Значение почвы для биологического круговорота химических элементов

Московский Государственный  Областной Университет

Кафедра физической географии

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по геохимии почв на тему:

«Значение почвы для биологического

круговорота химических элементов»

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент  IV курса

географо-экологического факультета

Беляев Андрей

 

 

 

Москва, 2013

Содержание

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

Почва в биологическом  круговороте. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

Влияние содержащихся в почве органических веществ, на среду. . . . . . . . . . . . . . . .6

Химический состав живого вещества в условиях избирательного ᴨеремещения веществ в биологическом  круговороте. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Почва является важнейшим  компонентом земельных ресурсов. Она служит связующим звеном между  всеми сферами Земли и главной  из них – биосферой. Почва является гигантской экологической системой, оказывающей, наряду с Мировым океаном, решающее влияние на всю биосферу. Она активно участвует в круговороте веществ и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы Земли.

Почва – это особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и  неживой природе. Почва – это  та среда, где взаимодействует большая  часть элементов биосферы: вода, воздух, живые организмы.

Существа, обитающие  в почве, называются педобионтами. Наименьшими  из них являются бактерии, водоросли, грибки и одноклеточные организмы, обитающие в почвенных водах. В одном м³ может обитать до 10¹⁴ организмов. В почвенном воздухе обитают беспозвоночные животные, такие как клещи, пауки, жуки, ногохвостки и дождевые черви. Они питаются остатками растений, грибницей и другими организмами. В почве обитают и позвоночные животные (например, крот) [2].

Почва представляет собой природную систему, где  под влиянием живых организмов и  других факторов происходят образование  и разрушение сложных органических соединений. Минеральные вещества извлекаются  растениями из почвы, входят в состав их собственных органических соединений, затем включаются в органические вещества тела сначала растительноядных, затем насекомоядных и хищных животных. После гибели растений и животных их органические соединения поступают в почву. Под воздействием микроорганизмов в результате сложных многоступенчатых процессов разложения они переходят в формы, доступные для усвоения растениями, задерживаются в почве или удаляются с фильтрующимися и сточными водами. В результате происходит закономерный круговорот химических элементов в системе «почва – растения (животные – микроорганизмы) – почва». Это круговорот был назван В.Р. Вильямсом малым или биологическим. Благодаря процессам малого круговорота веществ в почве постоянно поддерживается плодородие.

 

 

 

Почва в биологическом  круговороте

Круговорот –  общее понятие, обозначающее циркуляцию органического вещества, элементов  или энергии в естественных или  искусственных экосистемах. Под  биологическим круговоротом [7] понимается поступление элементов из атмосферы и почвы в живые организмы, биохимический синтез и закрепление химических элементов в органическом веществе растений и возвращение их в почву и атмосферу с ежегодным спадом части органического вещества или с полностью отмершими организмами, входящими в состав биогеоценоза. Иногда биологический круговорот понимают шире: как движение веществ под действием организмов. В этом случаем он включает: 1) движение элементов по трофическим цепям (трофической сети); 2) движение веществ в результате механического воздействия организмов на различные породы и почвы; 3) движение веществ под влиянием продуктов жизнедеятельности организмов [5].

В основе биологического круговорота лежит "биогенный  ток" элементов (по В.И. Вернадскому), который наблюдается между живым  веществом и косной материей.

Суть биологического круговорота заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных  процессов – созидания органического  вещества и его разрушения живым  веществом.

В широком понимании  биогеохимический круговорот обозначает совокупное действие биогенных и  абиогенных процессов. Синонимами этого  понятия являются биогеохимические циклы, биогеохимическая миграция. Согласно Ю. Одуму (1986), биогеохимические циклы  разделяются на два типа: круговорот газообразных веществ с резервным  фондом в атмосфере или гидросфере; осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Биологический круговорот веществ совершается в почве  и в верхних горизонтах породы. Растения извлекают из толщи породы необходимые им питательные вещества, которые сначала накапливаются  в живом веществе, а после отмирания  растений падают в верхний слой почвы. Здесь растительные остатки подвергаются переработке сначала почвенными животными, а затем многочисленными  микроорганизмами. В результате сложных  биохимических процессов образуется специфическое для почвы органическое вещество – гумус. В составе гумуса наиболее активную роль играют высокополимерные гумусовые кислоты, образующие устойчивые соединения с минеральными веществами почвы и обеспечивающие водопрочную  зернистую и комковатую структуру  наиболее плодородных почв, стабильные запасы питательных элементов в  них.

Таким образом, гумус  выступает как носитель почвенного плодородия, в нём сосредоточена  самая активная часть солнечной  энергии, накопленной в почве.

Гумус состоит из двух групп органических соединений. 1^ая группа – это соединения, содержащиеся в растительных и животных остатках (10–15% от всей массы органики почвы): белки, углеводы, жиры, смолы, фосфаты, лигнин и др. 2 ^ая группа составляет основной фонд гумуса и представлена собственно гумусовыми веществами, возникшими при преобразовании органических остатков (85–90%): фульвокислоты, гумин, гуминовые кислоты и др. Процессы превращения органического вещества в почве теснейшим образом связаны с жизнедеятельностью микроорганизмов. Так, в 1 г подзолистой почвы развивается до 0,6 млрд. бактерий, а в чернозёмной – до 2,5 млрд.

Почва с её запасом  гумуса, определённой структурой и плодородием является ценнейшим природным ресурсом.

Сохранение почвенного покрова и повышения плодородия почв – важнейшие условия увеличения биологической продуктивности природных  ландшафтов, земледелия и лесоводства. Без почвенно-экологических систем и без воспроизводства биомассы, биосфера не может существовать.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние содержащихся в почве органических веществ, на среду

Чтобы растения (продуценты) могли нормально расти и развиваться, почва, как среда обитания, должна удовлетворять их потребности в  минеральных элементах питания, воде и кислороде. Очень большое значение имеют кислотно-основные свойства почвы (рН почвы) и её солёность.

Для питания растений необходимы такие минеральные вещества, как нитраты (NO₃ – ионы), фосфаты (РО₄^3-, Н₂РО₄, НРО₄^2- – ионы), соли калия (К⁺ – ионы), кальция (Са²⁺ – ионы). За исключением азота остальные элементы изначально входят в состав горных пород наряду с непитательными элементами (SiO₂, Al₂O₃ и др.). Однако эти биогенные элементы недоступны растениям, пока они закреплены в структуре материнской породы. Чтобы их ионы перешли в менее связанное состояние или в водный раствор, материнская порода должна быть разрушена. Материнская порода разрушается в процессе естественного выветривания. Выветривание включает все естественные физические процессы (замерзание, оттаивание, нагревание, охлаждение и т. д.), биологические факторы (давление корней растений, растущих в мелких трещинах), а также различные химические реакции.

Так, например, азот поступает в почву при гниении  органических веществ в виде аммиака, который под действием нитрифицирующих  бактерий окисляется в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию  с находящимися в почве солями угольной кислоты, например, карбонатом кальция, образует селитру:

СаСО₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + СО₂ + Н₂О

Однако некоторая  часть органического азота вследствие деятельности денитрофицирующих бактерий превращается в недоступную для  растений форму (свободный азот).

К процессам, возмещающим  потерю азота, относятся:

1) атмосферные электрические  разряды, при которых всегда  образуется некоторое количество  оксидов азота с последующим  превращением в азотную кислоту  и селитру;

2) превращение атмосферного  азота в азотные соединения  клубеньковыми бактериями, входящими  в состав корней некоторых  растений (клубеньковые растения, например, бобовые культуры, клевер и многие  другие растения). Таким образом,  в природе совершается непрерывный  круговорот азота, так же, как  и других биогенных элементов.  В агроэкосистемах этот круговорот  нарушается, поскольку элементы  удаляются вместе с собранным  урожаем [1].

Также есть примеры  отрицательного влияния почвы на среду.

Свойство различных  видов почв по-разному аккумулировать разнообразные химические элементы и соединения, одни из которых необходимы для живых существ (биофильные элементы и микроэлементы, различные физиологически-активные вещества), а другие являются вредными или токсичными (тяжёлые металлы, галогены, токсины и пр.), проявляется  на всех живущих на них растениях  и животных, включая и человека. В агрономии, ветеринарии и медицине такая взаимосвязь известна в  виде так называемых эндемических болезней, причины которых были раскрыты только после работ почвоведов.

Почва оказывает  существенное влияние на состав и  свойства поверхностных, подземных  вод и всю гидросферу Земли. Фильтруясь через почвенные слои вода извлекает  из них особый набор химических элементов, характерный для почв водосборных  территорий. А поскольку основные хозяйственные показатели воды (её технологическая и гигиеническая  ценность) определяются содержанием  и соотношением этих элементов, то нарушение  почвенного покрова проявляется  также в изменении качества воды.

Кроме того, избыток  питательных веществ, может быть вредным для растений. Так, например, хлористый натрий необходим растениям в небольшом количестве, избыток же его в почве влечёт за собой исчезновение многих видов, за исключением устойчивых форм, называемых галофитами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Химический состав живого вещества в условиях избирательного перемещения веществ в биологическом круговороте

Средний состав живого вещества заметно отличается от состава  земной коры (табл. 1). В земной коре преобладают  кислород, кремний, алюминий, железо. В  живых организмах преобладают - углерод, водород, кислород, азот, кальций, фосфор. Локальное содержание элементов  в земной коре определяется её строением, вулканической деятельностью, типом  пород, характером их выветривания [5].

 

Таблица 1. Содержание главных элементов в земной коре (по В. Гольдшмидту)

Элемент	Содержание, %
	По массе	По объёму	Атомное
O	46,60	9,20	62,55
Si	27,72	0,80	21,22
Al	8,13	0,77	6,47
Fe	5,00	0,68	1,97
Mg	2,09	0,56	1,84
Ca	3,63	1,48	1,94
Na	2,83	1,60	2,62
K	2,59	2,14	1,42

 

Наибольшая доля в составе живого вещества приходится на кислород (65–70%) и водород (10%). Остальные 20–25% представлены разнообразными элементами общим числом более 70. При этом большая доля (от 1 до 10%) приходится на такие элементы, как C, N, Ca.

Во второй группе (содержание 0,1–1%) находятся S, P, K, Si; в третьей группе (содержание 0,1–0,01%) – Fe, Na, Cl, Al, Mg. Эти же элементы составляют примерно 99,6% веществ слагающих земную кору и почву.

В составе живого вещества постоянно присутствуют рассеянные и редкие элементы, общим числом не менее 20.

Отдельные элементы почти целиком захватываются  живым веществом, постоянно находясь в его различных формах. Таковы J, P и в большой мере К.

Существуют специфические организмы, обладающие способностью преимущественного накопления отдельных элементов в количествах более 10%. Ныне известна сᴨецифическая аккумулирующая роль организмов для 11 таких элементов: Si, Al, Fe, Ca, Mg, Ba, Mn, S, Sr, P, C.

Если сравнить средний  состав организмов со средним составом земной коры, то можно видеть чрезвычайно  важные для почвенных и геохимических  процессов явления перераспределения химических элементов.