Круговорот веществ роль почвы

Роль почвы в круговороте веществ в природе. Хозяйственное значение почв

Почва представляет собой природную систему, где под влиянием живых организмов и других факторов происходят образование и разрушение сложных органических соединений. Минеральные вещества извлекаются растениями из почвы, входят в состав их собственных органических соединений, затем включаются в органические вещества тела сначала растительноядных, затем насекомоядных, хищных животных. После гибели растений и животных их органические соединения поступают в почву. Под воздействием микроорганизмов в результате сложных многоступенчатых процессов разложения они переходят в формы, доступные для усвоения растениями, частично включаются в состав органических веществ, задерживаются в почве или удаляются с фильтрующимися и сточными водами. В результате происходит закономерный круговорот химических элементов в системе «почва — растения (животные — микроорганизмы) — почва». Этот круговорот был назван В. Р. Вильямсом малым или биологическим. Благодаря процессам малого круговорота веществ в почве постоянно поддерживается плодородие.

Дождевые, паводковые и другие воды, фильтруясь через почву, растворяют и выносят из нее питательные вещества. Этот процесс способствует обеднению почвы и снижению ее плодородия. Поэтому для поддержания почвенного плодородия необходимо создавать такие условия, при которых вымыв и потеря почвой питательных веществ будут минимальными.

Самое большое значение почвы в том, что люди получают из нее почти все необходимое для своей жизни. В настоящее время обрабатываемые земли дают 88% энергии, получаемой человечеством с пищей, около 10% ее люди получают от естественных лугов, пастбищ, лесов и 2% — от ресурсов Мирового океана.

Почва и ее плодородие — главное богатство, от которого зависит жизнь людей. Почва — место для поселения людей, предмет и средство их труда. Поэтому всегда необходимо заботиться о почве, чтобы выполнить свой долг — сохранить и улучшить ее для последующих поколений.

Наиболее ценные в сельскохозяйственном отношении земли — пашни, залежи и многолетние насаждения. Из всех возделываемых земель 590 млн га приходится на долю зерновых, дающих в год 1197,5 млн т зерна.

Сельскохозяйственные земли расположены мозаично. Они занимают обширные территории в лесостепных и степных районах Северного полушария. На Евразию, включая Россию, приходится 841 млн га, или 60% всех возделываемых земель. Обрабатываемые земли мира составляют в среднем около 0,5 га на каждого человека. Этот показатель различен в разных странах: в бывшем СССР — 0,9 га, в США — 0,91, в Канаде -2,05, в Великобритании — 0, 13, в ФРГ — 0,13, в Японии — 0,05 га.

Обрабатываемые земли — результат сложных естественных процессов и многовекового труда людей (рис. 5), поэтому качество почв но многом зависит от длительности возделывания земли и культуры земледелия. Вместе с урожаем человек изымает из почвы значительное количество минеральных и органических веществ, тем самым обедняя ее. Так, при урожае картофеля в 136 ц/га из почвы удаляется 48,4 кг азота, 19 кг фосфора и 86 кг калия, и необходимо

Рис. 5. Формирование осваиваемых земель в Нидерландах (польдеры)

систематически пополнять запасы этих элементов в почве внесением удобрений. Применяя необходимые севообороты, тщательно обрабатывая и удобряя почву, человек повышает ее плодородие столь значительно, что большинство современных обрабатываемых почв следует считать искусственными, созданными при участии человека.

Таким образом, в одних случаях воздействие человека на почвы приводит к повышению их плодородия, в других — к ухудшению, деградации и гибели. К особо опасным последствиям этого воздействия следует отнести ускоренную эрозию, загрязнение чужеродными химическими веществами, засоление, заболачивание, занятие почв под различные сооружения (транспортные магистрали, водохранилища и др.). Ущерб, наносимый почвам в результате нерационального, использования земель, принял угрожающий характер. Уменьшение площадей почв происходит во много раз быстрее, чем их образование. Особенно опасна для плодородных почв ускоренная эрозия.

Источник

Роль почвы в круговороте веществ в природе и жизни человека

Почва — не стабильная и не инертная масса. Она представляет собой сложную, постепенно меняющуюся среду, где непрерывно совершаются синтез и разрушение органического вещества, круговорот элементов зольной и азотной пищи. Зольные элементы извлекаются растениями из почвы и входят в состав органического вещества (растений и животных). После отмирания органическое вещество поступает в почву, где под воздействием микроорганизмов подвергается глубокому преобразованию.

При этом значительная часть зольных элементов переходит в формы, доступные для усвоения растениями, и частично вновь входит в состав нарастающего органического вещества, а часть задерживается в почве или удаляется с фильтрующимися и сточными водами. В результате происходит закономерная миграция зольных химических элементов в системе: почва → растения → почва, названная Р. В. Вильямсом биологическим (или малым) круговоротом. Благодаря этому процессу в почве постоянно поддерживается плодородие.

Наряду с биологическим круговоротом веществ между почвой и живыми организмами в природе имеет место и так называемый геологический (или большой) круговорот веществ, с которым связан процесс растворения и выноса питательных элементов из почвы в ручьи, моря и океаны, где они откладываются в виде pазличного рода осадочных пород. Так, в течение тысячелетий на дне океанов образуются мощные пласты осадочных пород. Затем в результате тектонических процессов и морских регрессий эти породы могут выходить на дневную поверхность, подвергаться новому континентальному выветриванию, и питательные элементы снова могут быть использованы растениями. Этот круговорот занимает длительное геологическое время.
Биологический круговорот зольной и азотной пищи растений лежит в основе сельскохозяйственного производства. При этом чем выше культура земледелия и чем рациональнее используют землю, тем меньше элементов зольной и азотной пищи вырывается из биологического круговорота и вовлекается в геологический круговорот, тем выше будет производительность почв.
При высокой культуре земледелия в биологический круговорот между почвой и возделываемыми растениями можно вовлекать новые питательные вещества. Мощным средством в этом отношении являются органические и минеральные удобрения. При их помощи в биологический круговорот веществ не только вовлекаются новые элементы питания, но и прогрессивно улучшаются физические, химические и биологические свойства почв и создаются реальные возможности для роста урожаев.
Почва постоянно взаимодействует с другими элементами природы и имеет важное значение в общем круговороте веществ.
Через почву происходит взаимодействие литосферы с атмосферой. Поднятая в атмосферу почвенная пыль способствует, как отмечалось ранее, образованию осадков, уменьшает прозрачность воздуха и снижает количество лучевой энергии, достигающей поверхности Земли. Попадающие из атмосферы в почву химические вещества взаимодействуют с нею и иногда образуют новые соединения с различным действием на почвы, растительные и животные организмы. Перемещаясь под влиянием ветра и воды, почва меняет микрорельеф и засыпает различные впадины. Покрытая растительностью плодородная почва препятствует размыву и сносу подстилающих пород. В процессе стока из почвы поступает в водоемы масса органических веществ, способствующих развитию водных организмов. Почва служит средой жизни и субстратом для большого количества видов животных. Благодаря отмеченным взаимосвязям те или иные изменения в почве неизбежно вызывают изменения в других составных частях природы.
Велика роль почвы в жизни человека. Как в далеком прошлом, так и в настоящее время, несмотря на все достижения науки и техники, человек получает из почвы почти все (за исключением ресурсов моря) необходимое для поддержания своего существования. Карл Маркс назвал почву великой лабораторией, арсеналом, доставляющим и средство труда, и предмет труда, и место для поселения. Почва и ее плодородие — важнейший и незаменимый источник пищевых ресурсов для человечества, главное богатство, от которого зависит наша жизнь. Поэтому необходимо всегда заботиться о ней и делать все, чтобы оставить ее улучшенной последующим поколениям. Она является основным средством сельскохозяйственного производства и лесоводства. Помимо того, вместе с материнскими породами почву применяют в различных земляных сооружениях.
Кроме перечисленного, почва имеет важное санитарно-гигиеническое и медицинское значение. Она является средой жизни многочисленных низших животных и микроорганизмов, оказывающих болезнетворное воздействие на человека. Известно, многие инфекционные и паразитарные болезни носят очаговый характер. Эти очаги представляют собой естественную среду, благоприятную для существования возбудителей болезней. Таковой средой часто служит почва. Почва служит своеобразным инкубатором для многих гельминтов (глистов), дает приют кровососущим насекомым, клещам, грызунам, являющимся переносчиками некоторых болезней. В почве могут находиться возбудители брюшного тифа, туберкулеза, дизентерии, бруцеллеза, сибирской язвы, столбняка и др.
На состояние здоровья человека может оказывать влияние (через растения и животных) химический состав почвы. Недостаток (или избыток) отдельных химических элементов бывает столь велик, что вызывает в организме нарушение обмена веществ и эндемические заболевания населения. Известны многочисленные случаи заболевания от недостатка кальция, железа, йода, а также некоторых химических элементов, входящих в состав витаминов, ферментов, гормонов. В качестве примера можно указать, что одно из таких наиболее широко распространенных заболеваний человека, как эндемический зоб, связано с недостаточным содержанием подвижных форм йода в почвах. В 60-х годах XX в. этим заболеванием было поражено примерно 7% населения Земли.
Следовательно, использование и охрана почв должны основываться на учете их разнообразной роли в природе и жизни человека.

Билет

Закон толерантности

Закон Толерантности — (ЗАКОН ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОПТИМУМА В. ШЕЛФОРДА) лимитирующий фактор процветания организма может быть как минимумом, так и максимумом экологического фактора, диапазон между которыми определя6ет пределы толерантности организма к данному фактору. Организм может иметь широкие границы устойчивости в отношении одного фактора и узкие в отношении другого.
Организм с широкими границами по большинству экологических факторов обычно широко распространен (например, воробей). Если условия по одному фактору не оптимальны, то может снизиться предел устойчивости к другому экологическому фактору (например, при низком содержании азота в почве снижается засухоустойчивость злаков).

В современной экологической литературе (Одум, 1975, 1986; Федоров, Гельманов, 1980; Левич и др., 1997) закон толерантности рассматривается как продолжение и расширение принципа Либиха. Лимитирующим при этом называют фактор, по которому для достижения заданного относительного изменения функции отклика необходимо минимальное относительное изменение значения фактора. Такое определение требует подробного изучения зависимости функций отклика от всей совокупности экологических факторов в каждом конкретном случае, что связано с использованием приемов многофакторного эксперимента и аппарата многомерной математической статистики. Практическое использование такого подхода к исследованию большинства природных экосистем затруднено из-за недостатка экспериментальных данных и отсутствия систематических наблюдений.

Источник

Роль почвы

Роль почвы выражается в том, что она является не только жизненным простором для наземных организмов растительного и животного мира, но и служит основным источником питания, энергии и воды для растений. В почве задерживаются минеральные и органические вещества, происходит их преобразование из одной формы в другую, доступную для растений. Почва выполняет санитарные функции (содействует очищению воды, воздуха, разрушению вредных веществ).

Почвы является своеобразным буфером и предохраняет поверхность суши от переувлажнения, перегревания, переосушения. Почва способствует аккумуляции значительного количества солнечной энергии в результате фотосинтетической деятельности растений. Почва является основным звеном в процессе малого биологического и большого геологического круговорота веществ. В литосфере почва является источником веществ, которые содействуют образованию минералов, пород, полезных ископаемых. Воздействие почвы на воды проявляется в изменении химического состава грунтовых и поверхностных вод, в формировании речного стока и водного баланса, а в конечном итоге в круговороте воды на Земле. Влияние почвы на атмосферу определяется тем, что почвенная атмосфера находится в постоянном взаимодействии с воздухом атмосферы. Благодаря плодородию почва выступает как основное условие возникновения сельского хозяйства и существования человека на планете.

Источник

Роль почвы в круговороте веществ в природе. Хозяйственное значение почв.

Почва представляет собой природную систему, где под влиянием живых организмов и других факторов происходят образование и разрушение сложных органических соединений. Минеральные вещества извлекаются растениями из почвы, входят в состав их собственных органических соединений, затем включаются в органические вещества тела сначала растительноядных, затем насекомоядных, хищных животных. После гибели растений и животных их органические соединения поступают в почву. Под воздействием микроорганизмов в результате сложных многоступенчатых процессов разложения они переходят в формы, доступные для усвоения растениями, частично включаются в состав органических веществ, задерживаются в почве или удаляются с фильтрующимися и сточными водами. В результате происходит закономерный круговорот химических элементов в системе «почва – растения (животные – микроорганизмы) – почва». Это круговорот был назван В.Р. Вильямсом малым или биологическим. Благодаря процессам малого круговорота веществ в почве постоянно поддерживается плодородие.

Дождевые, паводковые и другие воды, фильтруясь через почву, растворяют и выносят из нее питательные вещества. Этот процесс способствует обеднению почвы и снижению ее плодородия. Поэтому для поддержания почвенного плодородия необходимо создавать такие условия, при которых, вымыв и потеря почвой питательных веществ будут минимальными.

Почва и ее плодородие – главное богатство, от которого зависит жизнь людей. Почва – место для поселения людей, предмет и средство их труда. Поэтому всегда необходимо заботиться о почве, чтобы выполнить свой долг – сохранить и улучшить ее для последующих поколений.

Наиболее ценные в сельскохозяйственном отношении земли – пашни, залежи и многолетние насаждения. Из всех возделываемых земель 590 млн. га приходится на долю зерновых, дающих в год 1197,5 млн. т зерна.

Сельскохозяйственные земли расположены мозаично. Они занимают обширные территории в лесостепных и степных районах Северного полушария. На Евразию, включая Россию, приходится 841 млн. га, или 60% всех возделываемых земель. Обрабатываемые земли мира составляют в среднем около 0,5га на каждого человека. Этот показатель различен в разных странах: в бывшем СССР – 0,9га, в США – 0,91га, в Канаде – 2,05, в Великобритании – 0,13, в Японии – 0,05га.

Обрабатываемые земли – результат сложных естественных процессов и многовекового труда людей, поэтому качество почв во многом зависит от длительности возделывания земли и культуры земледелия. Вместе с урожаем человек изымает из почвы значительное количество минеральных и органических веществ, тем самым, обедняя ее. Так, при урожае картофеля в 136 ц/га из почвы удаляется 48,4 кг азота, 19 кг фосфора и 86 кг калия, и необходимо систематически пополнять запасы этих элементов в почве внесением удобрений. Применяя необходимые севообороты, тщательно обрабатывая и удобряя почву, человек повышает ее плодородие столь значительно, что большинство современных обрабатываемых почв следует считать искусственными, созданными при участии человека.

Таким образом, в одних случаях воздействие человека на почвы приводит к повышению их плодородия, в других – к ухудшению, деградации и гибели. К особым последствиям этого воздействия следует отнести ускоренную эрозию, загрязнение чужеродными химическими веществами, засоление, заболачивание, занятие почв под различные сооружения (транспортные магистрали, водохранилища и др.). Ущерб, наносимый почвам в результате нерационального использования земель, принял угрожающий характер. Уменьшение площадей почв происходит значительно быстрее, чем их образование. Особенно опасна для плодородия почв ускоренная эрозия.

Деградация почв – постепенное ухудшение свойств почв (уменьшение содержания гумуса, разрушение структуры, снижение плодородия), вызванное изменением условий почвообразования в результате как естественных причин, так и хозяйственной деятельности человека, эрозия, загрязнение пестицидами, вторичное засоление, неправильная агротехника. Пестициды – (ядохимикаты) – химические препараты для защиты сельскохозяйственной продукции, растений, для уничтожения паразитов у животных, для борьбы с переносчиками опасных заболеваний и т. п. Пестициды в зависимости от объекта подразделяются на: гербициды – для уничтожения сорной растительности, инсектициды (против вредных насекомых), зооциды (для борьбы с грызунами), фунгициды (с возбудителями грибковых заболеваний), дефолианты (для удаления листьев), дефлоранты (для удаления лишних цветков) и т.д. Пестициды распространяются на большие пространства, весьма удаленные от мест их применения. Многие из них могут сохраняться в почвах достаточно долго. Они в конечном итоге попадают в различные экосистемы, включая океан, пресноводные водоемы, наземные биомы и др., в значительных количествах накапливаются в почвах и увеличивают свои концентрации при движении по трофическим цепям. Пестициды являются единственным загрязнителем, который сознательно вносится человеком в окружающую среду. Они поражают различные компоненты природных экосистем: уменьшают биологическую продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают численность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге представляют опасность и для самого человека. Подсчитано, что 98% инсектицидов и фунгицидов, 60-95% гербицидов не достигают объектов подавления, а попадают в воздух и воду, а зооциды создают в почве безжизненную среду. В Краснодарском крае начинают применять безгербицидные методы выращивания риса и кукурузы. В последние годы в США разработаны гербициды, не представляющие явной опасности для живых организмов или быстро разрушающиеся в окружающей среде. Широкое применение биологических методов защиты растений позволит уменьшить степень загрязнения среды пестицидами. В связи с увеличивающимся загрязнением атмосферы (оксиды серы и азота) возникла проблема кислотных дождей и их воздействия на почвенный покров. Установлено, что низкой устойчивостью к техногенному кислотному воздействию отличаются почвы таежной и тундровой зон, а достаточно высокой – почвы степных и пустынных районов.

Одной из острых проблем многих регионов земного шара является эрозия почв. Она обусловлена переходом к крупной тяжелой технике и увеличением размера сельскохозяйственных полей, что привело к устранению многих естественных препятствий и для ветровой, и для водной эрозии. Эрозия является одной из главных причин уменьшения содержания гумуса в почвах; так, за последние 15-20 лет его содержание в пахотных почвах бывшего СССР снизилось на 8-30%, в том числе в России – в среднем на 20%, на Украине – на 9%. Гумус (перегной) – темноокрашенное органическое вещество почвы, образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных остатков и накапливающееся в верхнем почвенном горизонте. Он является одним из главных источников элементов питания растений. Гумус состоит из двух групп органических соединений. 1 ая группа – это соединения, содержащиеся в растительных и животных остатках (10-15% от всей массы органики почвы): белки, углеводы, жиры, смолы, фосфаты, лигнин и др. 2 ая группа – составляет основной фонд гумуса и представлена собственно гумусовыми веществами, возникшими при преобразовании органических остатков (85-90%): фульвокислоты, гумин, гуминовые кислоты и др. Процессы превращения органического вещества в почве теснейшим образом связаны с жизнедеятельностью микроорганизмов. Так, в 1г подзолистой почвы развивается до 0,6млрд. бактерий, а в черноземной – до 2,5млрд. Гумус, оказывая благоприятное влияние на многие физико-химические свойства почвы, тем самым способствует повышению ее плодородия. Однако в процессе обработки почв происходит значительное уменьшение содержания гумуса, поэтому для восполнения потерь перегноя в обрабатываемые земли вносят минеральные и органические удобрения. Минеральные удобрения, добытые из недр или промышленно полученные химические соединения, содержат основные элементы питания (азот, фосфор, калий) и важные для жизнедеятельности микроэлементы (медь, бор, марганец и др.). Органические удобрения – это перегной, торф, навоз, птичий помет (гуано), компосты, используемые для повышения плодородия почв, или биологические добавки, способствующие развитию полезной микрофлоры почв. Компост – удобрение, получаемое в результате микробного разложения органических веществ растительного и животного происхождения, в то числе бытовых отходов и др. Он, в зависимости от способа производства, исходного материала и добавок (культуры бактерий, каменная мука), имеет различное содержание питательных веществ. Компост представляет собой гумусоподобное почвоулучшающее средство, причем при компостировании составляются торфо-навозные, торфо-фосфоритные смеси, включающее также отходы и отбросы сельского хозяйства, городской мусор и пр. В компостных установках процесс разложения целенаправленно регулируется: создается температура до 70 о C, при которой погибают микробы и семена сорных растений. Компост часто применяется вместо остродефицитных органических удобрений (навоз, торф), что позволяет улучшить почвы и получить более высокие урожаи сельскохозяйственной продукции. При использовании удобрений необходимо учитывать требования закона минимума и строго соблюдать сроки их внесения, это важно для того, чтобы растение успело «переработать» его, превратить в органическое вещество своего «тела». В противном случае удобрение превращается или в загрязнитель почвы, или – если растение его впитало, но не успело до сбора урожая полностью использовать для своего роста – в опасное для здоровья человека вещество. Этот закон сформулировал Либих в 1840 г.

Кроме того, избыток питательных веществ, очевидно, может быть вредным. Так, например, хлористый натрий необходим растениям в небольшом количестве, избыток же его в почве влечет за собой исчезновение многих видов, за исключением устойчивых форм, называемых галофитами. Это наблюдение легло в основу другого закона, названного законом толерантности. Оба эти закона справедливы лишь в первом приближении, так как многие растения способны адаптироваться к отсутствию или недостаточному количеству какого-либо питательного вещества, заменяя его другим, близким по химическим свойствам.

Из Закона физико-химического единства всего живого вещества Земли следует, что вещество (пестициды, антибиотики и др.), вредное для одних видов существ (вредителей, микробов), вредно и для всех других, в том числе и для человека, хотя и в разных дозах. Воздействию пестицидов подвергаются не только вредители, но и живущие рядом с ними полезные животные и микроорганизмы (черви, бактерии, насекомые-опылители и др.), которые либо гибнут, что приводит к нарушениям в экосистемах, ухудшению структуры и плодородия почв, либо накапливают в своих организмах этот яд, передавая его по пищевым цепям консументам более высокого порядка вплоть до человека. А так как высшие консументы съедают за свою жизнь не одно животное или растение, а много, то с каждым уровнем цепи концентрация вредных веществ в организме повышается примерно в 10 раз, доходя до смертельных доз. Населяющие почву организмы стремятся переработать попадающие в нее вещества-загрязнители, но если последних слишком много или они ядовиты для самих редуцентов, то земля может потерять способность к плодородию.

Вопросы для самоконтроля

1. Роль почвы в круговороте веществ в природе. Хозяйственное значение почв.

2. Назовите физико-механические свойства почвы.

Источник