнейших факторов разложения и превращения органических остатков в почве. По отношению к кислороду их разделяют на два вида: аэробные, требующие для своего существования свободный кислород, и анаэробные, не требующие его.

Поэтому, в зависимости от водно-воздушного режима разложение протекает в аэробных или анаэробных условиях.

В аэробных условиях, т. е. при достаточном количестве влаги (60-80 % полной влагоемкости) и кислорода, а также при благоприятной температуре (25-30 ОС) процесс разложения органических остатков развивается усиленно. В этих же условиях интенсивно идет минерализация как промежуточных продуктов разложения, так и гумусовых веществ. В почве накапливается относительно мало гумуса, но много элементов зольного и азотного питания растений.

При постоянном и резком недостатке влаги в почве запасается мало растительных остатков, процессы разложения и гумификации замедляются, и гумуса накапливается немного.

В анаэробных условиях, т. е. при постоянном избытке влаги и недостатке кислорода, а также при низких температурах процесс гумусообразования замедляется.

Наиболее благоприятны для накопления гумуса сочетание в почве оптимального гидротермического и водно-воздушного режимов и периодически повторяющиеся иссушения. В таких условиях происходят постоянное разложение органических остатков, достаточно энергичное гумусирование их и закрепление образующихся гумусовых веществ минеральной частью почвы. Такой режим характерен для черноземов.

Наибольший запас гумуса отмечается в мощных тучных черноземах, где количество корневых остатков очень велико, а период быстрого разложения ограничивается весной. По мере продвижения от полосы мощных черноземов к югу и северу запасы гумуса в почве снижаются, что объясняется главным образом изменением климатических условий и характера растительности.

В торфяниках также наблюдаются значительные запасы органического вещества и его консервация как результат постоянного избыточного увлажнения.

Основные факторы эффективного гумусообразования в пахотных почвах: отвальная обработка (вспашка), которая обеспечивает анаэробные условия для разложения растительных остатков, их гумификации, а также преимущественное возделывание луговой растительной формации (многолетних трав). Эти положения многие десятилетия являлись теоретической основой обработки почвы и управления гумусообразованием.

Однако исследования показали, что корневая система однолетних растений подвергается процесс у полного аэробного разложения, если после их уборки почва в условиях недостатка влаги длительное время не обрабатывается. Если же на поверхности почвы сразу после уборки однолетних растений создать мульчирующий слой, то процессы полного разложения не происходят. Следовательно, процесс гумусообразования в пахотных почвах определяется в значительной степени способом обработки почвы.

Процесс гумусообразования активно происходит и в аэробных условиях в самых верхних (0-5 см) слоях почвы под действием почвенных беспозвоночных животных. Условия для этого создает мелкая мульчирующая обработка почвы.

4. Охарактеризуйте основные водные свойства почвы?

ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Термин «водные свойства» означает совокупность свойств почвы, обусловливающих накопление, сохранение и передвижение воды в почвенной толще. К водным свойствам почвы относятся водоудерживающая способность, влагоёмкость, водопроницаемость, водоподъемная способность, потенциал почвенной воды, сосущая сила почвы.

Свойство почвы поглощать и удерживать воду в своем про филе, противодействуя стеканию ее под действием силы тяжести, называется водоудерживающей способностью.

Основными удерживающими воду в почве силами являются сорбционные и капиллярные. Количественно водоудерживающая способность представляет влагоемкость.

Влагоемкость почвы – это максимальное количество той или иной формы (категории) почвенной воды, удерживаемое соответствующими силами в почве. В зависимости от форм воды в почве различают: максимальную влагоемкость (МАВ), максимальную молекулярную влагоемкость (ММВ), капиллярную влагоемкость (КВ), наименьшую (НВ) и полную влагоемкость (ПВ).

Водопроницаемость почвы – это свойство почвы впитывать и пропускать через свой профиль поступающую с поверхности воду. При этом различают поглощение, впитывание воды почвой, когда вода заполняет поры и пустоты сухой почвы, передвигаясь от генетического горизонта к горизонту (первая стадия), и фильтрацию, когда свободная вода проходит сквозь толщу насыщенной влагой почвы под воздействием силы тяжести и градиента напора (вторая стадия). Водопроницаемость взаимосвязана с гранулометрическим составом и оструктуренностью почв. Например, песчаные и оструктуренные (с водопрочной зернисто-комковатой структурой) почвы тяжелого гранулометрического состава обладают высокой водопроницаемостью, в то время как слабооструктуренные (солонцеватые) суглинистые и глинистые почвы – низкой.

Таблица 1 Виды водопроницаемости