V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние различных растительных сообществ на агрохимические свойства почвы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение
Почва является непременным соучастником всех основных функций проявления жизни на земле. Это ее участие осуществляется в системе организм — почва, в которой сложными трофическими цепями связаны между собой все растительные организмы, траво — и плотоядные животные и паразиты.
В настоящее время все очевиднее становится тот факт, что состояние почвенного покрова и его качество теснейшим образом связаны с наблюдающимися уже сегодня изменениями баланса кислорода и углекислоты в атмосфере, уменьшением запасов биологически чистой воды и эвтрофикацией водоемов. В этом проявляется особая планетарная роль почвенного покрова Земли. Поэтому задачи охраны и повышения почвенного плодородия в нашей стране приобрели первостепенную важность.
Почва является результатом развития природного почвообразовательного процесса. Она как бы замыкает на себя часть связей между животными и растениями, не только играя роль арены, где разыгрываются сцены жизни, но и являясь также преобразователем вещества разного происхождения в усвояемые для растений формы соединений. В то же время, растения оказывают значительное влияние как на физические, так и на химические свойства почвы. Растения могут подкислять или подщелачивать почву. Под влиянием растительных остатков значительно изменяется содержание органического вещества и основных элементов питания в почве. При этом происходящие изменения в почве связаны с видовым составом произрастающих на этой почве растений.
Цель исследований: изучить влияние растений смешанных лесов, многолетних трав на агрохимические свойства почвы.
Задачи: 1) изучить литературные источники; 2) отобрать образцы почвы в растительных сообществах: смешанный лес с преобладанием сосны, смешанный лес с преобладанием лиственных пород, угодье сенокос и городской парк; 3) повести агрохимический анализ почвенных образцов; 4) сравнить влияние различных растений по агрохимические показатели почвы.
Методы исследования: 1)изучение литературных источников; 2)отбор почвенных образцов; 3)лабораторно-исследовательский.
Предмет исследований : агрохимические свойства почвы .
Объект исследований: кислотность почвы, содержание органического вещества,азота, фосфора и калия в почвев различных природных сообществах.
Время проведения исследований: август – декабрь 2017 года.
2. Литературный обзор
2.1. Агрохимические свойства почвы.
Плодородие – сложное интегральное свойство почвы, которое определяется ее механическим, химическим и минералогическим составами, но при
этом важнейшее значение имеет содержание в почве органического вещества и его качественное состояние.
Органическое вещество представляет собой сложное сочетание растительных и животных остатков, находящихся на различных стадиях разложения, и специфических почвенных органических веществ, называемых гумусом.
Гумусное состояние почв – это фундаментальное свойство почвы, поскольку оно обуславливает все многообразие факторов плодородия, и в итоге – само плодородие [1].
Органическое вещество является источником азота и зольных элементов питания растений, оказывает существенное влияние на структурное состояние, физические, водно-физические и физико-механические свойства почв, играет ведущую роль в биологическом режиме почв, поддерживая в почвах определенный уровень биологической активности.
Реакция почвы является одним из основных диагностических показателей почвообразовательных процессов. Она оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов.
Она может быть нейтральной, кислой или щелочной. Наиболее кислую реакцию имеют верховые торфяники. Кислой реакцией характеризуются подзолистые и дерново-подзолистые почвы. Для черноземов свойственна нейтральная реакция, для каштановых почв, солонцов – щелочная.
Каждый вид растений лучше всего развивается при определенной реакции почвы. Наиболее благоприятными для большинства культур являются слабокислые или слабощелочные почвы. С реакцией почв тесно связана и жизнедеятельность почвенных организмов. В кислой среде распространена грибная микрофлора. Для бактерий предпочтительной реакцией является реакция, близкая к нейтральной. Таким образом, реакцию почв можно рассматривать как важный экологический признак [2]. Азот является одним из основных питательных элементов для роста растений, образования белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла и др. органических веществ. При недостатке азота в почве растения желтеют, становятся этиолированными и отстают в росте и развитии [3].
Азоту принадлежит важная роль в процессах новообразования гумусовых веществ. Аккумуляция азота в почве является характерным признаком почвообразования, а запасы общего азота определяют потенциальное плодородие.
Содержание азота в почве зависит от количества органического вещества, прежде всего гумуса. Следовательно, чем больше гумуса содержат почвы, тем больше в них азота
Валовое количество азота в почвах изменяется от 0,02-0,05 % в дерново-подзолистых песчаных до 0,2-0,5 % в черноземах [4].
Важным элементом биосферы является фосфор. По своему влиянию на развитие растений он занимает второе место после азота. Фосфор является составной частью сложной структуры нуклеиновых кислот растений, который регулирует синтез белка. Следовательно, фосфор играет важную роль в делении и развитии клеток. Фосфор так же связан с механизмом обмена энергии в клетках [5]. Содержание фосфора в почвах достигает 0,05-0,15%, а в метровом слое почвы в зависимости от типа составляет от 3,8 до 22,9 т/га, тогда как в дерново-подзолистых почвах-около 4 т/га [6] . В почву фосфор поступает с растительными и животными остатками, удобрениями; значительная часть его привносится почвообразующей породой. Некоторая часть фосфора поступает с атмосферными осадками, с космической и атмосферной пылью и техногенным путем [7].
Наряду с азотом и фосфором калий является важнейшим элементом питания растений.
В отличие от азота и фосфора калий не входит в состав органических соединений, находится в растениях только в ионной форме (К+). Около 80 % калия содержится в клеточном соке, а остальные 20 % обменно адсорбируются коллоидами цитоплазмы.
Калий участвует в процессах синтеза и оттока углеводов в растениях, обуславливает водоудерживающую способность клеток и тканей, влияет на устойчивость растений к засухе и поражаемость культур болезнями, играет важную роль в белковом обмене, активирует многие ферментные системы. При недостатке калия клетки растут неравномерно, что вызывает гофрированность, куполообразное закручивание листьев.
В почве его содержится значительно больше чем азота и фосфора. В глинистых и суглинистых почвах его содержится больше чем в песчаных или торфе[8]. Общее содержание калия в минеральных почвах нашей зоны выше в 5-15 раз, чем содержание азота, и в 8-40 раз выше, чем фосфора. Общее содержание калия в почвах колеблется от 0,5 до 3% [9].
2.2. Влияние растительности на свойства почвы.
В естественных условиях плодородие почв неразрывно связано с соответствующим этим почвам биоценозом и является результатом развития природного почвообразовательного процесса.
Лесная растительность с момента образования сомкнутого древостоя активно воздействует на почву, изменяя ее свойства. Происходящие изменения в почве связаны с видовым составом лесообразующих пород лесного биоценоза [10].
Различают почвоулучшающие и почвоухудшающие древесные породы. К первым относят те, лесной опад которых образует слабокислый или нейтральный гумус. Опад почвоухудшающих пород превращается в грубый гумус [11].
Высокими почвоулучшающими свойствами отличаются акация желтая, ракитник, дрок, на корнях которых поселяются клубеньковые бактерии, усваивающие азот воздуха. Обогащение почвы азотом происходит в основном через растительный опад. Почвоулучшающая роль березы, липы, ясеня, вязов, граба, лиственницы, лещины, бересклета, можжевельника, рябины, клена татарского заключается в быстром разложении их опада, более полном вовлечении содержащихся в нем химических элементов в новый цикл биологического круговорота.
Породы, образующие грубый покров, дающий сильнокислый гумус, считаются почвоухудшающими (пихта, ель, сосна) [12].
Огромное влияние на повышение плодородия почвы оказывают многолетние травы, бобовые и злаковые, оставляя после себя в почве большое количество корней и пожнивных остатков.
Многочисленные растительные остатки образуют в верхних слоях почвы большое количество гумуса, который склеивает почвенные частицы в структурные агрегаты. Поэтому после многолетних трав почва имеет повышенное содержание водопрочных структурных агрегатов, надежно противостоящих эрозии. Хорошо оструктуренная многолетними травами почва после обработки имеет рыхлое строение и высокую степень влагоемкости. Многолетние травы способны усваивать и переводить в органическую форму большое количество минеральных веществ почвы, в том числе вносимых с минеральными удобрениями. В составе растительных остатков многолетних трав эти вещества не вымываются из почвы и не загрязняют окружающую среду.
Среди различных сельскохозяйственных культур бобовым принадлежит ведущее место в обогащении почвы органическим веществом, как с точки зрения количества, так и его качества.
Роль бобовых культур в регулировании почвенного плодородия сложна и многообразна. Они не только изменяют круговорот азота в земледелии и способствуют накоплению органического вещества с низким отношением углерода к азоту, но и оказывают воздействие на развитие микроорганизмов и ферментативную активность почвы. Многолетние травы стоят в первом ряду почвоулучшающих культур [13].
3.Экспериментальная часть
3.1. Методика проведения исследований
Исследования проводили с августа по декабрь 2017 года. Почвенные образцы отбирали на глубине 0-10 см на территории Московской области. Угодье сенокос, смешанный лес расположены в Мытищинском районе: сенокос (фото 3) - рядом с деревней Торфоболото, смешанный лес с преобладание сосны (смешанный лес № 1) (фото 1) - между деревнями Новосельцево и Степаньково, смешанный лес с преобладанием лиственных пород деревьев (смешанный лес № 2) (фото 2)– между деревнями Новосельцево и Еремино. Городской парк (фото 4) находится в микрорайоне Шереметьевский города Долгопрудный. На угодье сенокос произрастают многолетние злаковые травы, клевер, одуванчик и другие, в лесу № 1 преобладала сосна обыкновенная. Древесная растительность смешанного
Фото 1. Лес 1 . Фото 2. Лес 2.
Фото 3. Сенокос . Фото 4. Городской парк.
леса № 2 состоит из ели, березы, лещины и др. В городском парке произрастают береза, ива, яблони, клен и др.
Агрохимические анализы почвы проводили на базе ФГБНУ ФНЦ «ВИК им. В.Р. Вильямса» в отделе аналитических методов исследований. Кислотность почвы определяли по ГОСТ 26483-85, органическое вещество – методом Тюрина ГОСТ 26213-91, общий азот – ГОСТ 26107-84, подвижные формы фосфора и калия – методом Кирсанова ГОСТ 54650-2011.
3.2. Результаты исследований.
Результаты агрохимического анализа почв представлены в таблице. Почвы городского парка и сенокоса имеют слабокислую реакцию среды
( 5.43 и 5.21 соответственно), почвы смешанного леса № 2 и смешанного леса № 1 – очень кислую реакцию среды (3,75 и 4,04 соответственно) . Исследования некоторых авторов [11, 14] показывают, что опад хвойных пород подкисляет почву. Это также отмечено и в наших исследованиях.
Высокое содержание органического вещества, общего азота, подвижных фосфора и калия отмечено в почве городского парка. Очевидно в городском парке проводили культурно-технические работы по улучшению состояния верхнего слоя почвы, возможно вносили торф, перегной, удобрения.
Таблица.
Основные почвенные показатели под различными ценозами
(Московская область), слой 0-10 см
|
Ценоз |
рН сол. |
Органическое вещество, % |
N, % |
Р2О5, мг/кг |
К2О, мг/кг |
|
Сенокос |
5,21 |
2,79 |
0,199 |
78,02 |
111 |
|
Смешанный лес с преобладанием сосны |
4,04 |
6,84 |
0,327 |
53,85 |
122 |
|
Смешанный лес с преобладанием лиственных пород |
3,75 |
5,80 |
0,330 |
31,32 |
170 |
|
Городской парк |
5,43 |
8,41 |
0,468 |
140,11 |
488 |
Высокое содержание органического вещества в почвах смешанных лесов можно объяснить большим количеством растительных остатков травянистых и древесных растений, а также и остатками животных.
Гумус накапливается в почве под влиянием всех наземных растений, а интенсивность его накопления зависит от их продуктивности. На лесных участках в условиях Подмосковья на поверхности почвы образуется лесная подстилка с высоким содержанием органического вещества. Процессы накопления гумуса и формирования гумусового горизонта почвы происходят под всеми лесными насаждениями [10]. Поэтому в слое почвы 0-10 см содержание органического вещества достаточно высокое.
Содержание общего азота в почве напрямую зависит от содержания в ней органического вещества. Чем больше этот показатель, тем выше и количество азота. В наших исследованиях высокое содержание общего азота отмечено в городском парке. В изучаемых лесах его количество было одинаковым и составило 0,33 %. Содержание общего азота в почве сенокоса было на 60% меньше, чем в почве леса.
В смешанном лесу № 2 отмечено низкое содержание подвижного фосфора в почве. В кислых почвах доступность фосфора растениям резко падает. По литературным источникам [7] чем кислее почва, тем менее доступным становится фосфор вследствие связывания его свободным алюминием и включения в железистые конкреции.
Содержание калия в почве зависит от минералогического, гранулометрического составов и содержания гумуса. В наших исследованиях очень высокое его количество наблюдалось в почве городского парка. Содержание калия в почве лесов выше, чем в почве сенокоса.
Таким образом, растительные сообщества оказывают большое влияние на агрохимические свойства почвы, изменяя ее кислотность, содержание органического вещества, азота, фосфора и калия.
4.Выводы.
1. Растительные сообщества оказывают большое влияние на агрохимические свойства почвы, при этом происходящие изменения в почве связаны с видовым составом сообщества.
2. Существенное влияние на почвенные показатели оказывают культурно-технические мероприятия по улучшению плодородия почвы (внесение торфа, навоза и т.п.).
3. Органическое вещество накапливается под влиянием всех наземных растений. Больше всего его содержание отмечено в лесных растительных сообществах.
4. Опад хвойных пород подкисляет почву.
5. Содержание общего азота, подвижных форм фосфора и калия в почве зависит от содержания органического вещества, кислотности почвы.
5. Источники.
1. Органическое вещество почвы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.activestudy.info/organicheskoe-veshhestvo-pochvy/ (дата обращения 10.01.2018).
2. Реакция почвы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://kto.guru/geografia/119-reakciya-pochvy.html (дата обращения 10.01.2018).
3. Азот в почве [Электронный ресурс]. – Режим доступа :https://garden.fishing-fish.ru/pochva/304-azot-v-pochve.html(дата обращения 11.01.2018).
4. Азот в почвах [Электронный ресурс]. – Режим доступа : https://studfiles.net/preview/5050462/page:11/ (дата обращения 11.01.2018).
5. Фосфор в почве [Электронный ресурс] .- Режим доступа: https://garden.fishing-fish.ru/pochva/305-fosofor-v-pochve.html ( дата обращения 11.02.2018).
6. Фосфор в почве [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.agrocounsel.ru/fosfor-v-pochve(дата обращения 11.01.2018).
7. Фосфор в почвах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://studfiles.net/preview/5050462/page:12/ (дата обращения 11.02.2018).
8. Калий в почвах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://studfiles.net/preview/5050466/page:4/ ( дата обращения 12.01.2018).
9. Калийный фонд почвы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://studbooks.net/76186/agropromyshlennost/kaliynyy_fond_pochvy (дата обращения 12.01.2018).
10. Воздействие лесов на почву [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://lsdinfo.org/vozdejstvie-lesov-na-pochvu/ (дата обращения 12.01.2018).
11. Лес и почва. Значение почвы в жизни леса. Минеральное питание растений [Электронный ресурс ] . – Режим доступа: https://studwood.ru/1590797/agropromyshlennost/pochva_znachenie_pochvy_zhizni_lesa_mineralnoe_pitanie_rasteniy ( дата обращения 12.01.2018).
12. Влияние леса на почву [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://studfiles.net/preview/3894399/page:22/ ( дата обращения 13.01.2018).
13. Многолетние травы в севооборотах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://agronomiy.ru/mnogoletnie_travi_v_sevooborotach.html (дата обращения 13.01.2018).
14. Орлова М.А. Кислотность и питательный режим почв хвойных лесов Кольского полуострова: Автореф. Дис. … канд. биол. наук. — Москва, 2006. —28 с.