Почва как среда для растений
Почва для растения является средой, из которой оно получает воду и элементы питания. Количество минеральных веществ в почве зависит от специфических особенностей материнской горной породы, деятельности микроорганизмов, от жизнедеятельности самих растений, от типа почвы.
Почва имеет рыхлую структуру, представленную твердыми частицами, жидкой и газообразной фазами. Твердую фазу почвы составляют продукты выветривания различных минералов. Это частицы разных размеров, подразделяемые на четыре основные группы — камни, песок, пыль и глины. Каждая группа характеризуется определенными водно-физическими свойствами. Песчаные частицы хорошо пропускают воду, но плохо ее удерживают. Мелкие частицы образуют систему капилляров, способных удерживать влагу и даже подтягивать ее из более глубоких слоев. Когда в почве преобладают крупные частицы, ее механический состав принято считать легким. Наиболее плодородными являются легко- и среднесуглинистые почвы.
Почвенные частицы конкурируют с корнями за влагу, удерживая ее своей поверхностью. Это так называемая связанная вода, которая подразделяется на гигроскопическую и пленочную. Удерживается она силами молекулярного притяжения. Доступная растению влага представлена капиллярной водой, которая сосредоточена в мелких порах почвы. Более крупные поры содержат транзитную или гравитационную воду, передвигающуюся под действием силы тяжести.
Между влагой и воздушной фазой почвы складываются антагонистические отношения. Чем больше в почве крупных пор, тем лучше газовый режим этих почв, тем меньше влаги удерживает почва. Наиболее благоприятный водно-воздушный режим поддерживается в структурных почвах, где вода и воздух находятся одновременно и не мешают друг другу — вода заполняет капилляры внутри структурных агрегатов, а воздух — крупные поры между ними.
Характер взаимодействия растения и почвы в значительной степени связан с поглотительной способностью почвы — способностью удерживать или связывать химические соединения.
Основной вклад в учение о поглотительной способности почв внес один из выдающихся представителей отечественной науки о химии почв К. К. Гедройц. Он доказал наличие связи между агрономическими свойствами почвы, уровнем ее плодородия и составом поглощенных катионов.
Гедройц Константин Каэтанович (1872—1932) — советский почвовед и агрохимик, акад. АН СССР. Разработал основы коллоидной химии почв, методы их химического анализа, принципы’ классификации (по составу обменных катионов), Лауреат премии им. В. И. Ленина (1927).
Различают несколько типов поглотительной способности: механическую, физическую, химическую, физико-химическую (обменную), биологическую.
Механическая поглотительная способность. Почва как пористое тело задерживает мелкие частицы, через нее профильтровываются грубые суспензии.
Физическая поглотительная способность. На поверхности твердой фазы почвы и почвенного раствора образуется поверхностное натяжение, которое вызывает повышение концентрации у самой поверхности твердых частичек — адсорбцию (положительную). Наблюдается и отрицательная адсорбция (например, Cl 2 – , NO 3 – ); такие ионы профильтровываются.
Химическая поглотительная способность. Вещество, вносимое в почву, может давать нерастворимые соединения, с которыми происходят химические преобразования. Например, при внесении фосфорных солей в почву, богатую кальцием, образуется труднорастворимое в воде соединение Са3(РО4)2.
Физико-химическая (обменная) поглотительная способность. Часть элементов адсорбируется на поверхности почвенных частичек или раствора, а остальные вступают в обменные химические реакции с почвенными частицами. Эта способность является главной и имеет существенное значение в создании плодородия почвы, а также в питании растений.
Биологическая поглотительная способность — поглощение химических элементов в результате, жизнедеятельности бактерий, грибов и других микроорганизмов. Значительный вклад в изучение этого вопроса внес основоположник почвенной микробиологии С. Н. Виноградский.
Виноградский Сергей Николаевич (1856—1953), русский микробиолог, один из основоположников отечественной микробиологии, чл. кор. Петербургской АН (1894), почетный член Российской АН (1923). В 1887 г. открыл хемоавтотрофные микроорганизмы и явление хемосинтеза. Впервые (1893) выделил из почвы азотфиксирующие бактерии. С 1922 г. работал в Агробактериологическом отделе Пастеровского института в Париже.
Микроорганизмы (грибы, бактерии, водоросли), при взаимодействии с которыми происходит почвенное питание высших растений, концентрируются в основном в ризосфере. Симбиоз корней высших растений с грибами — микориза (буквально — грибокорень). Микориза характерна для большинства цветковых растений (не менее 90 %), Исключение составляют водные и паразитные растения, некоторые гречишные, крестоцветные, осоковые. Микориза бывает двух типов. Экзомикориза (наружная микориза) — гифы гриба оплетают корни плотным чехлом (гифовой мантией) и проникают в межклетники (но не в клетки!) одного или нескольких наружных слоев коры. Под влиянием гормонов, выделяемых грибом, молодые корни обычно ветвятся, окончания их утолщаются, корневые волоски отмирают. Экзомикориза характерна для многих деревьев умеренной зоны (дуб, береза, ива), некоторых кустарников и трав.
Эндомикориза (внутренняя микориза) широко распространена. Характерна для большинства цветковых растений — яблони, груши, земляники, томатов, злаков, орхидных и др. При эндомикоризе грибной чехол вокруг корня не образуется, корневые волоски не отмирают. Гифы гриба проникают в клетки коровой паренхимы.
Симбиоз корней с бактериями — бактериолизы (корневые клубеньки) — имеет важное практическое значение в снабжении растений азотом. Характерен для бобовых, березовых, лоховых, крушиновых, злаков и других семейств.
Микрофлора почвы разлагает органические вещества до более простых соединений, участвует в формировании структуры почвы. Характер этих процессов зависит от типа почвы, химического состава растительных остатков, физиологических свойств микроорганизмов и других факторов. В формировании структуры почвы принимают участие почвенные животные: кольчатые черви, личинки насекомых и др.
В результате совокупности биологических и химических процессов в почве образуется сложный комплекс органических веществ, который объединяют термином «гумус».
Богданова, Т.Л. Справочник по биологии/ Т.Л. Богданова [и д.р.]. – К.: Наукова думка, 1985.- 585 с.
Источник
Биология. 10 класс
§ 12. Почвенная среда жизни. Адаптации организмов к жизни в почве
Общая характеристика почвы как среды жизни
Почва — верхний слой земной коры, обладающий плодородием. Она образовалась в результате взаимодействия климатических и биологических факторов с подстилающей породой (песок, глина). Она является источником минерального питания для растений. В то же время почва — среда жизни для многих видов организмов. Это самая молодая среда жизни на Земле. С момента возникновения она играет важную роль в эволюции органического мира. Для нее характерны следующие свойства: высокая плотность, водный и температурный режим, аэрация (обеспечение воздухом), кислотность (рН), засоленность.
Плотность почвы увеличивается с глубиной и зависит от структуры, которая определяется относительным содержанием в почве песка и глины. Наиболее благоприятна для роста растений почва, содержащая песок и глину примерно в равных количествах. По механическому составу наиболее распространенными являются глинистые (тяжелые), суглинистые и песчаные (легкие) почвы, которые существенно различаются по водному и температурному режиму.
Водный и температурный режим почвы тесно взаимосвязаны и взаимозависимы. Почвенную влагу по степени доступности разделяют на три вида: свободную (гравитационную), капиллярную, пленочную (гигроскопическую).
Свободная вода подвижная, заполняет широкие промежутки между частицами почвы, но не удерживается в ней. Она способна просачиваться вниз под действием силы тяжести, пока не достигнет грунтовых вод. Организмы ее легко усваивают. Капиллярная вода удерживается в узких почвенных каналах силами поверхностного натяжения. Она может подниматься к поверхности по порам от грунтовых вод, легко испаряться, свободно поглощаться растениями. Пленочная вода в почве удерживается за счет водородных связей с почвенными частицами и практически недоступна для растений. В глинистых почвах ее содержание достигает 15 %, в песчаных — 5 %. По мере накопления пленочной воды она переходит в капиллярную.
Температурные колебания в почве сглажены по сравнению с приземным воздухом и на глубине 1—1,5 м уже не прослеживаются. Хорошо увлажненные почвы медленно прогреваются и медленно остывают и наоборот. Это обусловлено высокой теплоемкостью воды. Гидротермический режим почвы зависит от структуры почвы и содержания гумуса (органического вещества). Глинистые почвы хорошо удерживают влагу, поэтому хуже прогреваются, но дольше сохраняют тепло, чем песчаные. Темный цвет гумуса способствует лучшему прогреванию почвы, а его высокая влагоемкость — удержанию воды почвой.
Почвенный воздух, также как и почвенная вода, находится в порах между частицами почвы. Все поры, свободные от влаги, заполнены воздухом. Так происходит аэрация (обеспечение воздухом) почвы. Пористость почвы возрастает от глин к суглинкам и пескам. На легких (песчаных) почвах аэрация лучше, чем на тяжелых (глинистых). Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, в результате чего газовый состав обеих сред имеет сходные параметры. Однако в воздухе почвы из-за дыхания населяющих ее организмов содержится меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в атмосферном воздухе. Аэрация почвы зависит от ее влажности и температуры. Повышение влажности и температуры почвы ухудшает ее аэрацию и наоборот. С глубиной в почве увеличивается содержание углекислого газа. Указанные факторы являются одними из причин вертикальной миграции организмов в почве.
Кислотность почвы (рН) выражается через рН почвенного раствора (жидкой фазы почвы) — отрицательный логарифм концентрации водородных ионов.
При рН, равном 7, реакция почвенного раствора является нейтральной, если его значение ниже 7, то почва кислая, если выше 7, то щелочная. Таким образом, чем ниже значение рН, тем выше кислотность почвы.
Растения более чувствительны к рН почвы, чем животные. Для каждого вида растений существует оптимальное значение кислотности почвы, при котором они развиваются наилучшим образом, поэтому pH является одним из наиболее важных показателей качества плодородия. При несоответствии кислотности почвы потребностям растений у них нарушается нормальный процесс питания и некоторые полезные вещества и соединения не усваиваются или усваиваются крайне плохо, в результате чего замедляется рост растений.
*Засоленность почвы характеризуется содержанием в ней легкорастворимых солей в токсичных для растений количествах (> 0,25 %). Примерно четвертая часть поверхности суши имеет засоленные почвы. Много засоленных земель в пустынях, полупустынях, в степях, а также на морских и океанических побережьях.
Засоленные почвы различаются по глубине залегания солевого горизонта, химическому составу засоления и степени засоления. По первому признаку почвы делятся на солонцы — соли расположены в глубоких слоях почвы (80—150 см) и солончаки — содержащие большое количество водорастворимых солей у самой поверхности (до 30 см) и в профиле (30—80 см). По химическому составу солей почвы классифицируются исходя из преобладающих анионов (например, хлоридные, сульфатные).
Причины засоления разные. В засушливых местах, где выпадает мало осадков, соли остаются в верхних слоях почвы, так как слабо вымываются дождевой водой. Почвы морских побережий во время прилива пропитывает соленая морская вода. Соленые брызги прибоя, постоянно оседая на прибрежной полосе, тоже засоляют почву. Причиной засоления может быть и неправильный режим орошения пахотных земель в зоне засушливого климата.
Источник
Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru
Агрономия, земледелие, сельское хозяйство
Home » Земледелие » Факторы жизни растений
Популярные статьи
Факторы жизни растений
Факторы жизни растений — условия внешней среды, необходимые для роста и развития растений.
К факторам жизни растений относятся свет, воздух, вода, тепло и питательные вещества. Оптимальное соотношение перечисленных факторов позволяет полностью удовлетворить потребности растений, что обеспечивает хороший рост, развитие и плодоношение. Несоответствие условий потребностям может приводить к задержке в росте и гибели растений.
Факторы жизни растений делят на:
- земные, то есть получаемые из почвы и атмосферы — вода, воздух, питательные вещества;
- космические, то есть получаемые за счет солнечной энергии — свет, тепло.
Навигация
Факторы жизни растений (English version)
Состав почвы и её роль в жизни растений
Почва представляет собой гомогенную систему, состоящую из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной.
Твердая фаза состоит из минеральной и органической части и представляет скелет почвы. Она включает твердые частицы, между которыми находятся свободные пустоты — поры, заполненные водой или воздухом.
Соотношение твердой, жидкой и газообразной фаз определяет режим обеспеченности растений земными факторами жизни. Для разных типов почв оно различно, а его изменение позволяет регулировать условия жизни растений. Оптимальным принято считать соотношение 2:1:1, то есть твердой фазы — 50%, жидкой и газообразной — по 25%.
Создавание и поддержание оптимального соотношения объемов фаз почвы достигается рядом приемов обработки почвы, мелиорацией, внесением удобрений, благодаря чему улучшается водный, тепловой, воздушный, питательный режимы, создавая тем самым благоприятные условия роста и развития растений.
Требования растений к свету
Световая энергия используется растениями для фотосинтеза, её количество лимитирует скорость процесса. Интенсивность и спектральный состав света влияют на рост и развитие растений. Недостаток приводит к замедлению фотосинтетических процессов, что приводит к голоданию, задержке в росте и гибели растений. Избыток световой энергии — к угнетению и ожогам.
Световую энергию растения получают от Солнца, в некоторых случаях применяют искусственное освещение, например при досвечивании рассады, в теплицах и т.п.
Солнечный свет включает ультрафиолетовый спектр, который оказывает бактерицидное действие на микроорганизмы.
Требования растений к теплу
Как отмечал К.А. Тимирязев в жизни растений ведущую роль занимает температурный фактор. Сельскохозяйственная наука к настоящему моменту накопила достаточно сведений о потребности культур в тепле.
Условной единицей измерения количества тепла является сумма активных температур, то есть более 10 °С, за период вегетации. Потребность растений в тепле колеблется в зависимости от вида и сорта, а также периода вегетации.
Определение требований к теплу дает возможность оценить условия возделывания культур в конкретной зоне. Теплообеспеченность имеет особое значение в период прорастания семян. Поэтому знание этих факторов позволяет определить точные сроки посева, выстроить систему обработки почвы и истребительные мероприятия по борьбе с сорной растительность.
Требования к теплу определяют устойчивость растений к заморозкам, условиям зимовки и жароустойчивости.
Требования растений к влаге
Вода — ключевой фактор жизни растений. Без неё не начинаются ростовые процессы в семенах, она участвует в синтезе органических веществ, является средой для превращения питательных веществ и биохимических реакций.
Оптимальная влажность почвы в корнеобитаемом слое, при которой обеспечиваются наилучшие условия роста, находится в пределах 65-90% наименьшей влагоемкости.
Транспирационный коэффициент — количество воды, расходуемое растением на создание единицы сухого вещества. Является одним из показателей влагопотребления.
Потребность во влаге может колебаться в зависимости от фаз развития растения. Критическая фаза роста — фаза развития, при которой влагопотребление максимально.
Суммарное водопотребление — количество воды, расходуемое растениями на 1 гектаре, выраженное в м 3 или мм.
Коэффициент водопотребления — расход воды растениями на создание 1 т урожая. Имеет важное значение при расчете возможной урожайности.
Требования растений к элементам питания
Растения для своего роста, развития и формирования урожая используют органические и минеральные вещества, в процессы фотосинтеза которые трансформируются в сложные органические соединения.
В элементном составе растения содержат углерод, кислород, водород, азот и многие другие элементы. На долю углерода, кислорода и водорода суммарно приходится 94% сухого вещества, по элементно: на долю углерод — 45%, кислорода — 42%, водорода — 7%. Остальные 6% сухой массы состоят из азота и минеральных элементов.
Основным питательным веществом является углекислый газ CO2. Ежегодно растения поглощают из атмосферного воздуха около 20 млрд т углерода.
На сегодняшний день накоплены большие знания о питании растений. Практически все химические элементы были найдены в различных растительных частях, доказано участие 27 элементов в биохимических процессах, 15 из них являются необходимыми для роста и развития.
Человек, в результате применения удобрений, агротехнологий, мелиорации, различных видов и сортов, оказывает значительное воздействие на состав и почвенные процессы.
В экстенсивном земледелии единственным источником минеральных веществ для растений был естественный их запас в почве. При истощении естественного плодородия люди исключали эти земли из обработки и осваивали новые. Оставленные участки восстанавливали плодородие за счет природных процессов длительное время. Наиболее яркими примерами такого подхода являются переложная и залежная системы земледелия.
Трансформационная способность почвы, то есть способность снабжать растения элементами питания и водой, внесенных извне, в интенсивных системах земледелия играет важную роль. Однако и этой способности бывает недостаточно, в условиях современного интенсивного земледелия. Кроме того, к почве предъявляются повышенные требования к фитосанитарному состоянию и агротехнологические свойства. В следствии чего, требуется улучшение всего комплекса свойств почвы, за счет использования новейших технологий для расширенного воспроизводства плодородия. Возможность решения этой задачи заложена природой самой почвы, как возобновляемого ресурса. Но неправильное применение почвы способно приводит к потере плодородия.
Регулирование факторов жизни растений
Благодаря накопленному опыту возделывания культурных растений, человек научился посредством агротехнических приемов регулировать поступление факторов жизни. Растения также обладают способностью влиять на условия произрастания, как за счет физиологических процессов, так и воздействия на внешнюю среду. Например, отмершие части растений накапливают в почве органическое вещество, что изменяет водный, питательный и другие почвенные режимы.
Основной задачей земледелия является создание оптимальных условий жизнедеятельности растений за счет регулирования количества поступающего тепла, света, питательных веществ и воды. Для решения этих задач разработаны или разрабатываются агротехнические приемы, а также ведутся исследования по изучению потребностей растений, которые во многом зависит от множества различных условий.
Создание оптимальных условий для роста и развития растений связано:
- с изменением физических, химических и биологических свойств почвы;
- наличием в ней достаточного количества питательных веществ в доступной для растений форме;
- интенсивностью процессов трансформации элементов питания из труднодоступных в легкодоступные для растений формы, то есть процессов мобилизации и иммобилизации.
Регулирование космических факторов жизни растений в земледелии весьма затруднительно, однако, не является непреодолимой задаче. Земные факторы, напротив, удается регулировать, создавая оптимальные условия для развития растений.
Космические факторы, как более глобальные, определяются поступлением световой энергии Солнца, частично трансформирующейся в тепловую. Именно она, в решающей степени определяет климатические и зональные зональные особенности местности, что обусловливает возможности произрастания тех или иных видов растений. Кроме того, климат является одним из факторов почвообразования, то есть косвенно воздействующий на произрастание растений. Почвенно-климатические условия в определяют специализацию земледелия, местный характер производства, то есть состав сельскохозяйственных культур, биологические свойства которых наиболее полно отвечают условиям и обеспечивают получение высоких стабильных урожаев требуемого качества.
Источник