Минеральные элементы питания и способность почвы их удерживать

Институт Туризма и Развития рынка

Специальность Менеджмент

Специализация Гостиничный и туристический бизнес

РЕФЕРАТ

Дисциплина: Экология

Тема: Экологические проблемы в связи с загрязнением почв

Студент                        Еремина П.В. (ГТБ IV -2, в/о)

Руководитель               к.э.н. ст. пр.  Васин С.Г.

Москва 2001

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………..……………3

основная часть............................................................................... 4

1. Почвенная экосистема.......................................................... 5

2. ЗНАЧЕНИЕ ПОЧВЫ........................................................................... 5

3. Структура почвы......................................................................... 5

4. Минеральные элементы питания и способность почвы их удерживать...................................................................................... 10

5. Загрязнение почвы химическими веществами И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ................................................................................... 13

6. Потеря почвы.............................................................................. 17

7. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ В ПОЧВЕННОМ МОНИТОРИНГЕ......... 20

8. БИОТЕХНОЛОГИЯ ОХРАНЫ ЗЕМЕЛЬ........................................ 22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……..……………………………………………………...24

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………..………………………………………..26

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время проблема взаимодействия человеческого общества с природой приобрела особую остроту. Становится бесспорным, что решение проблемы сохранения качества жизни человека немыслимо без определенного осмысления современных экологических проблем: сохранение эволюции живого, наследственных субстанций (генофонда флоры и фауны), сохранение чистоты и продуктивности природных сред (атмосферы, гидросферы, почв, лесов и т. д.), экологическое нормирование антропогенного пресса на природные экосистемы в пределах их буферной емкости, сохранение озонового слоя, трофических цепей в природе, биокруговорота веществ и другие.

Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.

    Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения     под влиянием антропогенной деятельности.

Основная часть

Почвенная экосистема.

Важным этапом в развитии биосферы явилось возникновение такой ее части, как почвенный покров. С образованием достаточно развитого почвенного покрова биосфера - становится целостной завершенной системой, все части ко­торой тесно взаимосвязаны и зависят друг от друга.

ЗНАЧЕНИЕ ПОЧВЫ

Почвенный покров является важнейшим природным образованием. Его роль в жизни общества определяется тем, что почва представляет собой основной источник продовольствия, обеспечивающий 95-97% продовольственных ресурсов для насе­ления планеты. Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км² или 86,5% площади суши. Пашня и многолетние на­саждения в составе сельскохозяйственных угодий занимают око­ло 15 млн. км² (10% суши), сенокосы и пастбища— 37,4 млн. км² (25% суши). Общая пахотнопригодность земель оценивается различными исследователями по-разному: от 25 до 32 млн. км².

Представления о почве, как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами появились лишь в конце XIX в., благодаря В. В. Докучаеву, — основоположнику современного почвоведения. Он создал учение о зонах природы, почвенных зонах, факторах почвообразования.

 

Структура почвы

Почва — это особое природное образование, обладаю­щее рядом свойств, присущих живой и неживой природе. Почва — это та среда, где взаимодействует большая часть элементов биосферы: вода, воздух, живые организмы. По­чву можно определить как продукт выветривания, реорга­низации и формирования верхних слоев земной коры под влиянием живых организмов, атмосферы и обменных про­цессов. Почва состоит из нескольких горизонтов (слоев с одина­ковыми признаками), возникающих в результате сложного взаимодействия материнских горных пород, климата, растительных и животных организмов (особенно бактерий), рельефа местности. Для всех почв характерно умень­шение содержания органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов почв к нижним.

Горизонт A l — темно-окрашенный, содержащий гумус, обо­гащен минеральными веществами и имеет для биогенных про­цессов наибольшее значение.

Горизонт А 2 — элювиальный слой, имеет обычно пепельный, светло-серый или желтовато-серый цвет.

Горизонт В — элювиальный слой, обычно плотный, бурый или коричневой окраски, обогащенный коллоидно-дисперсными минералами.

Горизонт С — измененная почвообразующими процессами материнская порода.

Горизонт В — исходная порода.

 Поверхностный горизонт состоит из ос­татков растительности, составляющих основу гумуса, из­быток или недостаток которого определяет плодородие по­чвы.

Гумус — органическое вещество, наиболее устойчи­вое к разложению и поэтому сохраняющееся после того, как основной процесс разложения уже завершен. Постепенно гумус также минерализуется до неорганического вещества. Перемешивание гумуса с почвой придает ей структуру. Обо­гащенный гумусом слой называется пахотным, а нижеле­жащий слой — подпахотным. Основные функции гумуса' сводятся к серии сложных обменных процессов, в которых участвуют не только азот, кислород, углерод и вода, но и различные минеральные соли, присутствующие в почве. Под гумусовым горизонтом располагается подпочвенный слой, соответствующий выщелоченной части почвы, и горизонт, отвечающий материнской породе.                       

Почва состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. В твердой фазе преобладают минеральные образо­вания и различные органические вещества, в том числе гумус, или перегной, а также почвенные коллоиды, имею­щие органическое, минеральное или органоминеральное происхождение. Жидкую фазу почвы, или почвенный ра­створ, составляет вода с растворенными в ней органически­ми и минеральными соединениями, а также газами. Газо вую фазу почвы составляет "почвенный воздух", включающий газы, заполняющие свободные от воды поры.      

Важным компонентом почвы, способствующим изменению ее физико-химических свойств, является ее биомасса, включающая кроме микроорганизмов (бактерии, водоросли, грибы, одноклеточные) еще и червей и членистоногих.                                        

Образование почв происходит на Земле с момента возникно­вения жизни и зависит от многих факторов:

Субстрат, на котором образуются почвы. От характера материнских пород зависят физические свойства почв (пористость, водоудерживающая способность, рыхлость и т. д.). Они определяют водный и тепловой режим, интенсивность пе­ремешивания веществ, минералогический и химический соста­вы, первоначальное содержание элементов питания, тип поч­вы.

Растительность — зеленые растения (основные создате­ли первичных органических веществ). Поглощая из атмосферы углекислоту, из почвы воду и минеральные вещества, используя энергию света, они создают органические соединения, пригод­ные для питания животных.

С помощью животных, бактерий, физических и химических воздействий органическое вещество разлагается, превращаясь в почвенный гумус. Зольные вещества наполняют минеральную часть почвы. Неразложившийся растительный материал созда­ет благоприятные условия для действия почвенной фауны и ми­кроорганизмов (устойчивый газообмен, тепловой режим, влаж­ность).

Животные организмы, выполняющие функцию пре­образования органического вещества в почву. Сапрофаги (зем­ляные черви и Др.), питающиеся мертвыми органическими ве­ществами, влияют на содержание гумуса, мощность этого го­ризонта и структуру почвы. Из наземного животного мира на почвообразование наиболее интенсивно влияют все виды грызу­нов и травоядные животные.

Микроорганизмы (бактерии, одноклеточные водоросли, вирусы) разлагающие сложные органические и минеральные ве­щества на более простые, которые в дальнейшем могут исполь­зоваться самими микроорганизмами и высшими растениями.

Одни группы микроорганизмов участвуют в превращени­ях углеводов и жиров, другие — азотистых соединений. Бак­терии, поглощающие молекулярный азот воздуха, называют азотофиксирующими. Благодаря их деятельности, атмо­сферный азот могут использовать (в виде нитратов) другие живые организмы. Почвенные микроорганизмы принимают уча­стие в разрушении токсических продуктов обмена высших расте­ний, животных и самих микроорганизмов в синтезе витаминов, необходимых для растений и почвенных животных.

Климат, влияющий на тепловой и водный режимы почвы, а значит на биологический и физико-химические почвенные про­цессы.

Рельеф, перераспределяющий на земной поверхности тепло и влагу.

Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится доминирующим фактором в разрушении почв, сни­жении и повышении их плодородия. Под влиянием человека ме­няются параметры и факторы почвообразования — рельефы, ми­кроклимат, создаются водохранилища, проводится мелиорация.

Основное свойство почвы — плодородие. Оно связано с качеством почв. В разрушении почв и снижении их плодородия выделяют следующие процессы:

Аридизация суши — комплекс процессов уменьшения влажности обширных территорий и вызванное этим сокраще­ние биологической продуктивности экологических систем. Под действием примитивного земледелия, нерационального исполь­зования пастбищ, беспорядочного применения техники на угодь­ях почвы превращаются в пустыни.

Эрозия почв, разрушение почв под действием ветра, во­ды, техники и ирригации. Наиболее опасна водная эрозия — смыв почвы талыми, дождевыми и ливневыми водами. Водные эрозии отмечаются при крутизне уже 1-2°. Водной эрозии спо­собствует уничтожение лесов, вспашка по склону.

Ветровая эрозия характеризуется выносом ветром наибо­лее мелких частей. Ветровой эрозии способствует уничтожение растительности на территориях с недостаточной влажностью, сильными ветрами, непрерывным выпасом скота.

Техническая эрозия связана с разрушением почвы под воз­действием транспорта, землеройных машин и техники.

Ирригационная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии. Засоление почв в основном связано с этими нарушениями. В настоящее время не менее 50% площади орошаемых земель засолено, потеряны мил­лионы ранее плодородных земель. Особое место среди почв за­нимают пахотные угодья, т. е. земли, обеспечивающие питание человека. По заключению ученых и специалистов, для питания одного человека следует обрабатывать не менее 0,1 га почвы. Рост численности жителей Земли напрямую связан с площа­дью пахотных земель, которая неуклонно сокращается. Так в РФ за последние 27 лет площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 12,9 млн. га, из них пашни — на 2,3 млн. га, сено­косов — на 10,6 млн. га. Причинами этого являются нарушение и деградация почвенного покрова, отвод земель под застройку городов, посёлков и промышленных предприятий.

На больших площадях происходит снижение продуктивности почв из-за уменьшения содержания гумуса, запасы которого за последние 20 лет сократились в РФ на 25-30%, а ежегодные по­тери составляют 81,4 млн. т. Земля сегодня может прокормить 15 млрд. человек. Бережное и грамотное обращение с землей сегодня стало самой актуальной проблемой.

Из сказанного следует, что почва включает минераль­ные частицы, детрит, множество живых организмов, т. е. почва — это сложная экосистема, обеспечивающая рост растений. Почвы — это медленно возобновляемый ресурс. Процессы почвообразования протекают очень медленно, со скоростью от 0,5 до 2 см за 100 лет. Мощность почвы неве­лика: от 30 см в тундре до 160 см — в западных черноземах. Одна из особенностей почвы — естественное плодородие —формируется очень длительное время, а уничтожение плодородия происходит всего за 5—10 лет. Из сказан­ного следует, что почва менее подвижна по сравнению с другими абиотическими составляющими биосферы.

Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится доминирующим фактором в разрушении почв, сни­жении и повышении их плодородия.

Минеральные элементы питания и способность почвы их удерживать

Чтобы растения (продуценты) могли нормально расти и развиваться, почва, как среда обитания, должна удовлет­ворять их потребности в минеральных элементах питания, воде и кислороде. Очень важное значение имеют кислотно-основные свойства почвы (рН почвы) и ее соленость.

Для питания растений необходимы такие минеральные вещества, как нитраты (NO₃—ионы), фосфаты (РО ₄^3-, Н ₂РО₄, НРО ₄^2- — ионы), соли калия (К⁺—ионы), кальция (Са²⁺—ионы). За исключением азота остальные биогены из­начально входят в состав горных пород наряду с непита­тельными элементами (SiO₂, Al₂O₃ и др.). Однако эти биоге­ны недоступны растениям, пока они закреплены в структу­ре материнской породы. Чтобы ионы биогенов перешли в менее связанное состояние или в водный раствор, мате­ринская порода должна быть разрушена. Материнская по­рода разрушается в процессе естественного выветривания. Выветривание включает все естественные физические про­цессы (замерзание, оттаивание, нагревание, охлаждение и т. д.), биологические факторы (давление корней растений,

растущих в мелких трещинах), а также различные хими­ческие реакции.

Азот поступает в почву при гниении органических ве­ществ в виде аммиака, который под действием нитрифици­рующих бактерий окисляется в азотную кислоту. После­дняя, вступая в реакцию с находящимися в почве солями угольной кислоты, например карбонатом кальция, образу­ет селитру:

СаСО₃ + 2HNO₃-> Ca(NO₃)₂+ СО₂+ Н₂О

Однако некоторая часть органического азота денитрофицирующими бактериями превращается в недоступную для, растений форму (свободный азот). К процессам, возмещаю­щим потерю азота, относятся:

1) атмосферные электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота с последующим превращением в азотную кислоту и селитру;

2) превращение атмосферного азота в азотные соеди­нения клубеньковыми бактериями, входящими в состав кор­ней некоторых растений (клубеньковые растения, напри­мер, бобовые культуры, клевер и многие другие расте­ния). Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота, так же, как и других биогенов. В агроэкосистемах этот круговорот нарушается, поскольку био­гены удаляются вместе с собранным урожаем.           

Когда ионы биогенов высвобождаются, они становятся доступными растениям, но могут также просачиваться че­рез почвы (процесс выщелачивания). Выщелачивание не только снижает плодородие почвы, но и загрязняет водоемы. Способность почвы связывать и удерживать ионы биогенов называется ионообменной емкостью почвы. Если ионообменная емкость почвы утрачена, то биогены выщелачи­ваются и плодородие почвы падает. Поэтому в агроэкосистемах необходимо постоянно пополнять биогены, внося их. в виде удобрений. Неорганические удобрения (или химические) представляют собой смесь минеральных биогенов. Органические удоб рения — это растительные остатки и отходы животных (навоз, торф), они увеличивают ионообменную емкость почвы и по мере разложения высвобождают биогены.

Помимо ионообменной емкости почва должна обладать водоудерживающей способностью, поскольку растениям для функционирования необходима вода не только на фотосинтез (расход 1% воды), но и на возобновление потерянной через листья влаги — транспирацию (расходуется 99% воды). Из сказанного следует, что почва должна впитывать воду (инфильтрация) с поверхности, обладать водоудерживающей способностью и поверхностным покровом, пре­пятствующим испарению влаги.

Для питания растениям, а также микроорганизмам почвы необходим кислород: в результате клеточного дыхания растения выделяют углекислый газ. Почва должна обеспечить диффузию кислорода из воздуха и углекислого газа от корней в воздух, т. е. хорошо аэрироваться. Аэрацию почвы затрудняет уплотнение почвы и чрезмерное насыщение ее водой.

Почва не должна содержать много соли (т. е. быть засоленной), поскольку в этом случае происходит обезвоживание клеток ("обратный" осмос) и растения погибают.

Кислотность почвы должна быть близка к нейтральной (рН - 6—8).

Ионообменная емкость почвы, ее инфильтрация, аэрация, водоудерживающая способность, а также обрабаты­ваемость почвы зависят от ее гранулометрического состава.

Наилучшим гранулометрическим составом почвы считается суглинистый или пылевидный состав, обеспечивающий средние свойства почвы. Независимо от механического состава почвы гумус и создаваемая им почвенная структура обеспечивают необходимые условия для жизни растений. Со временем гумус разрушается (до 50% в год), утрачивается почвенная структура — происходит минерализация почвы. Поэтому необходим постоянный приток детрита в почву.

Таблица 1

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: