Почвенный раствор и почвенный воздух. Лекция 9

Содержание

Слайд 2

Почвенный раствор – это жидкая фаза почвы.
Почвенный раствор – включает в

Почвенный раствор – это жидкая фаза почвы. Почвенный раствор – включает в
себя:
растворенные соли,
органно-минеральные соединения,
органические соединения,
растворенные газы,
коллоидные золи.
В. И. Вернадский считал, что почвенный раствор одна из важнейших категорий природных вод.

Почвенный раствор

Слайд 3

Осадки,
грунтовые воды.
Атмосферная и грунтовая вода, попадая, в почву изменяет свой

Осадки, грунтовые воды. Атмосферная и грунтовая вода, попадая, в почву изменяет свой
состав при взаимодействии с твердой и газообразной фазами почвы. Почвенный раствор включает в себя рыхлосвязанную и капиллярную воду.
Физически прочносвязанная вода (МГ) представляет так называемый нерастворяющий объем воды, и почвенным раствором не является.
Условно не является почвенным раствором и гравитационная вода, которая быстро просачивается через почвенную толщу. А условно потому, что уже осадки имеют растворенные вещества и представляют собой не чистую воду, а раствор.

Источники почвенного раствора:

Слайд 4

 
Состав почвенного раствора зависит:
от количества и качества атмосферных осадков,
от состава

Состав почвенного раствора зависит: от количества и качества атмосферных осадков, от состава
твердой фазы почвы,
от количества и качества органического вещества,
от жизнедеятельности мезофауны и микроорганизмов,
находится под влиянием корней высших растений.

Состав почвенного раствора.

Слайд 5

Минеральные, органические и органно- минеральные вещества имеют форму:
- истинных растворенных соединений,
-

Минеральные, органические и органно- минеральные вещества имеют форму: - истинных растворенных соединений,
коллоидно – растворенных соединений.
Коллоидно- растворимые вещества представлены:
золями кремнекислоты, полуторооксидов железа и алюминия,
органическими и органно – минеральными соединениями.
По данным К. К. Гедройца коллоиды составляют 1/ 10 – 1/4 от общего количества веществ , находящихся в почвенном растворе.
К важнейшим ионам в почвенном растворе относятся:
- катионы –Ca, +2 Mg +2, Na +, K +, NH4 +, H +, Al +3, Fe +3, Fe +2,
-анионы – НСО3- СО3,-2, NО3-, NО2- Сl - SО4-2 Н2РО4-
- микроэлементы – Сu, Ni, Cl,

Слайд 6

Наличие в почвенном растворе свободных кислот и оснований, а также солей

Наличие в почвенном растворе свободных кислот и оснований, а также солей определяет
определяет одно из основных для жизнедеятельности растений свойств – реакцию (актуальную) почвенного раствора. Обозначается индексом рН и изменяется в пределах от 2,5 до 9,0 , иногда и выше.
Концентрация почвенных растворов невелика и составляет 10 – 100 мг\л (литр) и только в засоленных почвах она может достигать несколько граммов на литр раствора. Наиболее низкая концентрация в почвах таежной зоны (подзолистые, болотные), в почвах влажных субтропиков (красноземы, желтоземы).
В почвах степей и полупустынь (черноземы, каштановые, сероземы), концентрация в почвенном растворе довольно высокая, как правило, выше 1 – 3 г\л.

Слайд 7

температуры воздуха,
влажности почвы,
интенсивности химических процессов,
интенсивности биологических процессов.

температуры воздуха, влажности почвы, интенсивности химических процессов, интенсивности биологических процессов. Все эти

Все эти факторы приводят к изменениям концентрации почвенного раствора в течение вегетационного периода и в течение суток. Для большинства почв отмечено увеличения концентрации раствора от весны к лету, что связано главным образом с уменьшением влажности за счет возрастания транспирации и испарения.
Резкое возрастание концентрации почвенного раствора в весенне-летний период наблюдается в засоленных почвах, что связано с резким уменьшением влажности почвы. Если осмотическое давление 350 – 400 г\л. Эту фазу называют фазой соленакопления.
Со второй половины лета, особенно с осени начинает возрастать количество осадков, что приводит к разбавлению солей в почвенном растворе и их концентрация уменьшается – эта фаза выщелачивания и опреснения.

почвенный раствор зависит от:

Слайд 8

Почвенный раствор - источник питания растений.
К. К. Гедройц в 1906 году писал:

Почвенный раствор - источник питания растений. К. К. Гедройц в 1906 году
«Дальнейшие успехи агрономии зависит от развития исследований почвенных растворов ввиду той важной роли, которую они играют и в почвообразовании, и в жизни растений»

Роль почвенных растворов.

Слайд 9


Изменение концентрации почвенного раствора ведет к изменению режима питания растений, что

Изменение концентрации почвенного раствора ведет к изменению режима питания растений, что выражается
выражается на их продуктивности.
Орошение позволяет разбавлять концентрацию раствора в почвах, осушение почв таежной зоны наоборот приводит к увеличению концентрации раствора.

Слайд 10

Для питания растений большую роль играет осмотическое давление почвенного раствора.
Если

Для питания растений большую роль играет осмотическое давление почвенного раствора. Если осмотическое
осмотическое давление раствора равно или выше давления клеточного сока растений, то поступление воды в растение прекращается.
  Осмотическое давление зависит от концентрации почвенного раствора.
В незасоленных почвах осмотическое давление низкое, составляет не более 10 МПа.
При уменьшении влажности от НВ до ВЗ концентрация раствора увеличивается в 5 – 6 раз, соответственно возрастает и давление, и растения испытывают голод.
Наиболее высоким осмотическим давлением характеризуются засоленные почвы.
В среднезасоленных почвах давление раствора составляет 30 – 40 МПа, а при увеличении концентрации до 20 - 50–г/л,
в сильнозасоленных – 56 - 60 МПа.
Осмотическое давление может возрастать до 150 – 260 МПа, при таком давлении почвенный раствор для растений не доступен.
На предельные значения осмотического давления, при которых влага перестает поступать в растения, существенное влияние оказывает состав растворов.
На песчаных почвах при сульфатном засолении предельное осмотическое давление, при котором растения начинают ощущать острый дефицит влаги, составляет 150 МПа,
а при хлоридном засолении - 260 МПа.

Слайд 11

 
Почвенный воздух (газовая фаза почвы) – называется смесь газов и летучих органических

Почвенный воздух (газовая фаза почвы) – называется смесь газов и летучих органических
соединений, заполняющих поры почвы, свободные от воды.

ПОЧВЕННЫЙ ВОЗДУХ

Слайд 12

Источники почвенного воздуха – атмосферный воздух и газы, образующиеся в самой

Источники почвенного воздуха – атмосферный воздух и газы, образующиеся в самой почве.
почве. С атмосферным воздухом в почву поступает кислород, который необходим для дыхания корней растений и для жизнедеятельности большинства микроорганизмов (аэробы). В процессе дыхания растительности кислород потребляется, а углекислый газ (СО2) выделяется.
Большинство растений не могут существовать без непрерывного притока кислорода к корням и вывода углекислого газа. Если изолировать почву от атмосферы, то кислород в ней исчезнет через несколько суток. Поэтому обмен между почвой и атмосферой должен быть обеспечен постоянно.

Слайд 13

При недостатке кислорода и излишка углекислоты:
замедляется рост корней,
снижается поглощение воды

При недостатке кислорода и излишка углекислоты: замедляется рост корней, снижается поглощение воды
и питательных веществ Отсутствие кислорода приводит к отмиранию корней.

Слайд 14

П р о ц е с с о б м е н

П р о ц е с с о б м е н
а п о ч в е н н о г о в о з д у х а с а т м о с ф е р н ы м н а з ы в а ю т г а з о о б м е н о м и л и а э р а ц и е й .
Аэрация почвы – важнейший фактор, определяющий продуктивность почв.
Несмотря не исключительно важную роль газовой фазы почвы, она до настоящего изучена недостаточно. Интерес к ней резко возрос в настоящее время, так как научившись обеспечивать почву водой (полив) и питательными веществами (внесение удобрений), слабая аэрация становится главным препятствием повышения плодородия почвы.

Слайд 15

Почвенный воздух находится в почве в трех состояниях:
1) Свободный почвенный

Почвенный воздух находится в почве в трех состояниях: 1) Свободный почвенный воздух
воздух
2) Адсорбированный почвенный воздух
3) Растворенный почвенный воздух

Слайд 16

1) Свободный почвенный воздух – размещается во всех почвенных порах, способен свободно

1) Свободный почвенный воздух – размещается во всех почвенных порах, способен свободно
перемещаться в почве и обмениваться с атмосферным воздухом. Наибольшее значение имеет воздух в почве так называемых некапиллярных пор, которые практически всегда свободны от воды. Такой воздух называется защемленным, Его значение в аэрации невелико. Величина колеблется от 6% до 12% от общего объема почвенного воздуха. Определяется как разность от общего объема пор и полной влагоемкости (ПВ).

Слайд 17

– газы в виде молекул, сорбированы поверхностью твердой фазы. Адсорбция воздуха сильнее

– газы в виде молекул, сорбированы поверхностью твердой фазы. Адсорбция воздуха сильнее
проявляется в почвах с тяжелым механическим составом, а также в почвах, богатых органикой. Активность адсорбирования идет в следующей последовательности:
N < O2 < CO2 < NH3 (последний аммиак)
В сухих почвах адсорбция газов выше, чем во влажных, так как твердые частицы, сильнее адсорбируют воду, газы.

Адсорбированный почвенный воздух

Слайд 18

Растворенный почвенный воздух – это газы, растворенные в почвенном растворе, Растворенность газов

Растворенный почвенный воздух – это газы, растворенные в почвенном растворе, Растворенность газов
увеличивается с увеличением их концентрации в почвенном воздухе и с понижением температуры почвы. Хорошо растворяется в почве аммиак (NH3), сероводород, углекислый газ. Кислород растворяется слабее. (см.таблицу)
Таблица
Растворимость газов в воде (г\л.) при различной температуре.
Температура to О2 СО2 Н2S NH3
--------------------------------------------------------------------------------------
10 0,038 1,134 3,329 910
15 0,034 1,019 2,945 802
20 0,031 0,878 2,582 711
-----------------------------------------------------------------------------------------

Слайд 19

Растворенные газы проявляют высокую активность, С насыщением почвенного раствора СО2 повышается растворимость

Растворенные газы проявляют высокую активность, С насыщением почвенного раствора СО2 повышается растворимость
карбонатов, сульфатов (гипса) и других минеральных соединений. Растворенный кислород поддерживает окислительные свойства почвы.
Состав свободного почвенного воздуха.
В почве состав воздуха изменяется в основном за счет уменьшения кислорода и увеличения углекислого газа в отличие от состава воздуха атмосферы.
Напомним, что состав атмосферного воздуха довольно постоянен и представлен следующими основными газами:
Азот (N2.) – 78,08 %, кислород (O2) – 20,95 %,
Аргон ( Аr) – 0,93 %, углекислый газ (СО2) – 0,03 %.
Таблица
Содержание СО2 (числитель) О2 (знаменатель) в почвенном воздухе
разных почв (Гречин, Стратанович, 1968)
------------------------------------------------------------------------------------------------
Глубина Дерново-подзо- Дерново-подзо Дерново-подзо Черноземно
См листая, лес листая, пшеница листая глеевая луговая, пойма
10 0,4 \ 20,5 0,5 \ 20,4 2,5 \ 17,7 2,2 \ 19,8
25 0,5 \ 20,6 0,7 \ 20,3 2,7 \ 17,1 2,5 \ 18,5
50 06 \ 20,2 1,1 \ 19,9 2,2 \ 17, 5 3, 2 \ 17,8
100 2,5 \ 18,3 1,2 \ 19,9 1,4 \ 19,2 6,6 \ 13,8
150 3,1 \ 17,5 1,3 \ 18,7 1,4 \ 18,8 6,8 \ 13,4
200 3,5 \ 17,5 1,4 \ 19,5 1,4 \ 19,0 5,2 \ 15,5

Слайд 20

В пахотных хорошо аэрированых почвах с благоприятными физическими свойствами СО2 не превышает

В пахотных хорошо аэрированых почвах с благоприятными физическими свойствами СО2 не превышает
1 – 2 %, а кислород не понижается ниже 18%.
Во влажных почвах пахотных горизонтов тяжелого механического состава СО2 возрастает до 4 -6%, а О2 уменьшается до 15%. Азот почвенного воздуха мало отличается от атмосферного.
В болотных почвах именно отсутствие обмена О2 на СО2 затрудняет рост растений (кислородное голодание).
-Кислород поступает в почву диффузно. Диффузия – перемещение газов в соответствии их парциальным давлением. Поскольку в почвенном воздухе О2 меньше, СО2 больше, чем в атмосфере, то под влиянием диффузии создаются условия для непрерывного поступления О2 в почву, а СО2 из почвы в атмосферу.

Слайд 21

корни растений,
аэробные микроорганизмы
почвенная фауна.
Небольшая часть кислорода используется на чисто

корни растений, аэробные микроорганизмы почвенная фауна. Небольшая часть кислорода используется на чисто
химические процессы.
В условиях хорошей аэрации при поглощении кислорода выделяется эквивалентное или чуть – чуть меньше количество СО2.
Количество кислорода, потребляемое растениями, зависит:
от биологической активности растений,
от фазы развития растений,
от условий среды (температура, питательные вещества и т. Д.)
При увеличении температуры от 5 до 30оС интенсивность поглощения О2 увеличивается в 10 раз. Летом почвы поглощают О2 и выделяют СО2больше, чем ранней весной и осенью.
Оптимальные условия для продуктивности растений при содержании О2 – 20%.
При содержании кислорода в почве менее 14,5% растения прекращают рост и погибают. Это все прямое воздействие кислорода.

Основными потребителями кислорода являются:

Слайд 22

Имеется и косвенное влияние О2 на продуктивность растений.
При недостатке кислорода

Имеется и косвенное влияние О2 на продуктивность растений. При недостатке кислорода в
в почве развиваются анаэробные процессы с образованием токсических для растений соединений (глееобразование). В результате чего снижается доступность питательных веществ. При наличии кислорода формируются аэробные процессы веществ для растений, ухудшаются физические свойства почвы
-Углекислый газ (СО2) – Высокая концентрация СО2 в почве (более 2 -3%) угнетает развитие растений.
Выделение СО2 из почвы в приземный слой атмосферы принято называть д ы х а н и е м почвы.
Поступающий из почвы СО2 потребляется растениями в процессе фотосинтеза.
Интенсивность дыхания почвы (выделение СО2) зависит :
от свойства почвы,
гидротехнических условий,
характера растительности,
главным образом от агротехнических мероприятий.