Экология СПРАВОЧНИК
Информация
Почвенный осмотическое давление
Почвенный раствор имеет огромное значение в генезисе почв и их плодородии. Он участвует в процессах преобразования (разрушение и синтез) минеральных и органических соединений; в составе его по профилю почв перемещаются разнообразные продукты почвообразования. Исключительно велика роль почвенного раствора в питании растений. Поэтому важно знать его состав, свойства (реакция, буферность, осмотическое давление) и динамику.[ . ]
Осмотическое давление почвенного раствора имеет важное значение для растений. Если оно равно или выше осмотического давления клеточного сока растений, то поступление воды в растение прекращается, и оно погибает. Осмотическое давление зависит от концентрации почвенного раствора и степени диссоциации растворенных веществ. Наиболее высокое осмотическое давление почвенного раствора у засоленных почв, особенно тяжелых по механическому составу, с высокой поглотительной способностью.[ . ]
Осмотическое давление почвенного раствора существенно отличается в разных типах почв и в отдельных горизонтах одной и той же почвы (табл. 42).[ . ]
Осмотическое давление почвенного раствора любой почвы зависит от влажности и интенсивности биологических процессов, поэтому его величина довольно динамична.[ . ]
Осмотическое давление раствора определяется количеством частиц (ионов, молекул или коллоидных частиц), находящихся в единице объема раствора. Поэтому растворы почв, содержащие легкорастворимые соли, обладают высоким осмотическим давлением. В засоленных почвах осмотическое давление в 3—4 раза выше, чем в незаселенных. Если осмотическое давление почвенного раствора больше, чем клеточного сока, то прекращается поступление воды в корневые клетки и растение погибает от физиологической сухости.[ . ]
Осмотические силы в почве обусловливаются взаимодействием ионов растворенных веществ (включая и обменные катионы) с молекулами воды. Конкретным выражением осмотических сил является осмотическое давление почвенного раствора (с. 247).[ . ]
Третья группа: передвижение почвенного воздуха под влиянием меняющихся давления и температуры; диффузное передвижение газов и водяного пара, передвижение почвенного раствора под действием силы тяжести, капиллярных, сорбционных и осмотических сил; передвижение почвенной массы роющими животными, под влиянием давления корней и др.[ . ]
Разные типы почв отличаются по осмотическому давлению почвенных растворов, так как концентрация этих растворов неодинаковая. Растворы незасоленных почв имеют осмотическое давление обычно около 10 МПа, но оно может повышаться от избыточных доз минеральных удобрений и снижения влажности почв в засушливые периоды года, что отрицательно сказывается на развитии растений, урожае и его качестве.[ . ]
Результаты опытов по изучению роли почвенной влажности в чувствительности растений к S02 аналогичны данным, полученным при газации озоном. Показано, что устойчивость к озону увеличивается при снижении влажности почвы и повышении осмотического давления (Oertli, 1959). Предположение об ослаблении реакций вследствие уменьшения степени открывания устьиц было подтверждено порометрическими измерениями (Seid-mann, Robert, 1963; Seidmann et al., 1965). У растений, лишенных воды за несколько недель до газации, устьица открывались только в утренние часы при оптимальном снабжении водой (MacDowall, 1965). Доказательства изменения устойчивости растений под влиянием снабжения водой могут быть получены лишь путем точного измерения количества загрязнителя, поглощенного растением.[ . ]
Клеточный сок растений обычно имеет осмотическое давление, равное 5—15 атмосферам (иногда гораздо выше). Поэтому вода почвенного раствора устремляется в растение с огромной силой, которая и производит всю работу по передвижению воды в растении и также держит в напряжении все его ткани. В этом легко убедиться. Так, если поместить корень растения в какой-нибудь безвредный раствор (нанример, раствор сахара) такой концентрации, которая соответствует концентрации его клеточного сока (или если таким раствором полить почву около растения), то при этом сравняются концентрации раствора внутри и вне корня и исчезнет сила, заставляющая воду поступать в растение; сразу же упадет напряжение его тканей — тургор; растение опустит листья и быстро завянет, хотя бы почва была мокрая.[ . ]
От концентрации воднорастворимых солей зависит осмотическое давление почвенного раствора и поглощение воды из него корнями. Осмотическое давление почвенного раствора не превышает 3 атм., в то время как в клеточном соке корней оно значительно выше. В противном случае корневая система вместо поглощения воды из почвы выделяла бы ее иэ растения. На засоленных почвах пустынных областей с высоким осмотическим давлением их растворов культурные растения гибнут даже при достаточном количестве влаги. Здесь обитают «солянки» — дикие растения с необычайно высоким осмотическим давлением клеточного сока (десятки и даже сотни атмосфер), что и позволяет им поглощать воду (когда она бывает в почве).[ . ]
Вода из почвы поступает в корни растений благодаря действию осмотических сил, обусловленных концентрацией в растворе соединений. Концентрация клеточного сока, как правило, значительно выше концентрации почвенной влаги. Помимо осмотических сил корневых клеток, всасывающая способность растений увеличивается осмотическим давлением клеточного сока листьев, постоянно теряющих воду вследствие транспирации.[ . ]
Для жизнедеятельности растений большое значение имеет также осмотическое давление почвенных растворов, которое зависит от их концентрации и степени диссоциации растворенных веществ. Сосущая сила корней большинства сельскохозяйственных культур не превышает 100—120 МПа. Если осмотическое давление клеточного сока растений равно или ниже осмотического давления почвенных растворов, то поступление воды и питательных веществ в растения прекращается и они погибают.[ . ]
Но мы напрасно пытались бы использовать это свойство почвы для устройства «почвенного насоса». Устроив почвенную колонку и погрузив ее нижний конец в воду, мы бы подняли ее на большую высоту, но получить воду из почвы не так легко, и, во всяком случае, выливаться из капилляров она не будет. Нужно затратить некоторое усилие, чтобы преодолеть капиллярную силу, удерживающую воду в капиллярах. Растеиия извлекают эту воду из капилляров силой осмотического давления. Солнце может испарять эту воду и сушить почву силой своей лучистой энергии, а почва будет постоянно пополнять эту убыль непрерывной работой капиллярных сил.[ . ]
Большое влияние на развитие азотобактера оказывает влажность почвы. Клетки азотобактера имеют меньшее осмотическое давление, чем клетки грибов и актиномицетов; потребность во влаге аналогична потребности высших растений. Азотобактер распространен в пресных водоемах, илах, затопляемых рисовых полях, сточных водах, сильно увлажненных почвах, на водных растениях в прудах и водохранилищах. Это свидетельствует о его высокой степени гидрофильности. На основании высокой потребности во влаге почвенных форм азотобактера предполагается, что предки некоторых морских и почвенных видов азотобактера могли быть общими.[ . ]
Неблагоприятное влияние легкорастворимых солей на рост и развитие растений вызывается в основном повышением осмотического давления почвенного раствора по отношению к осмотическому давлению клеточного сока растений. В результате затрудняется поступление воды и растворенных в ней питательных веществ в корневую систему и ткани растения. Под влиянием засоления изменяются проницаемость и свойства клеточной плазмы, зольный состав растений, может увеличиваться поступление и избыточное накопление вредных легкорастворимых солей и уменьшаться поступление необходимых для нормального развития и роста питательных веществ. Вследствие изменения обмена веществ у растений на засоленных почвах может снизиться продуктивность фотосинтеза и т. д.[ . ]
В отличие от галофитов растения, произрастающие не на засоленных почвах, называют гликофитами. Галофиты имеют высокое осмотическое давление, позволяющее им использовать почвенные растворы, так как сосущая сила корней превосходит сосущую силу почвенного раствора. Некоторые галофиты выделяют излишки солей через листья или накапливают их в своем организме. Поэтому иногда их используют для получения соды и поташа.[ . ]
Запасание и экономное расходование воды —главное приспособление суккулентов к поддержанию устойчивого водного баланса. Использование глубокой почвенной влаги для них недоступно из-за низкого осмотического давления клеточного сока (порядка 3—8 атм). Корневая система суккулентов расположена поверхностно и не отличается густотой ветвления. Суккулентам свойственно интенсивное насасывание влаги осадков из самых верхних горизонтов почвы; объемистые запасы влаги дают возможность этим растениям-«оппор-тунистам» нормально переживать сухие периоды между осадками.[ . ]
У хорошо известного вида спорообразующих бактерий — Вас. тусо1с1ез установлено наличие эколого-географических разновидностей, характерных для отдельных почвенно-климатических зон. Выявлено, что у культур этих бактерий с удалением от севера к югу положение оптимальной и максимальной температур развития соответственно повышается. Южные культуры бактерий интенсивнее размножаются и обладают гораздо более высоким осмотическим давлением в клетках, нежели северные. У других видов спороносных бактерий такой приспособительной реакции к температурным условиям среды не отмечено.[ . ]
Кроме того, даже самые высокие дозы труднорастворимых, но хорошо усвояемых азотных удобрений не создают избыточно вредных концентраций подвижного азота и высокого осмотического давления почвенного раствора, к которому чувствительны очень многие растения, особенно в начале своего развития. Создание удобрения, отвечающего указанным требованиям, — важная задача агрохимиков и технологов.[ . ]
Неблагоприятное влияние легкорастворимых солей на рост и развитие растений исключительно резко проявляется в изменении их водного режима. Это вызывается в основном несоответствием осмотического давления ( и сосущей силы) клеточного сока растений и почвенного раствора.[ . ]
В нормально увлажненных районах, наоборот, может образоваться (как считал Д. Н. Прянишников) очень много зерна, но из-за ограниченного азотного питания содержание белка в нем будет небольшое. Концентрация и осмотическое давление почвенного раствора в увлажненных районах низкие.[ . ]
Для приготовления питательного раствора необходима хорошая вода с низкой концентрацией солей. Наиболее пригодна дождевая вода, потому что она не содержит ненужные растениям соли, которые сильно затрудняют поддержание правильного осмотического давления питательного раствора. Если нет дождевой воды и приходится применять воду, содержащую в 1 л свыше 200 мг сухих веществ, рекомендуется полностью менять питательный раствор один раз в месяц. В этом случае старые растворы используют для полива обычных почвенных культур.[ . ]
Физиологическая сухость почвы — явление более сложное. Она возникает в результате физиологической недоступности физически доступной воды. Растения при физиологической сухости страдают даже на влажных почвах, когда низкая температура почвенного покрова или другие неблагоприятные условия препятствуют нормальному функционированию корневой системы. Например, на сфагновых болотах, несмотря на большое количество влаги, вода оказывается недоступной для многих растений из-за высокой кислотности почвы, плохой аэрации ее и наличия токсических веществ, которые нарушают нормальную физиологическую функцию корневой системы. Физиологически сухими являются и сильно засоленные почвы. Из-за высокого осмотического давления почвенного раствора вода засоленных почв для многих растений оказывается недоступной.[ . ]
Азотные удобрения, выпускаемые туковой промышленностью, хорошо растворимы в воде. Сильная растворимость и подвижность азотных удобрений в почве не всегда полезны. При внесении таких удобрений в больших дозах создается избыточно вредная концентрация и высокое осмотическое давление почвенного раствора, резко ослабляющие развитие молодых растений (лен, кукуруза). В районах достаточного увлажнения, особенно на легких почвах, возможно вымывание внесенного азота. В республиках Средней Азии в условиях орошаемого земледелия аммиачные и аммиачно-нитратные удобрения быстро нитрифицируются и нитратный азот с нисходящим током воды (при поливе) вымывается из корнеобитаемого слоя почвы или с восходящим током (после пол рва) выносится на поверхность. В результате этого снижается использование растениями азота из внесенных удобрений и их эффективность.[ . ]
При интенсивном ведении хозяйства для получения максимально возможных урожаев сельскохозяйственных культур необходимо вносить в почву высокие дозы азотных удобрений. Однако при использовании больших доз хорошо растворимых азотных удобрений возрастает концентрация почвенного раствора и увеличивается его осмотическое давление. Некоторые растения, например лен, хлопчатник, овощные культуры, очень чувствительны к повышению концентрации почвенного раствора, и при использовании под эти культуры высоких доз азотных удобрений нередко снижается урожай вместо его увеличения.[ . ]
Синтез азотистых веществ в растении зависит также от ряда других условий вегетации, помимо внесения в почву удобрений. Известно, что понижение влажности сопровождается увеличением процента белков в зернах пшеницы; умеренная засоленность почвы, соответствующая концентрации почвенного раствора в 11/а— 2 атм. осмотического давления, также увеличивает процент белков в зерне пшеницы. Отсюда понятно и резкое влияние климатических или географических условий на содержание азота в семенах пшеницы, выявленное Н. Н. Ивановым. Средний процент содержания белка в пшенице колеблется по районам СССР от 12 (Горки) до 21 (Красный Кут).[ . ]
Минеральные удобрения необходимы для дополнения органических удобрений. Поскольку овощные культуры выращиваются преимущественно на легких почвах, с малой емкостью поглощения, не следует вносить сразу большие дозы азота и калия, чтобы избежать чрезмерно высокой концентрации ионов в почвенном растворе (то есть опасного для растений повышения осмотического давления). Поэтому при необходимости внесения больших доз следует использовать сложные удобрения или удобрения типа мочевины, калийной селитры или фосфата аммония, которые при равном содержании элемент?Тв питания вносят в почву меньше балластных ионов.[ . ]
Влажность з а в я д а и и я (ВЗ) , или коэффициент завядания (КЗ) , соответствует пределу влажности почвы, при котором прекращается рост растений. Влажность завядания на супесчаных и легко-суглшшстых почвах составляет 3—6%, среднесуглинистых— 6—12% массы сухой почвы и зависит также от вида растений, фазы их развития и осмотического давления почвенного, раствора. Она равна обычно полуторной или двойной величине максимальной гигроскопичности. Количество влаги в почве при снижении до влажности завядания, когда вода становится недоступной для растений и они гибнут, называют мертвым запасом (М3). Разница между показателями наименьшей влагоемкости и влажности завядания обозначает количество влаги, доступной (ДВ) для растений, или продуктивной влаги. Однако оптимальной для растений является влажность, величина которой находится между FIB и влажностью разрыва капилляров (60—70 % НВ) .[ . ]
Содержание белка в пшенице одного и того же сорта возрастает по мере-продвижения ее с северо-запада на юго-восток. Например, по данным Государственной сети по сортоиспытанию, в зерне сорта Гордеиформе белка находилось: в Тульской области 14,4%, в Кустанайской — 24,1; зерно сорта Лютесценс 62 содержало белка в Минской области 9,8%, в Челябинской — 24,4. Н. М. Тулайков (1916) связывал это со значительным увеличением концентрации и осмотического давления почвенного раствора в засушливых районах. Сильное испарение создает дефицит воды в почве, что при обычно повышенной температуре благоприятствует повышению белковости зерна, но отрицательно сказывается на его урожае.[ . ]
Наиболее часто засоление происходит вследствие обогащения почвы солями, которые содержатся в грунтовых водах. Одновременно с повышением их уровня происходит подъем влаги по капиллярам в зону ризосферы, где и накапливаются соли по мере испарения воды в ней. Чем суше климат и чем тяжелее почва по гранулометрическому составу, тем в большей степени выражен этот процесс, тем сильнее проявляется токсичность солей по отношению к растениям. Повышенное содержание солей в почве вызывает увеличение осмотического давления почвенного раствора, что затрудняет водоснабжение растений, они хронически голодают, их рост ослабляется. Это прежде всего сказывается на корневой системе, которая теряет тургор и погибает. Особенно опасен для растений карбонат натрия. Если в почве обменного натрия содержится 10—15 % емкости поглощения, состояние растений оказывается угнетенным, при содержании его в пределах 20—35 % угнетение очень сильное.[ . ]
Жестколистные вечнозеленые леса — тип лесных экосистем, характеризующийся ксероморфной структурой (жесткими листьями, прутьевидными стеблями и др.) и распространенный на побережьях Средиземного моря, на южном берегу Крыма и черноморском побережье Кавказа, а в южном полушарии — на юго-западе Австралии и Африки. Здесь выпадает 500—1000 мм атмосферных осадков в год, при этом их максимум приходится на зимний период, а летом устанавливаются весьма засушливые условия. Распространены коричневые и своеобразные красноцветные почвы (типа терра-росса). Особенности климата и почвенного покрова привели к тому, что большинство растений средиземноморской зоны является типичными ксерофитами и обладает экологическими особенностями, позволяющими им пережить летний сухой период. Для уменьшения транспирации многие растения приобрели жесткие листья, часто слишком узкие и напоминающие хвою (кипарис, эрика, можжевельник), иногда листья имеют восковой налет. Одной из характерных особенностей растительности Средиземноморья является множество ароматических видов растений (мирт, ладанник, чабер, чистец, дубровник и пр.). Они, выделяя ароматические вещества, при испарении понижают собственную температуру и привлекают опыляющих насекомых. И, наконец, ряд растений в летнее время способны увеличивать осмотическое давление до 40—65 атм. (зимой оно составляет 10-20 атм.).[ . ]
Источник