роль почвенного раствора в жизни растений
Что такое почвенный раствор и какова его роль в питании растений?
При описании механизмов воздействия различных видов удобрения на почву и растения часто упоминается почвенный раствор. Поэтому будет полезно разобраться с тем, что этот термин означает.
Почвенным раствором называется содержащаяся в почве влага. Ее свойства, состав и концентрация определяется совокупностью многих факторов. К числу таких факторов можно отнести биохимические реакции, происходящие в почве, степень содержания в ней солей, состав гумусного слоя, а так же состав поступивших в почву катионов. Почвенный раствор транспортирует к корневой системе растений воду и питательные минеральные вещества. Таким образом, от него напрямую зависит количество и качество питательных веществ, потребляемых растением.
Почвенный раствор состоит из минеральных соединений и органических веществ.
К минеральным соединениям относятся такие катионы как Н+, NH4+, Са2+, Mg2+, Fe2+, Fe2+ и Al3+, К+, Na+, а так же анионы NO3, Н2РО4, НСO3, СО3.
(Анионом называется ион с отрицательным зарядом, катионом – ион с положительным зарядом. Они обязательно присутствуют в соляных и кислотных растворах. )
К органическим веществам в составе почвенного раствора принадлежат аминокислоты, органические кислоты, сахары, спирты, гумусовые кислоты и их соли.
Образование почвенного раствора происходит следующим образом:
Органические остатки, разлагаясь, минерализуются. При этом образовываются растворы минеральных и органических веществ. Эти процессы сопровождаются выделением углекислого газа, поглощение которого водой ускоряет растворение минеральных веществ. При этом происходит взаимодействие катионов, содержащихся в почве, с катионами раствора и их перемещение в состав почвенного раствора.
Легкорастворимые соли – карбонаты, сульфаты, хлориды и фосфаты, содержащиеся в почве, растворяясь, так же поступают в состав почвенного раствора.
От состава почвенного раствора зависит его осмотическое давление, благодаря которому происходит движение почвенного раствора. Величина осмотического давления прямо пропорциональна концентрации раствора. В зависимости от структуры и состава почвы осмотическое давление колеблется от одной до двадцати атмосфер.
Необходимым условием для полноценного поступления в корневую систему растений влаги и питательных веществ является превышение осмотического давления почвенного раствора над осмотическим давлением клеточного сока корневой системы. В противном случае питательные вещества и вода не поступают в корневую систему.
В зависимости от того, какова концентрации почвенного раствора происходит разделение почв на засоленные и незасоленные.
Для незасоленных почв концентрация составляет несколько грамм на литр раствора. При этом минеральные вещества, входящие в его состав, в основном относятся к бикарбонатам с небольшой примесью нитратов и сульфатов. Соответственно и осмотическое давление раствора невелико, от одной до трех атмосфер. Так как осмотическое давление клеточного сока заведомо выше, питательные вещества, содержащиеся в почвенном растворе, беспрепятственно потребляются растениями.
Концентрация почвенного сока для засоленных почв может составлять от нескольких десятков грамм до нескольких сотен грамм соли на литр раствора. При этом осмотическое давление может превышать 20 атмосфер, то есть оно оказывается больше осмотического давления клеточного сока. То есть, питание растений в этом случае оказывается серьезно затруднено или вовсе невозможно.
Почвенный раствор и его значение в почвообразовании и питании растений
Жидкая часть почвы или, как ее еще называют, почвенный раствор – это содержащаяся в почве вода с растворенными в ней газами, минеральными и органическими веществами, попавшими в нее при прохождении через атмосферу и просачивании через почвенную толщу. Состав почвенной влаги определяется процессами почвообразования, растительностью, общими особенностями климата, а также временем года, погодой, деятельностью человека (внесение удобрений и др.).
Почвенный раствор образуется в результате взаимодействия воды, поступающей в почву, с ее твердой фазой и растворения некоторых органических и минеральных веществ и их производных. Наиболее существенным источником почвенных растворов являются атмосферные осадки. Атмосферные осадки, поверхностные воды, росы, грунтовые воды, попадая в почву и переходя в категорию жидкой ее фазы, изменяют свой состав при взаимодействии с твердой и газообразной фазами почвы, с корневыми системами растений и живыми организмами, населяющими почву. Образующийся почвенный раствор, в свою очередь, играет огромную роль в динамике почв, питании растений и микроорганизмов, принимает активное участие в процессах преобразования минеральных и органических соединений в почвах, в их передвижении по профилю.
Основные химические и биологические процессы в почве могут идти только при наличии свободной воды. Почвенная вода является той средой, в которой происходит миграция химических элементов в процессе почвообразования, снабжение растений водой и растворенными элементами питания.
Реакция почвенного раствора в почвах разных типов неодинакова: кислую реакцию (pH 7) – содовые солонцы, нейтральную или слабощелочную (pH = 7) – обыкновенные черноземы, луговые и коричневые почвы. Слишком кислый и слишком щелочной почвенный раствор отрицательно влияет на рост и развитие растений.
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 почвенного раствора 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.
Почвенные растворы служат непосредственным источником питания растений. Изменение концентрации и состава растворов ведет к изменению режима водного и минерального питания растений, что, естественно, непосредственно отражается на их развитии и продуктивности.
Для питания растений большую роль играет осмотическое давление почвенного раствора. Если осмотическое давление почвенного раствора равно осмотическому давлению клеточного сока растений или выше его, то поступление воды в растения прекращается. Сосущая сила корней большинства сельскохозяйственных растений не превышает 100-120 МПа.
Осмотическое давление зависит от концентрации почвенного раствора и степени диссоциации растворенных веществ. Осмотическое давление сильно изменяется при изменении влажности почвы, т.к. концентрация почвенного раствора при этом сильно варьирует. Наиболее высоким осмотическим давлением почвенного раствора характеризуются засоленные почвы, особенно тяжелые по механическому составу, с высокой поглотительной способностью. На предельное значение осмотического давления, при которых влага перестает поступать в растения, существенное влияние оказывает состав растворов.
Почвенные растворы
Почвенные растворы — это жидкая фаза почв, которую упрощенно называют почвенной водой. Процессы почвообразования, выветривания минералов и горных пород, жизнедеятельность растений и почвенных микроорганизмов неразрывно связаны с почвенными растворами.
Почвенные растворы — один из основных источников питания растений. Поэтому важно знать их концентрацию, состав и изменения в динамике.
Формирование почвенных растворов
Источниками почвенных растворов являются атмосферные осадки, вода водоносных горизонтов и конденсационная влага.
В конденсационной воде содержится некоторое количество растворенных газов, в воде, поднимающейся по капиллярам от водоносных горизонтов, также катионы и анионы растворенных солей, а в атмосферной воде, кроме того, частицы пыли и ила.
Дополнительным источником почвенной воды являются поливные воды с растворенными в них минеральными компонентами и взвесями механических элементов.
Попадая в почву, вода изменяет свой состав, взаимодействуя с твердой, газовой и жидкой фазами почв. Устанавливается равновесное состояние состава растворов, характерное для каждого типа почв.
Концентрация, состав и свойства почвенных растворов характеризуются динамичностью, так как изменяется их сезонное взаимодействие с твердой, газовой и жидкой фазами почв, а также в связи с колебаниями влажности почв.
Методы выделения почвенных растворов
Для изучения почвенных растворов их выделяют отпрессовыванием под давлением, центрифугированием (если почвы переувлажненные) и замещением (вытеснением) другой жидкостью.
Использование для анализов водных вытяжек из почвы и лизиметрических вод не дает истинного представления о составе и свойствах почвенных растворов.
При приготовлении водных вытяжек происходит высокое разбавление твердой фазы между жидкой и твердой фазами.
Лизиметрические же воды являются разбавленными почвенными растворами, так как образуются при просачивании талых и дождевых вод в основном через трещины и крупные поры почв в периоды их переувлажнения.
Лизиметрические воды собирают в специальные приемники. Тем не менее анализы водных вытяжек и лизиметрических вод широко используют для характеристики солевого состава почв, интенсивности выноса из почв различных элементов и соединений в грунтовые воды.
Концентрация, состав и свойства почвенных растворов
Концентрация почвенных растворов (по сухому остатку) в незасоленных почвах разных типов колеблется от десятых долей грамма до нескольких граммов на литр, а в засоленных почвах — от десятков до сотен граммов на литр.
Концентрация почвенных растворов неодинакова в разных генетических горизонтах, а также в зависимости от сезона года, при неполивном и поливном земледелии.
В почвенных растворах содержатся минеральные, органические и органо-минеральные вещества в ионной, молекулярной и коллоидной формах, а также растворенные газы — кислород, диоксид углерода и др.
Железо, алюминий и многие микроэлементы находятся в почвенных растворах в основном в виде устойчивых комплексов с органическими веществами.
В почвенных растворах всегда содержатся водорастворимые органические вещества различной природы (продукты разложения отмерших растительных и животных организмов, продукты их жизнедеятельности, гумусовые вещества и др.); в гидроморф-ных, полугидроморфных и солонцовых почвах их количество больше.
Коллоидно-растворимые формы веществ представлены в почвенных растворах органическими, органо-минеральными и минеральными соединениями.
Для минеральных коллоидных форм характерны золи кремниевых кислот, а также гидроксидов железа и алюминия. В таблице 34 в качестве примера приведен средний состав некоторых компонентов почвенных растворов дерново-подзолистых и дерново-карбонатной почв Среднего Предуралья.
Из таблицы 34 видно, что разные типы почв и их генетические горизонты, а также целинные и пахотные почвы одного и того же типа имеют большие различия по составу почвенных растворов.
34. Химический состав почвенных растворов (средние значения показателей* за май-октябрь 1965-1966 гг.) (Дзюин, Ковриго, 1974)
Дерново-срсднсподзолистая среднесуглинистая почва
Преобладающими в этих почвах были ионы кальция, магния, калия и гидрокарбонатные, а в пахотных почвах, кроме того, нитратные ионы.
В этом важную роль играют более высокая катионная емкость поглощения дерново-карбонатных почв, насыщенность ППК кальцием и низкая потенциальная кислотность.
Обращает на себя внимание реакция почвенных растворов кислых дерново-подзолистых почв. Она близка к нейтральной вследствие вытеснения водородными ионами почвенных растворов обменно-поглощенных катионов оснований при развитии потенциальной кислотности.
Катионы же оснований, переходя в почвенный раствор, снижают его кислотность. Следовательно, чем выше катионная емкость поглощения и степень насыщенности почв основаниями, тем благоприятнее для растений реакция почвенного раствора.
Это важно в физиологическом отношении, так как именно при реакции, близкой к нейтральной, у большинства сельскохозяйственных культур происходит нормальное усвоение корнями элементов питания (Сабинин, 1955; Журбиц-кий, 1963).
Величина окислительно-восстановительного потенциала почвенных растворов пониженная (rН2 большей частью 25-29 ед.) по сравнению с rН2 почв в целом, как трехфазных систем (Ковриго, 1982).
Это также имеет важное физиологическое значение в жизнедеятельности растений, так как величины окислительно-восстановительного потенциала их клеточного сока тоже пониженные (Сердобольский, I960).
Из таблицы 34 видно, что в целинной дерново-подзолистой почве в отличие от пахотной меньше магния, калия и особенно кальция, ниже общая концентрация растворов генетических горизонтов (исключая лесную подстилку А0).
Это связано как с более низкой их биологической активностью, так и с постоянным удалением продуктов выветривания и почвообразования из почвенного слоя в результате промывного типа водного режима.
В лесных почвах процесс нитрификации подавлен, анион NO3 – в минимальных количествах встречается только в растворах лесной подстилки.
При освоении целинных дерново-подзолистых почв под пашню в них изменились направление и активность биологических процессов, активизировались процессы нитрификации, в почвенных растворах в довольно больших количествах стал содержаться нитратный азот.
Возросло количество кальция, магния и калия, так как уменьшился вынос этих элементов в связи с изменением водного режима почв.
Влияние сельскохозяйственных культур на состав почвенных растворов
Многие изменения состава почвенных растворов под сельскохозяйственными культурами связаны с их питанием. Особенно заметные сдвиги происходят в растворах в июле — августе. В это время в растворах повышается содержание элементов питания растений и усиливается поглотительная функция корней.
Это происходит потому, что в июле — августе нитрификационные процессы в почвах достигают наивысшего уровня, повышаются фосфатазная активность почв и концентрация диоксида углерода в почвенном воздухе.
В результате этого в почвенных растворах становится больше нитратного азота, фосфора и аммонийного азота.
Наряду с этим к середине лета в почвах накапливаются кислотные продукты, следствием чего является возрастание кислотности почвенных растворов, сопровождаемое вытеснением иона кальция из ППК в раствор, и повышение обменной кислотности.
В последующий период благодаря регуляторной роли растений количество иона кальция в почвенных растворах уменьшается, а иона калия увеличивается, поэтому соотношение К + : Са 2+ расширяется (Ковриго, 1979).
От этого соотношения зависит поступление в корни питательных веществ: чем оно шире в растворах и уже в растениях, тем сильнее проявляется поглотительная функция корней и наоборот (Гунар с сотр., 1969; 1970; Петров-Спиридонов, 1970).
Изменение соотношения К + и Са 2+ в почвенных растворах наблюдается и в течение суток. К вечеру и в ночные часы оно более широкое, что приводит к более активному поступлению в это время в растения питательных элементов из почвенных растворов.
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.
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.
Осмотическое давление почвенных растворов при уменьшении влажности почв от наименьшей влагоемкости до влажности завядания возрастает в 5-6 раз.
Наиболее высокое осмотическое давление наблюдается у засоленных почв (более 150 МПа), которое выдерживают только определенные сельскохозяйственные культуры и растения-галофиты.
Регулирование состава почвенных растворов
В земледельческой практике нет специальных агроприемов по регулированию состава и свойств почвенных растворов, но по существу их постоянно проводят. К таким мероприятиям относятся:
Контрольные вопросы и задания
Почвенный раствор и его значение в жизни растений и плодородии почв
Методики исследования почвенного раствора, выделенного различными методами: выявление состава и концентрации. Роль почвенного раствора в формировании растительности и плодородия почв. Классификация почв по глубине залегания верхнего солевого горизонта.
| Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.09.2018 |
| Размер файла | 17,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Почвенный раствор и его значение в жизни растений и плодородии почв
Что такое почвенный раствор?
Дождевая вода, поступающая в почву, содержит некоторое количество растворенных веществ (кислород, углекислый газ, азот, аммиак) и соединений, находящихся в воздухе в виде пыли. В почве она активно взаимодействует с твердой фазой, переводя в раствор отдельные ее компоненты. Следовательно, вода (свободная и рыхлосвязанная) в почве представляет собой почвенный раствор. Прочносвязанная вода не входит в состав почвенного раствора. Жидкая фаза, или почвенный раствор, представляет собой наиболее подвижную, изменчивую и активную часть почвы.
Почвенный раствор играет большую роль в почвообразовательных процессах, биохимических и физико-химических реакциях почвы, круговороте и обмене веществ и питании растений. Поэтому Г.Н. Высоцкий сравнивал почвенный раствор с кровью организмов. В почвенном растворе (или с его участием) происходят процессы разрушения и синтеза органических веществ, вторичных минералов и органоминеральных соединений. С передвижением жидкой фазы связано перемещение по почвенному профилю продуктов выветривания и почвообразования.
Почвенный раствор является непосредственным источником воды и питательных веществ, которые растения извлекают из почвы. Этим и определяется важнейшая роль жидкой фазы в питании растений.
Большой вклад в изучение состава, динамики почвенного раствора, в разработку методов выделения почвенного раствора внесли Гедройц К.К., Дояренко А.Г., Шмук А.А., Захаров С.А., Роде А.А., Крюков П.А., Комарова Н.А., Шилова Е.И.
1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВЕННОГО РАСТВОРА
Какие методы существуют для изучения почвенного раствора
Изучение почвенного раствора осуществляется тремя путями:
1) Изучение почвенного раствора без предварительного его выделения, т. е. непосредственно в почве.
2) Изучение почвенного раствора, выделенного из почвы тем или иным способом.
Для выделения почвенного раствора используются различные методы:
б) центрифугирование (для почв с высокой влажностью, приближающейся к полной влагоемкости). Используются специальные стаканчики из плексиглаза в центрифуге, дающей 600 оборотов в минуту; почвенный раствор собирается в поддонник, отделенный от почвы решеткой с фильтром.
в) замещение (вытеснение) другой жидкостью. Для замещения используют этиловый спирт. Узкие высокие трубки из стекла или пластмассы наполняют на 1/8 часть длины почвой; сверху в трубку наливается вытесняющая жидкость. Просачиваясь под влиянием силы тяжести в почву эта жидкость вытесняет почвенный раствор, который собирается в приемник у нижнего конца трубки. Различные жидкости обладают различной вытесняющей способностью в зависимости от их физических свойств: удельного веса, вязкости, диэлектрической постоянной, поверхностного натяжения. Этиловый спирт обладает высокой вытесняющей способностью. Скорость вытеснения почвенного раствора зависит от гранулометрического состава почвы, ее пористости и влажности. Чем тяжелее и влажнее почва, тем медленнее вытесняется почвенный раствор.
г) лизиметрический метод. Его сущность заключается в получении из того или иного горизонта почвы почвенного раствора, вытесняемого в естественных условиях дождевой или талой водой, и собирающегося широкими плоскими воронками (лизиметрами), заложенными на определенной глубине. Недостаток этого метода является то, что с помощью его можно извлекать раствор только при большой влажности почвы, когда через нее фильтруется избыток воды и концентрация почвенного раствора понижена.
К основным видам воздействия воды на почвенные соединения при получении водных вытяжек относятся:
а) растворение. Вода растворяет простые соли (легко-, средне- и труднорастворимые), сложные соли (алюмо- и феррисиликаты), органические соединения почвы.
Хлорное железо, гидролизуясь, подкисляет реакцию среды:
Важным вопросом для методики водных вытяжек является вопрос о соотношении между почвой и водой. Этим вопросом занимался Гедройц К.К., который пришел к выводу, что с увеличением объема воды количество извлекаемых веществ растет для большинства почв.
2. СОСТАВ, КОНЦЕНТРАЦИЯ И СВОЙСТВА ПОЧВЕННОГО РАСТВОРА
Состав и концентрация почвенного раствора являются результатом целого ряда процессов: биологических, физико-химических и физических, которые протекают в почве в тесной зависимости от ее температуры, влажности и аэрации. Темп и направление указанных процессов подвержены значительной сезонной изменчивости и поэтому состав и концентрация почвенного раствора очень динамичны.
Какова концентрация почвенных растворов различных типов почв?
Какие вещества содержатся в почвенном растворе?
В почвенном растворе содержатся минеральные, органические и органо-минеральные вещества, представленные в виде ионных, молекулярных и коллоидных форм, а также присутствуют растворенные газы: углекислый газ, кислород и другие.
Минеральная часть представлена анионами и катионами.
Анионы почвенного раствора
д) SO4 2- появляется в растворе благодаря растворению гипса, в незасоленных почвах его количество не более 20-40 мг-экв/100 г почвы.
Катионы почвенного раствора
Поглощенный кальций в незасоленных почвах преобладает над другими катионами в почвенном растворе. При этом чем больше в почве образуется угольной и азотной кислот, тем большее количество кальция вытесняется водородом из поглощенного состояния в раствор.
Количество одновалентных калия и натрия в растворе невелико по сравнению с двухвалентными.
Аммоний содержится в растворе в малом количестве, т. к. быстро потребляется нитрифицирующими бактериями.
В засоленных почвах наблюдается высокое содержание натрия и магния.
При изучении почвенных растворов обнаружилось, что с изменением влажности изменяется соотношение между двух- и одновалентными катионами: чем выше влажность почвы, тем меньше двухвалентных и больше одновалентных катионов в растворе.
Алюминий и железо в растворе встречаются в ничтожных количествах благодаря нерастворимости их соединений. Только в сильнокислых почвах полуторные окислы делаются более подвижными. Высокое содержание алюминия и железа определяют токсичное действие кислых почв на растения. Но недостаток железа приводит к хлорозу.
Все эти катионы и анионы в почвенном растворе находятся в виде солей. Растворимость минеральных веществ почвы увеличивается с повышением температуры. Углекислота увеличивает растворимость карбоната кальция, а содержание в растворе хлорида натрия повышает растворимость сульфата кальция.
Органическое вещество почвенного раствора
В почвенном растворе содержатся водорастворимые гумусовые кислоты (ФК), водорастворимые вещества органических остатков и промежуточных продуктов их разложения: сахара, органические кислоты, спирты, эфиры, аминокислоты, ферменты, витамины и другие.
В течение вегетационного периода содержание органических веществ в растворе меняется и зависит от соотношения скорости процессов: минерализации и синтеза органического вещества. В почвах, богатых кальцием, где коллоиды коагулированы, количество водорастворимых органических веществ ничтожно, а почвы, богатые водородом или натрием содержат много таких веществ.
Какие свойства характерны для почвенного раствора?
1) Осмотическое давление почвенного раствора. Имеет важное значение для растений. Если оно равно или выше осмотического давления клеточного сока растений, то поступление воды в растения прекращается и оно погибает. Осмотическое давление зависит от концентрации почвенного раствора и степени диссоциации растворенных веществ, а также от влажности почвы и интенсивности биологических процессов. Поэтому его величина очень динамична. Наиболее высокое осмотическое давление почвенного раствора у засоленных почв, особенно тяжелых по гранулометрическому составу с высокой поглотительной способностью.
2) Реакция среды (рН).
3) Буферность почвенного раствора.
4) Окислительно-восстановительный потенциал.
3. РОЛЬ ПОЧВЕННОГО РАСТВОРА В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ И ПЛОДОРОДИИ ПОЧВ
Какова цель исследования почвенного раствора?
При сильном засолении растительность представлена солянками, полынями, приспособленными к высокой концентрации почвенного раствора. Благоприятные условия для культурных растений создают путем снижения концентрации солей при помощи промывок. В природе наблюдаются случаи, когда рассоление идет естественным путем, оно приводит к образованию солонцов.
Засоленные почвы подразделяют:
1) По степени засоления. Ее определяют по величине сухого остатка.
2) По токсичности солей и глубине появления первого солевого горизонта.
Порогом токсичности называется предельное количество солей в почве, выше которого начинается угнетение роста и развития среднесолеустойчивых растений. Для отдельных ионов приняты следующие пороги токсичности, %/мг-экв на 100 г почвы:
Установив глубину залегания верхней границы первого солевого горизонта и используя данные таблицы 3, исследуемой почве присваивают видовое наименование.
Таблица 3 Классификация почв по глубине залегания верхнего солевого горизонта
Глубина верхней границы солевого горизонта, см