Реферат: Факторы плодородия почв

Основная часть органического вещества почвы (85—90%) представлена специфическими высокомолекулярными гумусовы­ми соединениями. Принято подразделять специфические гумусовые вещества на три основные группы соединений: гуминовые кисло­ты, фульвокислоты и гумины.

Гуминовые кислоты (ГК) — фракция темно-окрашенных, высокомолекулярных соединений, извлекаемая из почвы щелоч­ными растворами, при подкислении вытяжки выпадает в осадок в виде гуматов. В составе гуминовых кислот углерода — 52 — 62 %, водорода — 3,0—5,5, кислорода — 30—33, азота — 3— 5 %. Основу молекулы ГК образует ароматическое ядро, сформи­рованное ароматическими и гетероциклическими кольцами типа бензола, фурана, пиридина, нафталина, антрацена, индола, хинолина. Ароматические кольца соединены между собой в рыхлую сетку. Боковые периферические структуры молекулы — алифати­ческие цепи. Ядро молекулы ГК отличается гидрофобными свойствами, боковые цепи — гидрофильными. Конституционная часть молекулы ГК — функциональные группы: карбоксильные и фенолгидроксильные, определяющие кислотный характер ГК и способность к катионному обмену.

Фульвокислоты (ФК) — органические оксикарбоновые азот­содержащие кислоты. По В. В. Пономаревой, в составе ФК углерода — 45,3 %, водорода — 5, кислорода — 47,3, азота — 2,4 %. При сравнении с элементным составом ГК, фульвокислоты содержат меньше углерода и азота, а кислорода больше. Фульвокислоты следует рассматривать как химически наиме­нее «зрелые» гуминовые соединения. Между ГК и ФК существу­ет тесная связь. Как те, так и другие очень неоднородны и пред­ставлены многочисленными фракциями.

Гумины — наиболее инертная часть почвенного гумуса, не извлекаемая из почвы при обычной обработке ее щелочными растворами. По своему составу гумины близки к ГК. Вместе с тем фракция гуминовых веществ более прочно связана с ми­неральной частью почвы, что значительно меняет ее свойства. Исключительно важная роль органического вещества в фор­мировании почвы в значительной степени основана на их способ­ности взаимодействовать с минеральной частью почвы. Образую­щиеся при этом органо-минеральные соединения — обязательный комплекс любой почвы. Образованию органо-минеральных соединений в почве способствует высокая био­логическая активность, обеспечивающая поступление в систе­му реакционно-способных органических веществ. Внесение в поч­ву биологически малодоступных органических веществ, например торфа, не приводит к образованию органо-минеральных соединений.

Органическое вещество почвы, аккумулируя огромное количе­ство углерода, способствует большей устойчивости круговорота углерода в природе. В этом, а также в накоплении еще ряда элементов в земной коре состоит важная биогеохимическая функция органического вещества в земной коре.

Почвенная биота

Живые организмы — обязательный компонент почвы. Количество их в хорошо окультуренной почве может достигать не­скольких миллиардов в 1 г почвы, а общая масса — до 10 т/га.

Основная их часть — микроорганизмы. Доминирующее значение принадлежит растительным микроорганизмам (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты). Животные организмы пред­ставлены простейшими (жгутиковые, корненожки, инфузории), а также червями. Довольно широко распространены в почве моллюски и членистоногие (паукообразные, насекомые).

Почвенные организмы разрушают отмершие остатки растений и животных, поступающие в почву. Одна часть органического вещества минерализуется полностью, а продукты минерализации усваиваются растениями, другая же переходит в форму гумусо­вых веществ и живых тел почвенных организмов.

Некоторые микроорганизмы (клубеньковые и свободноживущие азотфиксирующие бактерии) усваивают азот атмосферы и обогащают им почву.

Почвенные организмы (особенно фауна) способствуют пере­мещению веществ по профилю почвы, тщательному перемеши­ванию органической и минеральной части почвы.

Важнейшая функция почвенных организмов — создание проч­ной комковатой структуры почвы пахотного слоя. Последнее в решающей степени определяет водно-воздушный режим почвы, создает условия высокого плодородия почвы.

Наконец, почвенные организмы выделяют в процессе жизне­деятельности различные физиологически активные соединения, способствуют переводу одних элементов в подвижную форму и, наоборот, закреплению других в недоступную для растений форму.

В обрабатываемой почве функции почвенных организмов сводятся к поддержанию оптимального питательного режима (частичное закрепление минеральных удобрений с последующим освобождением по мере роста и развития растений), оструктуриванию почвы, устранению неблагоприятных экологических ус­ловий в почве.

В интенсивном земледелии экологические условия могут иног­да в решающей степени определять эффективное плодородие почвы. В ней существуют тесные многообразные связи между всеми почвенными организмами. Причем вся эта система нахо­дится в состоянии непрерывно изменяющегося равновесия. Одни группы микроорганизмов предъявляют простые требования к пи­ще, другие — сложные. Между одними группами существуют симбиотические (взаимно полезные) связи, между другими — антибиотические. Микроорганизмы в последнем случае выделяют в почву вещества, подавляющие развитие других микроорганизмов.

Практическое значение имеет способность некоторых микро­организмов оказывать губительное действие на представителей фитопатогенной микрофлоры. Усилить активность желательных микроорганизмов можно путем внесения в почву органиче­ского вещества. В этом случае отмечается вспышка в разви­тии почвенных сапрофитов, которые, в свою очередь, стимулиру­ют развитие микроорганизмов, угнетающих фитопатогенные виды. Для нормального функционирования почвенных организ­мов необходимы прежде всего энергия и питательные вещества. Для подавляющего большинства микроорганизмов такой источник энергии — органическое вещество почвы. Поэтому активность почвенной микрофлоры главным образом зависит от поступления или наличия в почве органического вещества.

Для оценки деятельности почвенной биоты используют пока­затель «биологическая активность почвы». Под биологической активностью понимают, в одних случаях общую биогенность почвы, определяемую, как правило, подсчетом общего количества поч­венных микроорганизмов. Если иметь в виду несовершенство методик, применяемых в этом случае, и малую кратность опреде­лений во времени, то результаты анализа дают примерную картину биологической активности почвы.

Другая точка зрения относительно методов определения био­логической активности почвы заключается в учете результатов деятельности почвенных организмов. Особенно важен такой под­ход в агрономии. Однако привести к общему знаменателю исклю­чительно многообразную деятельность почвенной флоры и фауны методически непросто.

Наиболее универсальный показатель деятельности почвенных организмов — продуцирование ими углекислого газа. Поэтому учет выделяемого почвой углекислого газа — первостепенный из других биохимических способов определения биологической активности почвы.

Фитосанитарное состояние почвы

Плодородие почвы в значительной степени определяется фитосанитарным состоянием почвы, т. е. чистотой почвы от сор­няков, вредителей, болезнетворных начал, а также токсиче­ских веществ, выделяемых растениями, ризосферной микрофло­рой и продуктами разложения.

Фитотоксичность почвы обусловлена накоплением физиологи­чески активных веществ, среди которых присутствуют фенольные соединения, органические кислоты, альдегиды, спирты и др. совокупность этих веществ получила название колинов, состав и концентрация которых зависят от температуры и влажности почвы, от микроорганизмов и растений. При низких концентрациях фитотоксических веществ в почве обнаруживается стимулирующий эффект, но при увеличении их содержания наступает сильное угнетение роста растений или прорастания семян. Так, в стационарных опытах ТСХА установлено, что водная вытяжка из почвы бессменных посевов озимой пшеницы и ячменя, взятая в начале весенней вегетации, снижала всхожесть семян этих культур бо­лее, чем на 20 % и угнетала рост корневой системы, яви­лась одной из причин изреженности бессменных посевов.

Источник образования и поступления токсических веществ в почве — корневые выделения растений, послеуборочные расти­тельные остатки и продукты метаболизма микроорганизмов. Наи­более интенсивно фитотоксические вещества накапливаются при возделывании на одном месте однородных или близких по биологии культур и при создании в почве анаэробных условий.

Когда в структуре посевных площадей преобладают культу­ры со сходными биологическими особенностями, как, например, зерновые, в почву ежегодно поступает приблизительно одинако­вая по количеству и качеству органическая масса в виде кор­невых выделений и растительных остатков. Это приводит к из­менению соотношения основных группировок микробиоценоза, появлению фитотоксических форм, которые поставляют в поч­ву вредные для культурных растений вещества. Так, при раз­ложении растительных остатков зерновых культур в почве обна­ружено повышенное содержание фенольных соединений, которые, находясь в зоне семян растений, ингибируют их прорастание.

Анаэробные условия способствуют образованию токсических веществ, так как при этом корневые выделения и промежу­точные продукты минерализации гумуса превращаются в сильно восстановленные соединения, что обусловливает создание очагов токсичности в почве. Можно полагать также, что в зоне корня некоторых растений избирательно накапливаются некоторые группы микроорганизмов, неблагоприятно действующих на растения.

Внесение минеральных и особенно органических удобрений приводит к уменьшению в почве численности фитотоксичных микроорганизмов. Но особенно сильное влияние на их содер­жание оказывает бессменное выращивание сельскохозяйственных растений — количество фитотоксичных форм микроорганизмов в почве значительно увеличивается.

Фитотоксины почвенных микроорганизмов вызывают изменения в химическом составе растений, нарушают обмен веществ в них. Они оказывают влияние на интенсивность дыхания а также на азотный обмен растений. Фитотоксины почвенных микроорганизмов значительно сни­жают фотосинтетическую активность растений.

Корни растений выделяют различные аминокислоты, углеводы и другие вещества. Вместе с экссудатами в почву поступает большинство веществ, участвующих в метаболизме клеток выс­ших растений: сахара, гликозиды, органические кислоты, вита­мины, ферменты, алкалоиды и другие. Все эти вещества мо­гут быть в той или иной мере использованы микроорганизмами в качестве источника питания.

Агрофизические факторы плодородия почвы