Контрольная работа - Почвоведение

Подождите немного. Документ загружается.

Содержание:

8. Дать характеристику основных породообразующих минералов..........................................2

27. Современные представления о гумусообразовании............................................................5

47. Методы определения реакции почвы. Известкование кислых почв..................................8

52. Влияние древесных насаждений на водный режим местности..........................................9

66. Сложение и влажность как морфологические признаки почвы.......................................13

84. Задача......................................................................................................................................15

Литература....................................................................................................................................16

8. Дать характеристику основных породообразующих минералов.

В состав почвообразующих пород и почв входят первичные и вторичные

минералы. Первичные минералы слагают магматические породы, а в рыхлых породах и

почвах являются остаточным материалом выветривания исходных пород. Вторичные

минералы возникли из первичных под воздействием климатических и биологических

факторов.

Первичные минералы представлены преимущественно частицами больше 0,001

мм, вторичные — меньше 0,001 мм. В большинстве почв первичные минералы

преобладают по массе над вторичными, за исключением ферраллитных почв, в которых

первичных минералов часто меньше, чем вторичных.

Первичные минералы. Наиболее распространенными первичными минералами в

породах и почвах являются кварц, полевые шпаты, амфиболы, пироксены и слюды. Они

составляют основную массу магматических пород. Средний минералогический состав

магматических пород следующий (по Ф. У. Кларку):

Минералы Содержание

Полевые шпаты 59,5

Квлрц 12,0

Амфиболы (роговые обманки) и пироксены 16,8

Слюды 3,8

Прочие 7,9

Поскольку первичные минералы обладают различной устойчивостью к

выветриванию, относительное содержание их в почвообразующих породах и почвах иное,

чем в магматических породах.

Так, в рыхлых породах больше кварца (SiO

), как наиболее устойчивого к

выветриванию минерала. Его содержание достигает 40—60 % и более. Второе место

обычно занимают полевые шпаты (до 20 %), также обладающие большой механической

прочностью, но менее устойчивые к химическому выветриванию. Среди них широко

распространен ортоклаз (KAlSi

), реже встречаются натриево-кальциевые полевые

шпаты или плагиоклазы.

Кварц и полевые шпаты крупнозернисты, поскольку выветривание их идет

медленно. Они сосредоточены главным образом в песчаных и пылеватых частицах.

Амфиболы, пироксены и многие слюды легко поддаются выветриванию, поэтому в

рыхлых породах и почвах они содержатся в небольших количествах в виде мелких кри-

сталлов.

Устойчивость к выветриванию определяется природой минералов, их различием в

химическом составе и кристаллической структуре. Рассматриваемые минералы, как боль-

шинство минеральных химических соединений, обладают структурами ионного типа,

образованными противоположно заряженными ионами. Ионы в кристаллах минералов

расположены в виде геометрически правильной пространственной решетки, называемой

кристаллической. Благодаря такому строению кристаллы минералов имеют форму

геометрически правильных многогранников. Для каждого минерала характерны своя

кристаллическая решетка и определенная форма кристаллов.

Взаимное расположение катионов и анионов в кристаллической решетке

обусловливается их объемом или радиусами (ионы можно представить в виде сфер

определенного радиуса). Число ионов противоположного знака, окружающих данный ион,

называется координационным числом. Чем больше радиус иона, тем больше вокруг него

может разместиться без взаимного соприкосновения противоположно заряженных ионов.

Главным элементом структуры широко распространенных в почве кислородных

соединений кремния является кремнекислородный тетраэдр (SiO

)

-4

, в вершинах которого

располагаются четыре иона кислорода, а в центре — ион кремния. Кремнекислородный

тетраэдр обладает четырьмя свободными валентными связями, которые могут быть ком-

пенсированы присоединением катионов или соединением с другими

кремнекислородными тетраэдрами.

Тетраэдры, соединяясь через кислородные ионы, образуют различные сочетания

или типы структур: островные, цепные, ленточные, листоватые (слоистые), каркасные.

Каркасная структура распространена в полевых шпатах, кварце, цепная — в пироксенах,

листоватая — в слюдах, глинистых минералах, ленточная — в амфиболах, островная — в

оливине.

Значение первичных минералов разносторонне: от их количества (особенно

крупнозернистых фракций) зависят агрофизические свойства почв, они являются

резервным источником зольных элементов питания растений, а также образования

вторичных минералов.

Вторичные минералы. В почвах и породах состав наиболее распространенных

вторичных минералов, как и первичных, невелик. Среди вторичных минералов различают

минералы простых солей, минералы гидроокисей и окисей, глинистые минералы.

Минералы простых солей образуются при выветривании первичных минералов, а

также в результате почвообразовательного процесса. К таким солям относятся кальцит

СаСО

, магнезит MgCO

, доломит [Са, Mg] (СО

)

, сода Na

CО

10H

O, гипс CaSO

-2H

мирабилит Na

- 10H

O, галит NaCl, фосфаты, нитраты и др. Эти минералы способны

накапливаться в почвах в больших количествах в условиях сухого климата. Качественный

и количественный состав их определяют степень и характер засоления почв.

Минералы гидроокисей и окисей — это гидроокиси кремния, алюминия, железа,

марганца, образующиеся в аморфной форме при выветривании первичных минералов в

виде гидратированных высокомолекулярных гелей и постепенно подвергающиеся

дегидратации и кристаллизации с образованием окисей и гидроокисей кристаллической

структуры. Кристаллизации способствуют высокая температура, замерзание,

высушивание, окислительные условия почвы.

Степень окристаллизованности минералов обусловливает их растворимость: чем

больше окристаллизованность, тем меньше растворимость. На растворимость гидратов

полутораокисей большое влияние оказывает реакция среды. При рН<5 в ионную форму

переходит алюминий, а при рН<3 — трехвалентное железо.

Глинистые минералы являются вторичными алюмосиликатами с общей

химической формулой nSi0

-mH

0 и характерным молярным отношением SiO

А1

, изменяющимся от 2 до 5.

Глинистые минералы образуются в результате синтеза из простых продуктов

выветривания первичных минералов (гидроокиси, соли) путем постепенного изменения

первичных минералов в процессе выветривания и почвообразования. Кроме того, они

могут образоваться биогенным путем из продуктов минерализации растительных

остатков.

К наиболее распространенным глинистым минералам относятся минералы группы

монтмориллонита, каолинита, гидрослюд, хлоритов, смешаннослоистых минералов. Эти

минералы входят в состав природных глин, в связи с чем они и получили название

глинистых минералов.

Глинистым минералам присущи общие свойства: слоистое кристаллическое

строение, высокая дисперсность, поглотительная способность, наличие химически

связанной воды. Однако каждая группа минералов имеет специфические свойства и

значение в плодородии.

Минералы монтмориллонитовой группы. К этой группе минералов относятся

монтмориллонит и его разновидности — нонтронит, бейделлит, сапонит и другие.

Монтмориллонит и относящиеся к его группе минералы широко распространены в

рыхлых породах и почвах, за исключением ферраллитных (где их мало или совсем нет),

имеют кристаллическую решетку трехслойного типа, состоящую из двух слоев

кремнекислородных тетраэдров и заключенного между ними октаэдрического слоя.

Трехслойные пакеты чередуются в кристаллах и придают им слоистую структуру.

Минералы монтмориллонитовой группы обладают наиболее высокой

дисперсностью.

27. Современные представления о гумусообразовании.

Поступающие в почву органические остатки подвергаются различным

биохимическим и физико-химическим превращениям, в результате которых большая

часть органического вещества окисляется до конечных продуктов, преимущественно СО

О и простых солей (минерализация), а меньшая, пройдя сложные превращения,

называемые в совокупности гумификацией, включается в состав специфических

гумусовых веществ почвы. В самом общем виде понятие гумификации может быть

определено как совокупность биохимических и физико-химических процессов, итогом

которых является превращение органических веществ индивидуальной природы в

специфические гумусовые вещества, характеризуемые некоторыми общими свойствами

и чертами строения. Эти общие свойства перечислены выше при определении понятия

«гумусовые вещества».

При таком определении понятия «гумификация» и «гумусообразование» имеют

одинаковый смысл.

Некоторые авторы (Л. Н. Александрова) понятие «гумификация» рассматривают

более широко, включая в него не только процессы образования гумусовых веществ, но и

их дальнейшую трансформацию и деградацию до полной минерализации.

Биохимия трансформации различных компонентов растительных остатков при

гумусообразовании изучена недостаточно, поэтому существующие схемы этого процесса

носят гипотетический характер. Рассмотрим кратко наиболее распространенные

современные концепции гумусообразования.

Конденсационную (полимеризационную) концепцию разрабатывали в разные годы

А. Г. Трусов, М. М. Кононова, В. Фляйг. М. М. Кононова следующим образом

формулирует основные положения, составляющие сущность процесса гумификации: 1)

процесс гумификации растительных остатков сопровождается минерализацией входящих

в них компонентов до СО

, Н

О, NH

и других продуктов; 2) все компонены растительных

тканей могут быть первоисточниками структурных единиц в формах продуктов распада,

продуктов микробного метаболизма и продуктов распада и ресинтеза; 3) ответственным

звеном процесса формирования гумусовых веществ является конденсация структурных

единиц, которая происходит путем окисления фенолов ферментами типа фенолоксидаз,

через семихиноны до хинонов и взаимодействия последних с аминокислотами и

пептидами; 4) заключительное звено формирования гумусовых веществ —

поликонденсация (полимеризация) является химическим процессом. При гумификации

органических остатков отдельные звенья процесса тесно скоординированы и могут

протекать одновременно.

Таким образом, согласно изложенным представлениям, собственно процесс

гумификации начинается с простых мономеров — продуктов распада биологических

макромолекул или метаболитов почвенных микроорганизмов. Как М. М. Кононова, так и

В. Фляйг допускали возможность участия в реакциях конденсации наряду с мономерами и

высокомолекулярных фрагментов лигнина, белков и др. Согласно конденсационной

концепции гумусообразования, фульвокислоты являются предшественниками гуминовых

кислот.

Концепция биохимического окисления предложена в 30-х годах И. В. Тюриным и

развивалась в работах Л. Н. Александровой, согласно которой гумификация — сложный

био-физико-химический процесс превращения высокомолекулярных промежуточных

продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соединений

— гумусовые кислоты. Ведущее значение в процессе гумификации имеют реакции

медленного биохимического окисления, в результате которых образуется система высо-

комолекулярных органических кислот. Гумификация — длительный процесс, в течение

которого происходит постепенная ароматизация молекул гуминовых кислот не за счет

конденсации, а путем частичного отщепления наименее устойчивой части макромолекулы

новообразованных гуминовых кислот. Молекулярная масса новообразованных гуминовых

кислот выше, чем гуминовых кислот почвы (чернозема), а элементный состав колеблется

в зависимости от химического состава растительных остатков, подвергающихся

гумификации.

Биологические концепции гумусообразования предполагают, что гумусовые

вещества — продукты синтеза различных микроорганизмов. Данная точка зрения была

высказана В. Р. Вильямсом, который объяснял качественную неоднородность гумусовых

веществ почв участием в их образовании различных групп микроорганизмов — аэробных

и анаэробных бактерий, грибов и рассматривал различные группы гумусовых веществ как

экзоэнзимы разных групп микроорганизмов. В последующих исследованиях экспери-

ментально была показана возможность синтеза темноокра-шенных гумусоподобных

соединений различными группами микроорганизмов.

По мнению Д. С. Орлова, в почвах могут иметь место процессы

гумусообразования, идущие как по конденсационному пути, так и по пути

биохимического окисления. При этом в почвах черноземного типа с повышенной биоло-

гической активностью преобладает конденсационный путь с глубоким распадом

исходного органического материала. В почвах дерново-подзолистого типа с пониженной

биологической активностью глубокого распада органических остатков, вероятно, не

происходит. Крупные фрагменты лигнина, белков, полисахаридов, пигментов путем

карбоксилирования и деметоксилирования постепенно трансформируются в гумусовые

вещества. Но и в этом случае нет основания полностью отрицать участие мономеров,

которые вступают в реакцию конденсации или обмена с гумусовыми и прогумусовыми

кислотами на разных этапах процесса гумификации. Накопление в почвах специфических

гумусовых соединений является результатом, по выражению

Все перечисленные взгляды на образование гумусовых веществ рассматривают

гумификацию от исходных веществ до формирования зрелой системы гумусовых

соединений. Между тем, как показали эксперименты с меченными

С растительными

остатками, в современных нормально функционирующих почвах, гумусовый профиль

которых уже сформировался, включение продуктов разложения свежих растительных

остатков в состав гумусовых веществ наряду с образованием новых молекул

специфических соединений происходит в значительной мере по типу, названному

фрагментарным обновлением гумуса. Его суть состоит в том, что продукты разложения не

формируют целиком новую гумусовую молекулу, а включаются за счет конденсации

сначала в периферические фрагменты уже сформированных молекул, а затем, после

частичной минерализации, образуют более устойчивые циклические структуры. Таким

образом, атомный и фрагментарный состав почвенного гумуса постоянно обновляется за

счет новых поступлений органического материала. При этом периферические фрагменты

обновляются в несколько раз быстрее, чем ядерные. Существование такого механизма

доказано путем прямого изучения включения меченых органических веществ в состав

гумусовых молекул, а затем подтверждено косвенно методом раздельного радио-

углеродного датирования ядерных и периферических фрагментов почвенного гумуса. При

этом периферические фрагменты оказались заметно моложе ядерных.

Методом изотопных индикаторов также показано, что продукты разложения

включаются практически одновременно во все группы гумусовых веществ, причем в

количествах, приблизительно пропорциональных содержанию этих групп. Таким образом,

сформированный почвенный гумус как бы регулирует свое не только количественное, но

и качественное воспроизводство, действуя как своеобразная матрица (механизм

матричной достройки гумуса). Это отчасти объясняет относительную стабильность в

качественном составе гумуса, которую очень трудно удается изменить путем воздействия

через внешние факторы.

Методом изотопных индикаторов было также показано наличие иного механизма

обновления гумусовых веществ в профиле подзолистых почв за счет обменной

молекулярной сорбции гумусовых молекул, поступающих в составе почвенного раствора

из зоны формирования гумуса (например, лесной подстилки) в минеральную часть

профиля. Этот механизм назван молекулярным обменно-сорбционным обновлением.

47. Методы определения реакции почвы. Известкование кислых почв.

Реакция почвы — важный экологический фактор, который должен учитываться

при подборе пород при лесоразведении или лесовосстановлении, при суждении о

необходимости известкования почвы и т. д.

Согласно общепринятому определению, Реакция почвы, физико-химическое

свойство почвы, функционально связанное с содержанием ионов Н+ и OH- в твёрдой и

жидкой частях почвы. Если в почве преобладают ионы Н+, Р. п. кислая, если ионы OH- -

щелочная; при равенстве концентраций [Н+] и [ОН-] Р. п. нейтральная. Реакция почв

России колеблется в пределах pH от 4 до 8,2 Она играет существенную роль в процессах

миграции продуктов выветривания, причём миграционная способность соединений Fe,

Mn, Sr, Cu возрастает в кислой среде, а соединений Si и Al - в щелочной. Оказывает

большое влияние на уровень жизнедеятельности растений. При кислой реакции многие

растения страдают от повышенной концентрации ионов [Н+] и [Al3+], поэтому кислые

почвы необходимо известковать. Сильнощелочные почвы (солонцы, содовые солончаки),

характеризующиеся повышенной концентрацией ионов [ОН-] и бесструктурностью, также

весьма неблагоприятны для роста и развития растений. Внесение гипса в сочетании с

органическими удобрениями приводит к нейтрализации щелочной реакции почвы. и

улучшению агрономических свойств. Для количественной оценки реакции. употребляют

различные показатели: pH суспензии почвы в воде или в растворе KCl; титруемую

кислотность или щёлочность и др.

Согласно общепринятому определению, Известкование почв, внесение в почву

извести и других известковых удобрений для устранения избыточной кислотности,

вредной для многих с.-х. растений; способ химической мелиорации кислых почв. И. п.

основано на замене в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия

ионами кальция и магния. При известковании в результате нейтрализации кислотности

почвы и увеличения содержания кальция усиливается жизнедеятельность полезных

микроорганизмов (например, клубеньковых бактерий, микроорганизмов,

минерализующих органические остатки и перегной) и почва обогащается доступными для

растений элементами питания, улучшаются её физические свойства (структура,

водопроницаемость и др.). Известкование повышает эффективность органических и

минеральных удобрений. Его широко применяют на подзолистых, дерново-подзолистых и

некоторых торфяных почвах, реже на серых лесных почвах и краснозёмах. На

подзолистых почвах при pH их в солевой вытяжке менее 4,5 необходимоизвесткование

под все с.-х. культуры; при pH 4,5-5,0 - под все культуры, кроме люпина; при pH 5,1-5,5 -

под культуры, очень чувствительные к кислотности (свёкла, капуста, лук, чеснок, клевер,

люцерна, родина), нуждающиеся в слабокислой и близкой к нейтральной реакции

(брюква, турнепс, вика, фасоль, кукуруза, пшеница, ячмень, огурцы, яблоня, вишня) и

переносящие умеренную кислотность, но повышающие урожай при внесении высоких доз

извести (овёс, рожь, тимофеевка, гречиха); при pH 5,6-6,0 - только под свёклу и люцерну;

при pH более 6,0 почву известковать не следует. Дозы известковых удобрений зависят от

величины кислотности почвы и её механического состава; они должны быть достаточны

для поддержания в течение 10-12 лет слабокислой реакции почвы, обеспечивающей

нормальные условия для роста и развития большинства с.-х. культур. Дозы известковых

удобрений могут быть снижены при неглубокой заделке их в почву и применении вместе

с органическими и минеральными удобрениями. Известковые удобрения обычно вносят 1

раз в ротацию севооборота. В некоторых случаях, например, если в севообороте культуры

резко различаются по своей нуждаемости в известковании, целесообразно дробное

внесение (в несколько приёмов) полной дозы.

52. Влияние древесных насаждений на водный режим местности.

Исключительная роль в накоплении почвенной влаги принадлежит полезащитным

лесным полосам. Предохраняя снег от сдувания в зимнее время, они способствуют увели-

чению запасов влаги в метровом слое почвы к началу вегетационного периода на 50—80

мм и до 120 мм в отдельные годы (А. И. Шульгин). Под влиянием лесных полос

сокращается непродуктивное испарение влаги с поверхности почвы, что также улучшает

водообеспеченность полей. Наиболее эффективны ажурные и продувные лесные полосы.

Древесная растительность оказывает весьма существенное влияние и на водные

свойства почв, и на их водный режим, и на процессы эрозии. Естественным следствием

этого является возможность, путем соответствующего распределения древесных

насаждений и ведения хозяйства в них, управлять водным режимом обширных

территорий.

Мысль о такой возможности зародилась уже давно. Но самым замечательным

периодом в ее развитии явилось начало 90-х годов прошлого века, когда В. В. Докучаев

выступил со своей системой мероприятий по борьбе с засухой. Центральное место в этой

системе занимало создание защитных насаждений.

Применение древесных насаждений для регулирования водного режима местности

опирается на представления о гидрологической роли леса. Ниже в краткой форме

обобщены эти представления. При этом использованы как старые работы различных

исследователей, так и новые исследования, в частности исследования Всесоюзного

института лесного хозяйства. Остановимся сначала на влиянии массивных насаждений, а

затем перейдем к полосным.

1. Возвращение влаги в атмосферу достигает наибольшей величины на площадях,

покрытых лесом, как вследствие более или менее значительной задержки атмосферных

осадков кронами, так и вследствие большой десукции. Поэтому нельзя, по-видимому,

говорить о повсеместной водоохранной роли леса, а правильнее рассматривать его

преимущественно как водорегулирующий фактор.

2. В зимнее время в лесу накапливается больше снега, чем на больших безлесных

пространствах, причем наибольшее накопление снега наблюдается в лиственных

насаждениях, меньшее в хвойных, а среди них наименьшее — в еловых.

3. Интенсивность снеготаяния в лесу меньше, чем на безлесных площадях, причем

в хвойных насаждениях она меньше, чем в лиственных, и наименьшая—в еловых.

Зависимость продолжительности снеготаяния от состава насаждения имеет обратный

характер.

4. Почва в лесу промерзает менее глубоко, чем на безлесных пространствах, и

оттаивает раньше.

5. Водопроницаемость почв под лесом больше, чем под любым другим угодьем.

Этот факт, в сочетании с меньшей промерзаемостью обусловливает наилучшее

поглощение влаги почвой под лесом.

6. Весенний снеговой и летний ливневый поверхностный сток в лесу меньше, чем

на безлесных площадях, т. е. лес в наибольшей стен пени способен превращать

поверхностный сток в почвенный и грунтовый. Так как почвенный и грунтовый стоки

совершаются значительно медленнее, чем поверхностный, то и общая продолжительность

всех видов стока на лесных площадях больше, чем на безлесных.

7. Наличие лесных массивов в бассейне реки увеличивает продолжительность

периода речного паводка и уменьшает его интенсивность.

8. Вследствие малой величины поверхностного стока и наличия лесной подстилки

смыв почвы с облесенных площадей значительно меньше, чем с площадей, занятых любой

другой растительностью. Из этого следует, что лес обладает и почвозащитным действием.

9. Уменьшение смыва почвы имеет своим следствием уменьшение заиления рек и

водохранилищ.