Дыхание типов почв

Исследовательская работа по биологии

Центральный район

 

 

 

Тема: «Дыхание типов почв»

 

 

Работу выполнила:

Ученица 10а класса

ГБОУ СОШ №197 с углубленным

 изучением предметов  ЕНЦ

Амосова Владислава

Сергеевна

Домашний адрес:

Ленинградская обл.,

Всеволожский район,

Дер. Янино-1, Сиреневый

Бульвар,  дом 21, кв 2

Научный руководитель:

Пахомова Н.В, к.п.н.,

учитель биологии

Научный консультант:

Лебедев В.Н.,к. с/х. н.

доцент каф.ботаники

РГПУ им Герцена

 

Санкт-Петербург

2013

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………………3

 

Глава 1.  Литературный обзор………………………………………………………………...…..5

1. Морфология…………………..…………………………………………………..……5
2. Твердая фаза почв……………….………………   ………………………………..…8

1.2.1 Минеральная часть  почвы………………………..…………………..................8

1.2.2 Органическая часть  почвы…………………………………..…………..….…..9

1.2.3 Почвенная структура……………………………………………………………10

1.2.4 Новообразования и включения………………………………………………..11

3. Жидкая фаза…………………………………………………………………………...13

1.3.1 Состояние воды в  почве………………………………………………………..13

1.3.2 Взаимодействие с твердой фазой……………………………………………...14

4. Почвенный воздух……………………………………………………………………16
5. Живые организмы в почве………………………………………………………...…17
6. Почвообразование……………………………………………………………………19

1.6.1 Первичное почвообразование…………………………………………………19

1.6.2 Антропогенное почвообразование……………………………………………19

7. Классификация почв…………………………………………………………………21
8. Закономерности распространения…………………………………………………..23

1.8.1 Климат как фактор  географического распространения  почв……………….23

1.9 Значение почв в природе……………………………………………………………..24

1.9.1 Почва как среда  обитания живых организмов……………………………….24

1.9.2 Геохимические функции………………………………………………………24

1.9.3 Регуляция состава атмосферы…………………………………………………24

Глава 2. Объекты и методы исследования……………………………………………………....25

2.1 Объекты исследования………………………………………………………………..25

2.2 Методы исследования…………………………………………………………………27

Глава 3. Экспериментальная  часть……………………………………………………………….28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В биодиагностике почв большое  значение имеет определение почвенного дыхания как интегрального показателя работы всей биоты.  Интенсивность  выделения углекислоты дает достоверную  информацию о напряженности микробиально-биохимических  процессов, о направленности трансформации  органического вещества, а также  позволяет судить о самоочищающей  способности антропогенно нарушенных почв.

Определение углекислоты  методом титрования –  быстрый  и достаточно простой способ исследовать  биологические свойства почв в больших  объемах, когда работа ставится на поток  и необходимо получить репрезентативные данные.

Для определения потоков  углекислоты предлагается следующий  прибор  (рис. 5),  представляющий собой  стеклянный цилиндрический сосуд (d = 10  см)  емкостью 1,0–1,5  л с притертой  крышкой. Шлиф крышки необходимо смазывать  вакуумной мазью или вазелином. На внутренней стороне крышки находится  крючок, к кото-рому подвешивается сетчатая корзиночка или марлевый мешочек с дышащим материалом. В крышке имеются два отверстия: одно для хлоркальциевой трубки,  другое для наливания раствора барита.  Последнее на время экспозиции закрывается каучуковой пробкой.  В хлоркальциевую трубку кладется слой стеклянной ваты,  затем77трубка заполняется поглотителем углекислоты – натронной известью, которая снова покрывается слоем стеклянной ваты и закрывается пробкой со стеклянной трубочкой.  Поглотитель углекислоты в трубочке необходимо периодически возобновлять.

 

Цель данной задачи: Проанализировать методы анализа дыхания микроорганизмов почвы и влияния на него химических факторов.

В соотвествии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Выявить на основании  анализа литературных данных  наименее изученные аспекты газообмена  целинных, техногенных и сельскохозяйственных  земель;

2. Оценить существующие  и разработать новые аналитические  и полевые методики;

3. Оценить мощность биологического  и биохимического источника углекислого  газа в почвенном профиле;

4. Получить количественные  характеристики потоков парниковых  газов с поверхности почв в  атмосферу;

5. Выявить специфику почвенного  СОг- газообмена как фактора почвообразования;

6. Провести анализ состояния  газовой фазы почв и выявить  особенности профильного распределения  углекислого газа и кислорода, как основных продуктов метаболизма почвенной биоты;

7. Выявить географические  закономерности почвенного дыхания;

8. Разработать количественные  критерии (экологический стандарт) для сравнения динамических характеристик  почвенного газообмена разных  объектов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Литературный обзор 

1. Морфология

Почва — самостоятельное естественноисторическое органоминеральное природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твёрдых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия.

Почвенный профиль — совокупность генетически сопряжённых и закономерно сменяющихся почвенных горизонтов, на которые расчленяется почва в процессе почвообразования. 
Почвенный горизонт — специфический слой почвенного профиля, образовавшийся в результате воздействия почвообразовательных процессов. 
Почвенный покров — совокупность почв, покрывающих земную поверхность.

В процессе почвообразования, прежде всего под действием вертикальных (восходящих и нисходящих) потоков  вещества и энергии, а также неоднородности распределения живого вещества исходная порода расслаивается на генетические горизонты. Часто почвы формируются на исходно вертикально неоднородных двучленных породах, что откладывает отпечаток на почвообразование и сочетание горизонтов.

Горизонты рассматриваются как  однородные (в масштабе всей почвенной  толщи) части почвы, взаимосвязанные  и взаимообусловленные, отличающиеся по химическому, минералогическому, гранулометрическому  составу, физическим и биологическим  свойствам. Комплекс горизонтов, характерный  для данного типа почвообразования, образует почвенный профиль.

Выделяются следующие  типы горизонтов:

Органогенные — (подстилка (A0, O), торфяной горизонт (T), перегнойный горизонт (Ah, H), дернина (Ad), гумусовый горизонт (A) и т. д.) — характеризующиеся биогенным накоплением органического вещества.

Элювиальные — (подзолистый, лессированный, осолоделый, сегрегированный горизонты; обозначаются буквой E с индексами, либо A₂) — характеризующиеся выносом органических и/или минеральных компонентов.

Иллювиальные — (B с индексами) — характеризующиеся накоплением вынесенного из элювиальных горизонтов вещества.

Метаморфические — (B_m) — образуются при трансформации минеральной части почвы на месте.

Гидрогенно-аккумулятивные — (S) — образуются в зоне максимального накопления веществ (легкорастворимые соли, гипс, карбонаты, оксиды железа и т. д.), приносимых грунтовыми водами.

Коровые — (K) — горизонты, сцементированные различными веществами (легкорастворимые соли, гипс, карбонаты, аморфный кремнезём, оксиды железа и др.).

Глеевые — (G) — с преобладающими восстановительными условиями.

Подпочвенные — материнская порода (C), из которой образовалась почва, и залегающая ниже подстилающая порода (D) иного состава.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Твердая фаза почв

Почва высокодисперсна и  обладает большой суммарной поверхностью твёрдых частиц: от 3—5 м²/г у песчаных до 300—400 м²/г у глинистых. Благодаря дисперсности почва обладает значительной пористостью: объём пор может достигать от 30 % общего объёма в заболоченных минеральных почвах до 90 % в органогенных торфяных. В среднем же этот показатель составляет 40—60 %.

Плотность твёрдой фазы (ρ_s) минеральных почв колеблется от 2,4 до 2,8 г/см³, органогенных: 1,35—1,45 г/см³. Плотность почвы (ρb) ниже: 0,8—1,8 г/см³ и 0,1—0,3 г/см³ соответственно. 

1. Минеральная часть почвы

Минералогический состав

Около 50—60 % объёма и до 90—97 % массы почвы составляют минеральные  компоненты. Минералогический состав почвы отличается от состава породы, на которой она образовалась: чем  старше почва, тем сильнее это  отличие.

Минералы, являющиеся остаточным материалом в ходе выветривания и  почвообразования, носят название первичных. В зоне гипергенеза большинство из них неустойчиво и с той или иной скоростью разрушается. Одними из первых разрушаются оливин, амфиболы, пироксены, нефелин. Более устойчивыми являются полевые шпаты, составляющие до 10—15 % массы твёрдой фазы почвы. Чаще всего они представлены относительно крупными песчаными частицами. Высокой стойкостью отличаются эпидот, дистен, гранат, ставролит, циркон, турмалин. Содержание их обычно незначительно, однако позволяет судить о происхождении материнской породы и времени почвообразования. Наибольшую устойчивость имеет кварц, который выветривается за несколько миллионов лет. Благодаря этому в условиях длительного и интенсивного выветривания, сопровождающегося выносом продуктов разрушения минералов, происходит его относительное накопление.

Почва характеризуется высоким  содержанием вторичных минералов, образованных в результате глубокого  химического преобразования первичных, или же синтезированных непосредственно  в почве. Особенно важна среди  них роль глинистых минералов  — каолинита, монтмориллонита, галлуазита, серпентина и ряда других. Они обладают высокими сорбционными свойствами, большой  ёмкостью катионного и анионного  обмена, способностью к набуханию  и удержанию воды, липкостью и  т. д. Этими свойствами во многом обусловлена  поглотительная способность почв, её структура и, в конечном счёте, плодородие.

Высоко содержание минералов-оксидов  и гидроксидов железа (лимонит, гематит), марганца (вернадит, пиролюзит, манганит), алюминия (гиббсит) и др., также сильно влияющие на свойства почвы — они участвуют в формировании структуры, почвенного поглощающего комплекса (особенно в сильно выветрелых тропических почвах), принимают участие в окислительно-восстановительных процессах. Большую роль в почвах играют карбонаты (кальцит, арагонит см. карбонатно-кальциевое равновесие в почвах). В аридных регионах в почве нередко накапливаются легкорастворимые соли (хлорид натрия, карбонат натрия и др.), влияющие на весь ход почвообразовательного процесса.

Гранулометрический состав

В почвах могут находиться частицы диаметром как менее 0,001 мм, так и более нескольких сантиметров. Меньший диаметр частиц означает большую удельную поверхность, а это, в свою очередь — большие величины ёмкости катионного обмена, водоудерживающей способности, лучшую агрегированность, но меньшую порозность. Тяжёлые (глинистые) почвы могут иметь проблемы с воздухосодержанием, лёгкие (песчаные) — с водным режимом.