Земледелие с основами почвоведения

Министерство  сельского  хозяйства  российской федерации

САЛехардский  филиал

ФГОУ   ВПО «Тюменская государственная  сельскохозяйственная академия» 
 
 

специальность: «Бухгалтерский учет, анализ и аудит»

                                                                                

   
 
 
 
 

Контрольная     работа

 

по предмету: «Земледелие с основами почвоведения» 
 
 
 
 
 
 
 

Тюмень - 2009

 

 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
 

 

 

1. Источники органического  вещества в почве.  Образование и  состав гумуса. Роль гумуса в плодородии почвы. 

     Органическое  вещество почвы представлено живой  биомассой (почвенная биота и  живые корни растений), органическими  остатками растений, животных, микроорганизмов, продуктами разной степени их разложения и специфически новообразованными  гумусовыми веществами (гумусом). Органическое вещество и его превращение в почве играют важную и разностороннюю роль в ее генезисе и формировании основных свойств, с которыми связаны развитие плодородия и фитосанитарные функции почвы.

     Основными источниками органического  вещества почвы являются отмершие остатки растений в виде надземной и корневой масс. Органические остатки почвенной фауны поступают в меньших количествах. Масштабы поступающих в почву органических остатков растений, их состав, соотношение надземной и корневой масс зависят от состава зональной растительности и местных условий, определяющих ее продуктивность (табл.1). 

Таблица 1. Ежегодное поступление растительных остатков в почву в природных  экосистемах и зерновых агроценозах (Кирюшин, 1991), т/га

 

     Небольшое количество органических остатков поступает  в почвы тундры (примерно 1 т/га); затем  оно нарастает от северной тайги  к южной и далее к лесам  лесостепи и травянистой растительности луговых степей (см.табл.1). При переходе к степным зонам величина опада снижается из-за сухости климата; в нем возрастает доля корнеопада. В пустынной зоне опад минимальный (1-2 т/га); он вновь резко возрастает, достигая больших количеств, в лесах влажных субтропиков и тропиков (20 т/га и более).

     В агроценозах количество поступающих  в почву органических остатков сельскохозяйственных растений уступает естественным ценозам. Это связано, с одной стороны, с меньшей их продуктивностью  в большинстве случаев, с другой – с ежегодным отчуждением с урожаем значительной части синтезированного растениями органического вещества (см.табл.1).

     В зависимости от возделываемых культур  количество поступивщих в почву  органических остатков колеблется от 2-3 (пропашные) до 7-9 (многолетние травы) т/га в год.

     Характер  поступления органических остатков в почвенный профиль неодинаков: в лесах основное их количество поступает  на поверхность почвы, а в травянистых  сообществах значительная часть (от 25-30 до 80-90 %) поступает непосредственно в почву в виде отмерших корней. Различный характер поступления имеет важное значение при дальнейших процессах его превращения. Химический состав сухих органических остатков представлен углеводами, белками, лигнином, восками, смолами и другими веществами.

     В составе сухого вещества органических остатков содержатся зольные элементы (от 0,1-3,0 до 5-10 %): калий, кальций, магний, кремний, фосфор, сера, железо и многие другие, в том числе микроэлементы.

     От  состава органических остатков зависят направление и темп их последующего превращения. Наиболее быстро трансформации (минерализация и гумификация) подвергается опад, богатый легкодоступными для микроорганизмов веществами (белками, аминокислотами, растворимыми углеводами) и основаниями (Са, Mg). Растительные остатки, богатые лигнином, дубильными веществами, смолами (хвоя, древесина), разлагаются медленно. Из опада культурных растений быстрее разлагаются остатки бобовых трав и медленнее – солома злаковых.

     Органические  остатки, поступая в почву или на ее поверхность, подвергаются различным превращениям: механическому измельчению почвенной фауной, физико-химическим и биохимическим изменениям под влиянием микроорганизмов, мезо- и макрофауны почвы. Основными направлениями таких превращений являются минерализация органического вещества до конечных продуктов (СО₂, Н₂О и простых солей) и гумификация.

     Гумификация – совокупность сложных биохимических, физико-химических и химических процессов превращения органических остатков в гумусовые вещества. Степень изученности процессов превращения органических остатков в гумусовые вещества не позволяет оформить в законченном виде теорию этого процесса. Существуют следующие три группы современных концепций процесса гумификации.

     Конденсационная, или полимеризационная концепция (Трусов, Кононова, Фляйг). Рассматривает гумификацию как процесс, состоящий из следующих звеньев:

     1) образование исходных структурных  единиц для формирования гумусовых  веществ. Это продукты распада  растительных тканей, отмерших микроорганизмов, их метаболизма и вторичного синтеза; все компоненты, включая простые соединения распада растительных тканей, могут быть источниками структурных единиц;

     2) конденсация структурных единиц, осуществляемая путем окисления  фенолов ферментами типа фенолоксидаз до хинонов, и взаимодействие последних с аминокислотами и пептидами;

     3) поликонденсация (полимеризация)  – химический процесс, характеризующий  значительное звено процесса  гумификации.

     Концепция биохимического окисления (Тюрин, Александрова).Рассматривает гумификацию как сложный биофизико-химический процесс превращения высокомолекулярных промежуточных продуктов распада органических остатков (белков, лигнина, полиуглеводов, дубильных веществ и др.) в гумусовые вещества. Главное значение в этом процессе придают реакциям медленного биохимического (ферментативного) окисления, в результате которого и образуются высокомолекулярные гумусовые кислоты. В последующем они подвергаются постепенной ароматизации, т.е. возрастанию в их молекулах доли ароматических компонентов за счет отщепления неустойчивых компонентов в периферической части молекул новообразованных гумусовых кислот.

     Л.Н. Александрова рассматривает как  составное звено гумификации  последующее взаимодействие гумусовых  кислот с минеральными соединениями почвы и зольными продуктами минерализации органических остатков. При этом формируются различные по сложности строения, свойствам и молекулярным массам фракции гумусовых веществ. Наиболее высокомолекулярная часть образует гуминовые кислоты, а более дисперсная и менее сложная – фульвокислоты.

     Биологическая концепция. Рассматривает гумусовые вещества как продукт синтеза различных микроорганизмов (Вильямс).

     Микробиологами  экспериментально доказана возможность  образования темноокрашенных гумусоподобных соединений различными группами микроорганизмов.

     Можно предположить, что процесс гумификации  в различных почвах включает как  реакции конденсации и полимеризации, так и химического окисления.

     Состав  уже сформировавшихся гумусовых  веществ постоянно обновляется  за счет включения в их молекулы органических соединений в виде отдельных фрагментов. Такой процесс изменения гумусовых веществ называется фрагментарным обновлением гумуса.

     Количественной  характеристикой процесса гумификации является коэффициент гумификации (К_r), показывающий, как доля (в %) углерода органических остатков, претерпевающих превращения, трансформировалась в гумусовые вещества после полного разложения остатков. Величина К_r колеблется от единиц до десятков процентов и зависит от состава исходных растительных остатков, гидротермических, физико-химических (рН, Еh) и других условий их превращения. К_r соломистого навоза в среднем принят за 25 %.

     Гумусовые вещества представляют собой смесь  различных по составу и свойствам  высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений, имеющих общие части строения и общность некоторых свойств.

     Общность  строений, состава и свойств гумусовых  веществ проявляется:

     1) в наличии и строении циклических  и алифатических фрагментов;

     2) в большом разнообразии веществ  по молекулярным массам (от 700-800 до сотен тысяч);

     3) в общности элементного состава  (С, О, N, Н) с содержанием углерода от 30 до 62 % и азота от 2,5 до 5 % в различных группах и фракциях;

     4) в кислотных свойствах, обусловленных  карбоксильными группами;

     5) в наличии негидролизуемого азота (25-30 % общего азота);

     6) в высокой способности к соле- и комплексообразованию.

     По  растворимости и экстрагируемости из почвы гумусовые вещества делятся  на следующие группы (групповой состав гумуса): фульвокислоты (ФК), гуминовые  кислоты (ГК) и гумин.

     Фульвокислоты – наиболее растворимая группа гумусовых веществ, менее сложная по строению, с более низкими молекулярными массами по сравнению с гуминовыми кислотами, с высокой миграционной способностью; характеризуются повышенной кислотностью и способностью к комплексообразованию; наиболее светлоокрашенная часть гумуса; преобладают в подзолистых, дерново-подзолистых, сероземах, красноземах и некоторых почвах тропиков.

     Гуминовые кислоты – нерастворимая в минеральных и органических кислотах группа гумусовых веществ; характеризуются более сложным строением; имеют более высокие молекулярные массы, повышенное содержание углерода; преобладают в черноземах, каштановых почвах, серых лесных, дерновых и некоторых других.

     Гумин – неэкстрагируемая из почвы кислотами и щелочами часть гумуса (нерастворимый остаток после экстракции фульво- и гуминовых кислот). Эти гумусовые вещества наиболее прочно связаны с глинными минералами.

     Гуминовые и фульвокислоты могут подразделятся  на фракции по молекулярным массам воздействием различными растворителями (фракционный состав) и другими приемами. Для гуминовых кислот наибольшую ценность как структурообразователь представляет фракция, связанная с кальцием (вторая фракция ГК); для фульвокислот наиболее показательна в оценке их «агрессивности» (реакционной способности) фракция, извлекаемая из почвы 0,1 н. серной кислотой и непосредственно обработкой 0,1 н. NaOH (фракция 1а и 1).