Почва в биосферном процессе - Экология - Скачать бесплатно
ПОЧВА В БИОСФЕРНОМ ПРОЦЕССЕ
ПЛАН
Введение………………………….………………………3
1. Почва - типы и отношение растений……………..3
2. Содержание питательных веществ в почве…………………………………………………....9
3. Роль факторов в распределении растений и животных……………………………………….…...11
4. Почва как связующее звено..………………….…….12
5. Загрязнение почвы…………………………...……....14
6. Почва и человек……………………………….……..16
7. Охрана и использование почв и земельных ресурсов……………………………………………….26
Заключение……………….…………………………….27.
Список использованной литературы…………….….29
Введение.
Почва - особое природное образование, обладающее рядом свойств,
присущих живой и неживой природе; состоит из генетически связанных
горизонтов (образуют почвенный профиль), возникающих в результате
преобразований поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием
воды, воздуха и организмов; характеризуется плодородием
Определенная часть почв, как в России, так и во всем мире с каждым
годом выходит из сельскохозяйственного обращения в силу разных причин,
подробно рассмотренных в УИР. Тысячи и более гектаров земли страдают от
эрозии, кислотных дождей, неправильной обработки и токсичных отходов. Чтобы
избежать этого, нужно ознакомиться с наиболее продуктивными и недорогими
мелиоративными мероприятиями, повышающими плодородие почвенного покрова, а
прежде всего с самим негативным воздействием на почву, и как его избежать.
Эти исследования дают представление о вредном воздействии на почву и
проводились по ряду книг, статей и научных журналов, посвященных проблемам
почвы и защите окружающей среды.
Сама проблема загрязнения и деградации почв была актуальна всегда.
Сейчас к сказанному можно еще добавить, что в наше время антропогенное
влияние сильно сказывается на природе и только растет, а почва является
для нас одним из главных источником пищи и одежды, не говоря уже о том, что
мы по ней ходим и всегда будем находиться в тесном контакте с ней.
1. Почва - типы и отношение растений
Почва - верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений,
животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых
он находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с
другими ее частями.
К основным типам почв на територрии России относятся черноземы,
подзолотистые, дерново-подзолотистые, подзолотисто-болотные, болотные,
серые лесостепные, пойменные, солончаки, солонцы, солоди и др.
В почве как правило, выделяют три основных горизонта, различающихся по
морфологическим и химическим свойствам:
1. Верхний перигнойно-аккумулятивный горизонт, в котором накапливается и
преобразуется органическое веществои из которого промывными водами часть
соединений выносится вниз.
2. Горизонт вымывания, или аллювиальный, где оседают и преобразуются
вымытые сверху вещества.
3. Материнскую породу или горизонт, материал который преобразуется в почву.
В пределах каждого горизонта выделяют более дробные слои, также сильно
различающиеся по свойствам.
Обобщеная схема почвенного профиля:
1. Основание
2. Подпочва
1. Иллювиальный горизонт (ортштейн)
3. Почва
3.1 Эллювиальный горизонт (зона вымывания)
3.2 Гумусовая минеральная почва
4. Подстилка
1. Мулль (слой гумификации)
2. Собствено подстилка
Структура почвы определяется относительным содержанием в ней песка и
глины. Существует 11 основных классов почвы:
1. Песок
2. Супесь
3. Песчанистый суглинок
4. Песчанистый алеврит
5. Пылеватый суглинок
6. Песчанистый тяжелый суглинок
7. Суглинок
8. Пылеватый тяжелый суглинок
9. Песчанистая глина
10. Алевритистая глина
11. Глина
В почве сложным образом взаимодействуют следующие основные компоненты:
- минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух;
- детрит - отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности
растений и животных;
- множество живых организмов - от детритофагов до редуцентов, разлагающих
детрит до гумуса.
Таким образом, почва - биокосная система, основанная на динамическом
взаимодействии между минеральными компонентами, детритом, детритофагами и
почвенными организмами.
В своем развитии и формировании почвы проходят несколько этапов.
Молодые почвы являются обычно результатом выветривания материнских горных
пород или переноса отложения осадков (например, аллювия). На этих
субстратах поселяются микроорганизмы, пионерные растения - лишайники, мхи,
травы, мелкие животные. Постепенно внедряются другие виды растений и
животных, состав биоценоза усложняется, между минеральным субстратом и
живыми организмами возникает целая серия взаимосвязей. В результате
формируется зрелая почва, свойства которой зависят от исходной материнской
породы и климата.
Процесс развития почвы заканчивается, когда достигается равновесие,
соответствие почвы с растительным покровом и климатом, то есть возникает
состояние климакса. Таким образом, изменения почвы, происходящие в процессе
ее формирования, напоминают сукцессионные изменения экосистем.
Каждому типу почв соответствуют определенные типы растительных
сообществ. Так, сосновые боры, как правило, растут на легких песчаных
почвах, а еловые леса предпочитают более тяжелые и богатые питательными
веществами суглинистые почвы.
Изменчивость в пространстве и во времени факторов почвообразования, а
следовательно, и процессов происходивших в почве в прошлом и совершающихся
в настоящем, обусловливает большое разнообразие их в природе.
Почва является как бы живым организмом, внутри которого протекают
различные сложные процессы. Для того чтобы поддерживать почву в хорошем
состоянии, необходимо знать природу обменных процессов всех ее
составляющих.
Поверхностные слои почвы обычно содержат много остатков растительных и
животных организмов, разложение которых приводит к образованию гумуса.
Количество гумуса определяет плодородие почвы.
В почве обитает великое множество различных живых организмов -
эдафобионтов, формирующих сложную пищевую детритную сеть: бактерии,
микрогрибы, водоросли, простейшие, моллюски, членистоногие и их личинки,
дождевые черви и многие другие. Все эти организмы играют огромную роль в
формировании почвы и изменении ее физико-химических характеристик.
Растения поглощают из почвы необходимые минеральные вещества, но после
смерти растительных организмов изъятые элементы возвращаются в почву.
Почвенные организмы постепенно перерабатывают все органические остатки.
Таким образом, в естественных условиях происходит постоянный круговорот
веществ в почве.
Важнейшим свойством почвы является её плодородие, которое определяется
в первую очередь содержанием гумуса, макро- и микроэлементов, таких, как
азот, фосфор, калий. кальций, магний. сера, железо, медь, бор, цинк,
молибден и др. Каждый из этих элементов играет свою роль в структуре и
обмене веществ растений и не может быть заменён полностью другим. Различают
растения, преимущественно на плодородных почвах, - эутрофные или эвтрофные,
довольствующиеся небольшим количеством питательных веществ,- олиготрофные.
Между ними выделяют промежуточную группу мезотрофных видов.
Разные виды растений неодинаково относятся к содержанию доступного
азота в почве. Растения, особенно требовательные к повышенному содержанию
азота в почве, называют нитрофилами. ( Например пастушья сумка, яснотка
белая, крапива двудомная, марь белая и др.)
Обычно они поселяются там, где есть дополнительные источники
органических отходов, а следовательно, и азотного питания. К нитрофилам
относятся многие зонтичные, поселяющиеся на опушках леса. В массе нитрофилы
посуляются там, где почва постоянно обогащается азотом, и через
эксперименты животных. Например, на пастбищах, в местах скопления навоза,
пятнами разрастаются нитрофильные травы (крапива, щирица и др.)
Кальций- важнейший элемент, не только входит в число необходимых для
минерального питания растений, но и является важной составной частью почвы.
Растения карбонатных почв, содержащих более 3% карбонатов и вскипающих с
поверхности, называют, кальциефилами (венерин башмачок). Из деревьев
кальциефильны лиственица сибирская, бук, ясень. Растения избегающие почв с
большим содержанием извести, называют кальциефобами. это сфагновые мхи,
болотные верестковые. Среди древесных пород – береза бородавчатая, каштан.
Растения неодинаково относятся к кислотности почвы. Так, при различной
реакции среда в горизонтах почвы может вызвать неравномерное развитие
корневой системы у клевера. Растения предпочитающие кислые почвы, с
небольшим значением pH 3,5-4,5, называют ацидофилами (вереск, белоус,
щавелек малый и др.), растения же щелочных почв pH 7,0-7,5 (мать-и мачеха,
горчица полевая и др.) относятся к базифилами (базофилам), а растения почв
с нейтральной реакцией – нейтрофилам (лисохвост луговой, овсяница луговая и
др.)
Растения приспособившиеся к произрастанию с высоким содержанием солей,
называют галофитами. В отличии от галофитов, растения произрастающие не на
засоленных почвах, называют гликофитами. Галофиты имеют высокое
осмотическое давление, позволяющие им использовать почвенные растворы, так
как сосущая сила корней превосходит сосущую силу почвенного раствора.
Типичными галофитами являются солерос европейский, сарсазан шишковатый и
др.
Особую группу представляют растения, адаптированные к сыпучим подвижным
пескам, - псаммофиты. Растения сыпучих песков во всех климатических зонах
имеют общие особенности морфологии и биологии. Сыпучие пески встречаются и
во влажном климате, например, песчаные дюны по берегам северных морей,
пески обсыхающего речного ложа по берегам крупных рек и т. д. Здесь растут
типичные псаммофиты, такие, как волоснец песчаный, овсяница песчаная, ива-
шелюга. На увлажненных, преимущественно глинистых почвах обитают такие
растения, как мать-и мачеха, хвощ полевой, мята полевая и др.
Чрезвычайно своеобразны экологические условия для растений,
произрастающих на торфе (торфяные болота), - особой разновидностью
почвенного субстрата, образовавшегося в результате неполного распада
растительных остатков в условиях повышенной влажности и затрудненного
доступа воздуха. Растения, произрастающие на торфяных болотах, называют
оксилофитами.
Растения, обитающие на камнях, скалах, каменистых осыпях, в жизни
которых преобладающую роль играют физические свойства субстрата, относятся
к литофитам. К этой группе принадлежат прежде всего первые после
микроорганизмов поселенцы на скальных поверхностях и разрушающихся горных
породах: автотрофные водоросли, накипные лишайники, плотно прирастающие к
субстрату и окрашивающие скалы в разные цвета. Со временем на поверхности и
особенно в трещинах камней накапливаются в виде слоя органические остатки,
на которых поселяются мхи. Под моховым покровом образуется примитивный слой
почвы, на который поселяются литофиты из высших растений. Их называют
растениями щелей, или хасмофитами. Среди них виды рода камнеломка,
кустарники и древесные породы (можжевельник, сосна и др.)
2. Содержание питательных веществ в почвах.
Запасы питательных веществ в почвах во много раз превышают
потребность в них растений. Однако большая часть из представлена
недоступными для растений соединениями. Валовое содержание питательных
веществ в пахотном слое различных почв неодинаково.
Содержание азота (N) колеблется от 0,07% до 0:5%. Почвенный азот
находится в основном в недоступной для растений органической форме. На долю
минерального азота приходится только 1-2% его общего количества. Под
влиянием микробиологических процессов органические формы азота переводятся
в доступные для растений минеральные формы.
Содержание фосфора (Р2О5) во многих почвах составляет 0,03-0,25%.
Около половины его находится в минеральной форме, а половина - в форме
органических соединений. В слабоокультуренных торфяных почвах на фосфор в
органической форме приходится до 70%. Некоторое количество его содержится в
поглощенном почвенными коллоидами состоянии. Значительная часть минеральных
форм фосфора в кислых подзолистых почвах и красноземах находится в
труднодоступных для растений фосфатах железа и алюминия. В нейтральных
почвах, например в черноземах, минеральный фосфор представлен более
доступными для растений фосфатами кальция и магния.
На долю калия (К2О) в почве приходится 0,6-3% массы почвы. Больше
калия содержится в глинистых и суглинистых почвах, а в почвах легкого
механического состава (песчаных и супесчаных) его значительно меньше.
Количество обменного калия в пахотном слое составляет, кг/га: в подзолистых
почвах - 150-300, черноземах - 400-900, сероземах - 600-1500. В отличие от
азота и фосфора калий не образует в растениях прочные органические
комплексы. Поэтому количество его в органическом веществе почвы
незначительно.
Кальция (СаО) в почвах около 0,2-2% и более от их массы. Он
представлен силикатами, карбонатами, гипсом, фосфатами и другими
соединениями. Часть кальция находится в поглощенном состоянии. Наиболее
богаты обменным кальцием черноземы (около 40 мэкв). Наименьшее количество
его встречается в подзолистых почвах (5-8 мэкв), что связано с их
кислотностью. Известкованием не только смещается реакция почвы, но и
улучшается питание растений кальцием.
Содержание магния (MgO) составляет 0,4-4% и более от массы почвы и
зависит от состава материнской породы. В почвах, образовавшихся на
суглинках и глинах, больше магния, чем в почвах, возникших на песках.
Около 90-95% магния в почве входит в состав различных минералов,
главным образом силикатов и алюмосиликатов, которые трудно растворяются в
воде, поэтому содержащийся в них магний не может быть непосредственно
использован растениями. Около 5-10% магния находится в поглощенном
(обменном) состоянии. Обменный магний. Как и обменный калий, играет
важнейшую роль в питании растений, пополняя количество магния в почвенном
растворе по мере потребления его растениями. Незначительная часть магния в
почве встречается в форме органических веществ, после разложения которых он
становится доступным для растений.
Наиболее богаты магнием черноземы, каштановые почвы и сероземы. Меньше
магния в песчаных, супесчаных и некоторых торфяных почвах.
Содержание серы (SO3) колеблется от 0,1 до 0,5% массы почвы. Сера в
почве представлена органическими соединениями (80-90%), где она находится в
восстановленной форме, и минеральными соединениями с кальцием, железом,
калием, натрием (10-20), являющимися источником питания растений. Процесс
окисления серы, входящей в состав гумуса и органических остатков,
происходит под влиянием аэробных бактерий (сульфофикация).
В большинстве почв количество серы достаточно для растений, однако в
малогумусных подзолистых песчаных почвах ее немного, поэтому сульфатные
формы удобрений здесь более эффективны, чем хлоридные. Серу в почву вносят
также с органическими удобрениями, с простым суперфосфатом.
Содержание железа (Fe2O3) в почвах колеблется от 1-11%. В легких под
механическому составу почвах его меньше, чем в тяжелых.
Железо в почве находится в форме ферроалюмосиликатов, окиси и закиси
железа и их гидратов. Недостаток железа для растений чаще всего проявляется
на карбонатных или сильноизвесткованных почвах, где оно находится в
труднодоступном состоянии.
3. Роль факторов в распределении растений и животных
Специфические растительные ассоциации, формируются в связи с
разнообразием условий мест обитаний, включая и почвенные, а также и в связи
с избирательностью по отношению к ним растений в определенной ландшафтно-
географической зоне. Следует учитывать, что даже в одной зоне в зависимости
от её рельефа , уровня грунтовых вод, экспозиции склона и ряда других
факторов создаются неодинаковые почвенные условия, которые отражаются на
типе растительности. Так, в ковыльно-типчаковой степи всегда можно
обнаружить участки, где доминирует ковыль или, наоборот, типчак. Отсюда:
типы почв являются мощным фактором распределения растений. На наземных
животных эдафические факторы оказывают меньшее влияние. Вместе с тем
животные тесно связаны с растительностью, и она играет решающую роль в их
распределении. Однако и среди крупных позвоночных легко обнаружить формы,
которые приспособлены к конкретным почвам. Это особенно характерно для
фауны глинистых почв с твердой поверхностью, сыпучих песков, заболоченных
почв и торфяников. В тесной связи с почвенными условиями находятся роющие
формы животных. Одни из них приспособлены к боле плотным почвам, другие
могут разрывать только легкие песчаные почвы. Типичные почвенные животные
также приспособлены к различным видам почв. Например, в средней Европе
отмечают до 20 родов жуков, которые распространены только на солончаковых
или солонцовых почвах. и в то же время не редко почвенные животные имеют
очень широкие ареалы и встречаются в разных почвах. Дождевой червь
достигает высокой численности в тундровых и таежных почвах, в почвах
смешанных лесов и лугов, а также в горах. Это связано с тем, что в
распространении почвенных обитателей кроме свойств почвы большое значение
имеют их эволюционный уровень, размеры их тела. Тенденция к космополитизму
отчетливо выражена у мелких форм. это бактерии, грибы, простейшие,
микроартроподы (клещи, коллемболы), почвенные нематоды.
Промежуточные экологические свойства почвы как среды обитания животных
дают возможность делать заключение, что почва играла особую роль в эволюции
животного мира. К примеру, многие группы членистоногих в процессе
исторического развития прошли сложный путь от типично водных организмов
через почвенных обитателей до типично наземных форм.
4. Почва как связующее звено
В целом же по ряду экологических особенностей почва является средой,
промежуточной между наземной и водной. С воздушной средой почву сближает
наличие почвенного воздуха, угроза иссушения в верхних горизонтах,
относительно резкие изменения температурного режима поверхностных слоев. С
водной средой почву сближают её температурный режим, пониженное состояние
кислорода в почвенном воздухе, насыщенность его водяными парами и наличие
воды в других формах, присутствие в почвенных растворах солей и
органических веществ, возможность двигаться в трех измерениях. Как и в
воде, в почве сильно развиты химические взаимозависимости и взаимовлияние
организмов.
Климатические условия оказывают косвенное влияние на такие факторы
почвообразования, как почвообразующие породы, растительный и животный мир,
и др. С климатов связано распространение основных типов почв.
Рельеф – один из факторов перераспределения по земной поверхности тепла
и воды. С изменением высоты местности меняются водный и тепловой режим
почвы. Рельефом обусловлена поясность почвенного покрова в горах. С
особенностями рельефа связан характер влияния на почву грунтовых, талых и
дождевых вод, миграция водорастворимых веществ.
Биологическая взаимосвязь между почвой и человеком осуществляется
главным образом путем обмена веществ. Почва является как бы поставщиком
минеральных веществ, необходимых для цикла обмена веществ, для роста
растений, потребляемых человеком и травоядными животными, съедаемыми в свою
очередь человеком и плотоядными животными. Таким образом, почва
обеспечивает пищей многих представителей растительного и животного мира.
Следовательно, ухудшение качества почвы, понижение ее биологической
ценности, способности к самоочищению вызывает биологическую цепную реакцию,
которая в случае продолжительного вредного воздействия может привести к
самым различным расстройствам здоровья у населения. Более того, в случае
замедления процессов минерализации образующиеся при распаде веществ
нитраты, азот, фосфор, калий и т. д. могут попадать в используемые для
питьевых нужд подземные воды и явиться причиной серьезных заболеваний
(например, нитраты могут вызвать метгемоглобинемию, в первую очередь у
детой грудного возраста).
Потребление воды из бедной йодом почвы может стать причиной
эндемического зоба и т. д.
Человек добывает из почвы воду, необходимую для поддержания процессов
обмена веществ и самой жизни. Качество воды зависит от состояния почвы; оно
всегда отражает биологическое состояние данной почвы.
Это в особенности относится к подземным водам, биологическая ценность
которых существенно определяется свойствами грунтов и почвы, способностью к
самоочищению последней, ее фильтрационной способностью, составом ее
макрофлоры, микрофауны и т. д.
Прямое влияние почвы на поверхностные воды уже менее значительно, оно
связано главным образом с выпадением осадков. Например, после обильных
дождей из почвы смываются в открытые водоемы (реки, озера) различные
загрязняющие вещества, в том числе искусственные удобрения (азотные,
фосфатные) , пестициды, гербициды, в районах карстовых, трещиноватых
отложений загрязняющие вещества могут проникнуть через щели в глубоко
расположенные подземные воды.
Несоответствующая очистка сточных вод также может стать причиной вредного
биологического действия на почву и в конечном итоге привести к ее
деградации. Поэтому охрана почвы в населенных пунктах представляет одно из
основных требований охраны окружающей среды в целом.
5. Загрязнение почвы
Громадные площади плодородных земель погибают при горнопромышленных
работах, при строительстве предприятий и городов. Уничтожение лесов и
естественного травянистого покрова, многократная распашка земли без
соблюдения правил агротехники приводит к возникновению эрозии почвы -
разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром. Эрозия в настоящее
время стала всемирным злом. Подсчитано, что только за последнее столетие в
результате водной и ветровой эрозий на планете потеряно 2 млрд га
плодородных земель активного сельскохозяйственного пользования.
Одним из последствий усиления производственной деятельности человека
является интенсивное загрязнение почвенного покрова. В роли основных
загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные
элементы, а также удобрения и ядохимикаты, применяемые в сельском
хозяйстве.
К наиболее опасным загрязнителям почв относят ртуть и ее соединения.
Ртуть поступает в окружающую среду с ядохимикатами, с отходами промышленных
предприятий, содержащими металлическую ртуть и различные ее соединения.
Еще более массовый и опасный характер носит загрязнение почв свинцом.
Известно, что при выплавке одной тонны свинца в окружающую среду с отходами
выбрасывается его до 25 кг. Соединения свинца используются в качестве
добавок к бензину, поэтому автотранспорт является серьезным источником
свинцового загрязнения. Особенно много свинца в почвах вдоль крупных
автострад.
Вблизи крупных центров черной и цветной металлургии почвы загрязнены
железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и другими металлами.
Во многих местах их концентрация в десятки раз превышает ПДК.
Радиоактивные элементы могут попадать в почву и накапливаться в ней в
результате выпадения осадков от атомных взрывов или при удалении жидких и
твердых отходов промышленных предприятий, АЭС или научно-исследовательских
учреждений, связанных с изучением и использованием атомной энергии.
Радиоактивные вещества из почв попадают в растения, затем в организмы
животных и человека, накапливаются в них.
Значительное влияние на химический состав почв оказывает современное
сельское хозяйство, широко использующее удобрения и различные химические
вещества для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями растений. В
настоящее время количество веществ, вовлекаемых в круговорот в процессе
сельскохозяйственной деятельности, примерно такое же, что и в процессе
промышленного производства. При этом с каждым годом производство и
применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве возрастает.
Неумелое и бесконтрольное использование их приводит к нарушению круговорота
веществ в биосфере.
Особую опасность представляют стойкие органические соединения,
применяемые в качестве ядохимикатов. Они накапливаются в почве, в воде,
донных отложениях водоемов. Но самое главное - они включаются в
экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в
животных, а в конечном итоге попадают с пищей в организм человека.
Огромный вред наносят кислотные дожди. Земля и растения страдают от
таких дождей. Снижается продуктивность почв, сокращается поступление
питательных веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов. Огромный
вред наносятся лесам, они высыхают, развивается суховершинность на больших
площадях. Кислота увеличивает подвижность в почве алюминия, который
токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои,
крупности ветвей. Особенно страдают хвойные деревья, потому что хвоя
сменяется реже чем листья.
Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным
культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ
в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их
сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.
6. Почва и человек.
Почвенный покров является важнейшим природным образованием. Его
значение для жизни общества определяется тем, что почва является основным
источником продовольствия, обеспечивающим 97—98% продовольственных ресурсов
населения планеты. Вместе с тем, почвенный покров является местом
деятельности человека, на котором размещается промышленное и
сельскохозяйственное производство.
Важнейшее свойство почвенного покрова — его плодородие, под которым
понимается совокупность свойств почвы, обеспечивающих урожай
сельскохозяйственных культур. Естественное плодородие почвы регулируется
запасом питательных веществ в почве и ее водным, воздушным и тепловым
режимами. Велика роль почвенного покрова в продуктивности наземных
экологических систем, так как почва питает сухопутные растения водой и
многими соединениями и является важнейшим компонентом фотосинтетической
деятельности растений. Плодородие почвы зависит и от аккумулированной в ней
величины солнечной энергии. Живые
|
