КИСЛОТНОСТЬ ПОЧВЫ БОТАНИЧЕСКОГО САДА КУРГАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

КИСЛОТНОСТЬ ПОЧВЫ БОТАНИЧЕСКОГО САДА КУРГАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Маслова Д.В. 1
1Курганский государственный университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Актуальность работы.Научное определение почв первым было дано В.В. Докучаевым, под ним он выражал природно-историческое тело, сформировавшееся под воздействием естественных факторов – материнской породы, животного мира и растительности, рельефа, климата и возраста страны. В.Г. Вильямс добавил еще один фактор – антропогенный, к нему он относил мелиорацию (известкование кислых почв, гипсование – щелочных, осушение и орошение), внесение минеральных и органических удобрений, агротехнические приемы. К настоящему времени он оказывает большое влияние на процесс почвообразования. Все эти приемы оказывают столь значительное воздействие на почву, что могут даже изменить направление естественного почвообразовательного процесса.

Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, то есть способность обеспечивать рост и развитие растений. Чтобы быть плодородной, почва должна обладать достаточным количеством питательных веществ и запасом воды, необходимым для питания растений. Но на плодородие почвы влияет не только содержание в ней органических и минеральных веществ. Усвоение растениями питательных веществ, деятельность почвенных микроорганизмов, разложение почвенных минералов, растворение труднорастворимых соединений, и другие физико-химические процессы.

Противоречие. Плодородие зависит от кислотности почвы, которые оказывают большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов, однако, какова кислотность почв ботанического сада КГУ и какие факторы оказывают влияние, на нее до сих пор не достаточно изучены.

Проблема исследуемой работы, какова кислотность почв ботанического сада КГУ, какие факторы оказывают влияние на кислотность, для лучшего плодородия почвы и развития растений?

Главная идея состоит в том, что кислотность почвы является важным фактором плодородия.

Объект исследования - почвы ботанического сада.

Предмет исследования – влияние факторов окружающей среды и антропогенного фактора на кислотность почвы в ботаническом саду.

Цель – провести теоретическое обоснование влияния антропогенных факторов и факторов окружающей среды на кислотность почв Ботанического сада КГУ; разработать модель по воздействию факторов окружающей среды на кислотность почвы

Гипотеза: ЕСЛИ:

-провести теоретическое обоснование;

- разработать модель влияния антропогенных факторов и факторов окружающей среды на кислотность почв;

- подобрать методику исследования;

- провести опытно-экспериментальную работу, то можно выявить, что будет способствовать скорейшему восстановлению плодородия почвенного покрова ботанического сада КГУ.

Задачи работы:

Аналитическая - провести анализ литературных источников и выявить степень разработанности проблемы исследования

Теоретико-моделирующая - Провести теоретическое обоснование влияния антропогенных факторов и факторов окружающей среды на кислотность почв, разработать модель влияния факторов окружающей среды на кислотность почв

Методическая – подобрать методику значения кислотности почвы разными методами, описать характеристику объекта исследования;

Опытно-экспериментальная - провести анализ почвы на кислотность, разработать карту кислотности почвы;

Прикладная – разработать методические рекомендации по стабилизаций кислотности почвенного покрова ботанического сада КГУ.

Методы исследования:

1)анализ теоретических источников по почвоведению и моделированию систем;

2) практические методы исследования почвы и систем;

3) обработка полученных результатов исследования;

Понятийный аппарат: Кислотность почвы, виды кислотности почв (актуальная, потенциальная, обменная и гидролитическая), факторы, влияющие на кислотность почв, методики исследования.

Теоретическое значение данной работы заключается, в проведении теоретического обоснования влияния факторов влияющих на кислотность почв, разработка модели влияния факторов окружающей среды на кислотность почв для выявления плодородия почвенного покрова ботанического сада КГУ.

Практическое значение данной работы заключается, в анализе почв и разработке практических рекомендаций для повышения плодородия почвенного покрова ботанического сада КГУ.

Апробация работы. Главные результаты исследования были изложены на защите курсовой работы в виде доклада перед группой.

Структура работы состоит из ведения, из трех глав, заключения и списка литературы.

Глава 1. Теоритическое обоснование кислотности почв ботанического сада КГУ, какие факторы оказывают влияние на кислотность

Теоретические подходы к изучению кислотности почв

Кислотность почвы является одним из основных свойств почвенного покрова, интерес, к которому не ослабевал на протяжении всей истории развития почвоведения как науки у многих отечественных и зарубежных ученых таких как К. К. Гедройц, В. А. Чернов, Д. С. Орлов, Т. А. Соколова, С.С. Ярусов, т. Вейч, Дж. Рейсс Дайкухара, и у многих других[4,5,11,12,18,19]. К. К. Гедройц (1872-1932) более глубоко изучал химические и физические свойства почвы. Он разработал множество методов анализа почв, написал и опубликовал крупную работу «химический анализ почв», которая стала настольным пособием для почвоведов и агрохимиков[4]. Основной темой исследования является значения состава обменных катионов почвы и физико-химических свойств на ее плодородие, условия развитие растений и выращивания. При отсутствии калия и магния в почве в обменном состоянии растения используют эти элементы, которые находятся в несменяемом состоянии, если в почве нет обмена кальция, растения погибают. В почве, из которой почти полностью вытеснены обменные магний и калий, растения все еще способны использовать эти элементы почвы и давать высокие урожаи, когда обеспечены другими питательными веществами. К. К. Гедройц уделял большое внимание обменным формам Ca и Mg их соотношению в поглощающем комплексе особенно при известковании кислых почв. Он отмечал «По мере того, как почва насыщается кальцием и pН увеличивается, с одной стороны, создаются все лучшие условия для реакции и, с другой стороны, увеличивается соотношение Сag, доступное корням растений, когда количество внесенных СаCO3 для каждого из растений создало неблагоприятное соотношение между этими элементами, так что, наконец, начинается преобладание над благоприятным действием СаCO3 как нейтрализатора, начинается снижение урожая, этот пункт должен быть разным для разных растений, потому что их отношение к значению рН и соотношению Са : Мg»[4,5]. В следующей работе он отмечал, «что причиной вредного действия избыточных доз СаСО3 на кислых почвах может быть недостаточное содержание в этих почвах обменного магния, вследствие чего, после внесения в почву СаСO3, создается в почвенном растворе неблагоприятное, слишком высокое соотношение Са:Мg»[4]. К.К. Гедройц улучшал химические методы определения обеспеченности растений усвояемыми формами фосфора, оценивал фосфориты, костяную муку, так же изучал изменение доступности фосфорной кислоты под влиянием известкования почвы, применяемые в качестве удобрений, по степени использования растениями содержащейся в них фосфорной кислоты.

Основываясь на исследованиях влияния известкования на доступность почвенной фосфорной кислоты и фосфорных удобрений для растений. К. К. Гедройц приходит к выводу, что «карбонат кальция снижает растворяющее действие корневых выделений, независимо от их природы, а также растворяющее действие самой почвы, обусловленное ее кислой реакцией. Поэтому СаСО3снижает доступность фосфатов кальция фосфорной кислотой и повышает доступность железа и алюминия фосфорной кислотой, а также фосфорно-органическими соединениями»[5].
К.К. Гедройцем в монографии «Учение о поглотительной способности почвы». Изложено наиболее глубокое освещение физико-химических свойств почвы как среды обитания культурных растений. Так же он разработал большое количество практических мероприятий по повышению плодородия почв путем регулирования состава обменных катионов в почвенном поглощающем комплексе, управления солевым режимом и кислотностью почв. Так же им было дано теоретическое обоснование фосфоритованию и известкованию дерново-подзолистых почв, гипсованию солонцов и солонцеватых почв [5]. Разработал практические методы и теорию химической мелиорации почв. В 1912 году была опубликована первая работа происхождения и свойства засоленных почв. К. К. Гедройц начал изучать с чисто теоретической стороны и разработал методы практического улучшения этих почв. Все эти работы оказали большое влияние на широкое практическое применение этих методов, особенно известкования кислых пахотных земель в дерново-подзолистой зоне и развитие исследований по химической мелиорации почв[5]. В 1947 году В. А. Чернов опубликовал монографию «о природе кислотности почв», в которой обосновал и экспериментально подтвердил справедливость гипотезы об обмене Al как основного носителя обменной кислотности почв в минеральных горизонтах наиболее кислых почв специально проведенном эксперименте. В. А. Чернов показал, что «в катионо-обменных реакциях алюминий является более сильным конкурентом по отношению к третьему иону – кальция». Из результатов этого опыта он сделал вывод о том, «что Н закрепляется слабее в почве, чем Al, и поэтому в естественных условиях в кислых почвах можно ожидать присутствие в ППК скорее обменного Al, чем обменного Н»[19]. Еще одно экспериментальное подтверждение, которое он приводил, заключается в том, «что в сильнокислых почвах титруемая кислотность в KCl вытяжке эквивалентна концентрации в ней Al3+»[19]. Такое совпадение трудно было бы ожидать, если бы Al поступал в вытяжку за счет растворения кристаллических решеток глинистых минералов. Все последующие исследования подтвердили правильность гипотезы об обмене Al как основного носителя обменной кислотности почвы в минеральных почвенных горизонтах большинства почв. Более того, многочисленные экспериментальные исследования показали, что большинство глинистых минералов не способны длительное время существовать в Н-форме – они самопроизвольно и довольно быстро переходят в форму, насыщенную преимущественно Al. Обмен водорода в минеральных горизонтах почвы либо отсутствует, либо содержится в очень малых количествах. Наличие обменного водорода как носителя обменной кислотности почв возможно в органогенных почвенных горизонтах, а также в минеральных горизонтах кислых сульфатных глеев и некоторых других почв, развитых на пиритсодержащих породах, где серная кислота непрерывно образуется при окислении пирита. Самым большим открытием В. А. Чернова было также установление того факта, «что обменный алюминий в ППК может быть представлен не только ионом Al3+, но и гидроксокомплексами Al различной основности, т. е. частицами» [19].

Каждая почва имеет определенную реакцию, которая проявляется при взаимодействии с водой или растворами солей и может быть кислой, нейтральной или щелочной. Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и усвоение ими питательных веществ, активность почвенных микроорганизмов, скорость и направленность химических и биохимических процессов: разрушение почвенных минералов, растворение нерастворимых соединений, минерализацию органических остатков и гумификацию, коагуляцию и пептизацию коллоидов, эффективность вносимых в почву удобрений. Реакция почвы зависит от соотношения свободных Н+ и ОН ионов в ней. Если концентрации этих ионов одинаковы в почвенном растворе, то реакция будет нейтральной, при H+>OH - реакция кислой, при H+<OH-щелочной. Для обозначения реакции почвы был введен показатель рН-десятичный отрицательный логарифм концентрации ионов водорода в граммах на 1 л раствора, взятый с обратным знаком. Индикатор рН был введен датским химиком Сореном Петером Лаурицем Соренсеном (1868-1939).

Кислотность почвы - это свойство почвы подкислять почвенный раствор. Носителями кислоты могут быть почвенный раствор и почвенные коллоиды. Кислотность обусловлена наличием водородных и алюминиевых ионов в почвенном растворе и поглощающем комплексе[2].В зависимости от расположения ионов он разделен на два типа:

Актуальную (активную)

Потенциальную (скрытую), которая, подразделяется на:

Обменную

Гидролитическую.

Актуальная кислотность обусловлено наличием и концентрацией ионов водорода в почвенном растворе (суспензии) при обработке почвы водой. Разложение органического вещества почвы и органических удобрений приводит к постоянному образованию органических и аминокислот, углекислого газа и воды. Органические и аминокислоты являются продуктами корневых выделений растений и почвенных микроорганизмов, а все живые организмы выделяют CO2 при дыхании. Углекислый газ, который взаимодействует с водой, образует углекислый газ. Уголь, органические и аминокислоты, гидролитические кислые удобрения (NH4C1, (NH4)2 SO4) и азотная кислота, образующиеся в процессе нитрификации аммиачных азотных удобрений и почвы являются основными источниками водородных ионов почвенного раствора, о текущей кислотности почвы. Актуальная кислотность измеряется рН вытяжки воды или водной суспензии при соотношении почвы и воды 1:2,5. В разных почвах актуальная кислотность колеблется от 3 до 7[8].

Потенциальная кислотность обусловлена обменно-поглощенными ППК ионами водорода, алюминия, железа и марганца. ППК - совокупность минеральных, органических и органоминеральных соединений высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных к обменным реакциям. Часть поглощенных ионов водорода и алюминия может быть вытеснена в раствор катионами нейтральных солей (КС1): (ППК) Н++КС1=(ППК)К++НС1.В зависимости от способности к обменному вытеснению из ППК этих ионов другими потенциальную кислотность делят на обменную и гидролитическую[7].

Обменная кислотность обусловлена наличием в ППК ионов водорода, алюминия, железа и марганца, которые могут быть вытеснены в раствор катионами нейтральных солей, в том числе удобрений (КС1, KNO3, K2SO4). Обычно 1н. раствор КСl (рН около 6).используется для определения содержания обменной кислоты в почвах[12,17].

Измеряется обменная кислотность рН солевой вытяжки (KCl). При взаимодействии почвы с раствором КСL в результате обмена калия на водород в растворе появляется соляная кислота, а при обмене на алюминий — хлорид алюминия. Схематически это можно представить в следующем виде:

К первой половине прошлого столетия сложились основные положения теории обменной кислотности почв (Орлов, 1992). Экспериментально доказано, что носителями обменной кислотности в минеральных горизонтах большинства кислых почв являются не только ионы Al3+, но и его гидроксокомплексы разной основоности - Al(OH)2+(В.А. Чернов 1947). Источником обменной кислотности почв могут быть также ионы Fe которые были показаны позднее[19].

Гидролитическая кислотность обусловлена той частью потенциальной кислотности катионов ППК, которая может быть вытеснена при обработке почвы 1 н. раствором гидролитической щелочной соли (CH3COONa): CH3COONa + Н2О <=СН3СООН + Na+ + ОН-. Величина гидролитической кислотности в различных почвах составляет от 0,1 до 10 мг-экв и более на 100 г почвы. В обычных черноземах гидролитическая кислотность практически отсутствует, их реакция нейтральна, тогда как в подзолистых и серых лесных почвах она иногда достигает 3 мг-экв и более на 100 г почвы. Наибольшая гидролитическая кислотность наблюдается в некоторых торфяных горизонтах болотных почв и их отличиях. Обычно гидролитическая кислотность почвы больше обменной[12,20]. Щелочная реакция водного раствора этой соли позволяет более полно, чем нейтральная соль (КСl), вытеснить из ППК все ионы железа, марганца, алюминия, и водорода по следующей схеме:

Гидролитическая кислотность является общей, которая учитывает обменную и актуальную кислотность. Показатели гидролитической кислотности используются в расчётах дозы извести, необходимой для Поглощенные катионы почв, ненасыщенных основаниями, состоят в основном из катионов Ca2+, Mg2+, H+ и AL3+. Сумма катионов кальция и магния характеризуется показателем S, который называется суммой поглощенных оснований и выражается в мг-экв/100 г. Сумма поглощенных катионов водорода и алюминия характеризуется показателем гидролитической кислотности Нr, который также выражается в мг-экв/100 г.

Таблица 1

Виды почв по степени кислотности

Степень кислотности почвы

рН, единиц

Виды почв

сильнокислые

3,5 – 4,5

почвы болот, низинный торф

кислые

4,6 – 5,3

торфянистые, хвойные, глинисто – дерновые

слабокислые

5,4 – 6,3

вересковые, дерновые

нейтральные

6,4 – 7,3

дерновые, перегнойные, лиственные

слабо – щелочные

7,4 – 8,0

карбонатные

щелочные

8,1 – 8,5

карбонатные

сильнощелочные

8,5 – 9,0

карбонатные

Влияние pH на основные свойства почв, микроорганизмов и растений (таблица 1).

1. pH 4,0–5,0. Резкокислая реакция среды.  Встречается во влажном климате и характерен для подзолистых, болотных, желтоземных, красноземно-подзолистых и других почв. Они сильно промываются от извести, соединений кобальта, бора, калия, серы, цинка, и йода. Доступность фосфатов для растений снижается. Железо, алюминий и марганец подвижны и оказывают токсическое действие на многие растения. Активность бактерий подавляется. Многие сельскохозяйственные растения нуждаются в изменении реакции почвы. Известкование этих почв может вызвать разрушение органических веществ, которыми эти почвы обычно бедны, или ухудшить их физические свойства. Физические свойства почв часто очень благоприятны: их коллоиды коагулируются подвижными Al3+ и Fe3+. Такие почвах можно обрабатывать в любое время года, так как у них нет периода весенней спелости.

2. pH 5,0–6,0. Сильнокислая реакция среды. Характерен для почв бурых лесных ненасыщенных, желтоземных и красноземных подзолистых, дерново-подзолистых. Снижается бактериальная активность, активизируется грибковая активность. Состояние калия, бора, кобальта и йода, фосфатов, соединений железа, алюминия, марганца, кальция аналогично резкокислым условиям. Такие почвы склоны к уплотнению. Весной эти почвы постепенно пересыхают. Благоприятные условия для обработки бывают только в очень узком диапазоне влажности: почва сырая и дает слои, затем легко пересыхает в блоки, затем сухая и пахотная земля становится комковатой. Это объясняется тем, что весной образующийся углекислый газ не убирает Са2+ , и соединения алюминия и железа также еще не образуют достаточного количества ионов. На севере эти почвы корректируются известкованием.

3. pH 6,0–6,5. Слабокислая реакция среды. Встречается в почвах влажного климата черноземы выщелоченные, серые и бурые лесные, насыщенные желтые и красные почвы. Дефицит серы, кальция, калия, бора, кобальта и йода низок, токсичность алюминия и марганца отсутствует или снижена, фосфаты присутствуют. Близки к оптимальным условиям минеральное и азотное питания. Существуют благоприятные физические условия с определенной тенденцией к уплотнению, повышенным уровнем микробной активности и нитрифицирующей активности. Эти почвы имеют четко выраженный период спелости, связанный с обесструктурированием пересыщенной почвы в течение зимы и новым формированием структуры весной, когда почва прогревается. Процесс созревания почв связан выделением СО2 вытеснением кальция водородом углекислоты и возобновлением микробиологической активности. Так как происходит созревание почвы появляется Са2+ в свободном состоянии вызывает коагуляцию коллоидов и восстановление структуры, утраченной в течение зимы.

4. pH 6,5–7,5. Нейтральная реакция среды.  Характерно для черноземных почв. Благоприятные физические условия, отличная структура, интенсивная микробиологическая активность, оптимальные условия для фосфорного, азотного и минерального питания, высокий уровень плодородия. Его необходимо обрабатывать весной, когда почва созреет, что происходит быстрее, чем на слабокислых почвах.

5. pH 7,5–8,5 (8,7). Слабощелочная реакция среды. Чаще наблюдаются в южных черноземах, карбонатных почвах и автоморфных почвах сухих и полупустынных степей. Могут быть в дефиците фосфаты, железо, цинк и марганец. Существует легкий антагонизм между наличием меди, фосфора и цинка. При постоянном употреблении фосфора, может появляется цинковая и медная недостаточность. Возможен хлороз растений, часто в относительно влажных условиях. Физические свойства от хороших (карбонатные черноземы) до неудовлетворительных (засоленные почвы). Весеннее созревание почвы происходит быстро. Микробиологическая активность, способность к нитрификации, условия азотного питания, наличие многих минеральных элементов являются хорошими.

6. pH 8,5(8,7)-10,0. Сильнощелочная реакция средыПри рН выше 8,9 в горизонте А1 почвы следует классифицировать как резко щелочные. В основу этой группы входят почвы с повышенной щелочной реакцией материнской породы многих черноземов и каштановых почв. Щелочность, не оказывая существенного влияния на полевые культуры, но очень неблагоприятна для древесных растений, особенно вишни и яблони.

7. pH 10–12. Резкощелочная реакция среды. Они встречаются в местах с засушливым климатом. Таких может быть много солонцов, содовых солончаков. Доступность фосфатов снижается, железо и марганец находятся в дефиците, возможен, избыток бора. Они характеризуются крайне неблагоприятными физическими условиями, отсутствием структуры и подавленной активностью микроорганизмов. Они требуют больших доз гипса, без которого они непригодны для сельскохозяйственного использования[11].

Для большинства растений самой благоприятной реакция почвенного раствора, является, которая близка к нейтральной, слабокислой или слабощелочной. Повышенная кислотность и щелочность неблагоприятно влияет на рост и развитие растений. При рН менее 3 и выше 9 происходит повреждение протоплазмы клеток большинства растений. В щелочных условиях при рН выше 8,5 может наблюдаться дефицит фосфатов и нитратов, недостаток марганца и двухвалентных форм железа, дефицит меди и цинка, избыток легкорастворимых солей.

Модель кислотности почвы ботанического сада

Повышенная кислотность прямо или косвенно влияет на плодородие почвы и жизнь растений. При кислой реакции минералы разрушаются, а в условиях промывного типа водного режима развивается процесс оподзоливание, приводящий к образованию почв с низким плодородием. Избыточность кислотности вызывает появление в почвенном растворе свободных форм Al и Mg, избыточное количество которых токсично для растений. Кроме того, эта реакция разрушает структуру, что, в свою очередь, вызывает ухудшение водно-воздушного и питательного режимов почвы. Кислотная реакция угнетает полезную микрофлору, в частности нитрификаторы и азотфиксаторы, что ухудшает накопление азота в почве и снабжение им растений. В условиях явно выраженной кислой среды сосуды в корневых волосках закупориваются, что приводит к замедлению поступления питательных веществ из почвенного раствора к растениям. Таким образом, повышенная кислотность является негативным свойством, влияющим на ряд аспектов жизнедеятельности почвы и вызывающим неблагоприятные последствия[1,15].

Определяющими факторами кислотности почвы могут быть:

1. Химический состав почвообразующих пород, которые называются "материнскими породами" и из которых формируется почва, является определяющим фактором в формировании ее кислотности. Например, почвы, образованные на известковом сланце или известняке, чаще всего изначально имеют высокое значение рН показателя. Для того чтобы они стали кислыми, нужен длительный период естественного окислительного процесса, чем для почв, которые образовались на гранитах и песчаниках;

2. Геологический возраст ландшафта, влияет на кислотно-щелочной баланс почвы. Это время в течение, которого почва образуется из исходного материала. Чем интенсивнее и дольше воздействуют погодные факторы на почву, тем больше будет удалено из почвы исходного известкового материала, таким образом, рН водорода будет ниже;

3. Ежегодное количество осадков. Если годовое количество осадков превышает годовую скорость испарения, избыток влаги накапливается в почве. При этом существует высокий потенциал выщелачивания необходимых минералов по профилю почвы на глубину ниже области корневой зоны растений и растворимых солей. Что приводит к постепенному подкислению почвы.

4. Во время орошения земли происходит выщелачивание, которое также может привести к повышению кислотности почвы. Степень окисления почв зависит от щелочного содержания воды и ее интенсивности применения для орошения.

5.Аммонийный азот (NH*), полученный в результате разложения почвенными бактериями, введенный в почву поливной водой или остатками урожая и органическими веществами, повышает кислотность почв путем превращения их в азотную селитру (азотная кислотная соль NO3+). Превращение аммония в азотную селитру происходит в результате работы микроорганизмов. В результате этой реакции выделяются два иона водорода Н+, что приводит к повышению кислотности почвы. Кроме того, ионы аммония, смешанные в концентрированном виде с поверхностным слоем почвы, могут быть заменены другими основными, такими как кальций, которые затем постепенно опускаются по профилю почвы вниз во время выщелачивания. Этот процесс рассматривается как причина повышенной кислотности почвы в местах, где они изначально были нейтральными или слабощелочными.

6. Вынос с уборкой урожая минералов магния, калия и кальция в той или иной степени влияет на подкисление почвы. Семена в 3-4 раза содержат меньше необходимых минералов, чем стебли и листья. Удаление соломы с поля в течение многих лет и постоянное использование растений в качестве корма (корма для скота) приводит к большей интенсивности добычи полезных ископаемых из почв на полях по сравнению с вариантом удаления только злаков.

7. В очень влажных почвах происходит процесс разложения органического материала. Если такое разложение происходит при отсутствии достаточного количества кислорода, то выделяются ионы Н+, большой объем углекислого газа (CO2) и много органических кислот. Углекислый газ вступает в реакцию с водой, что приводит к образованию углекислоты. Дренаж почвы восстанавливает процесс подачи кислорода в почву и способствует процессу удаления кислоты из почвы микроорганизмами или другими химическими процессами. Вклад в окисление почвы за счет разложения органического вещества будет невелик. Даже незначительные изменения в кислотности почв, которые происходят в результате этого процесса, будут длиться много лет.

8.Дефицит фосфора. Фосфор химически связывается с железом и алюминием в нерастворимые соединения. Когда рН находится в щелочной среде, может возникать дефицит доступного фосфора. Фосфор также образует нерастворимые соединения, такие как фосфат кальция. Он является важным фактором образования кислых почв [24].

Модель черного ящика.

Описание модели. ППК- почвенный поглощающий комплекс, ТФ- твердая фаза почвы, ПР - почвенный раствор, А –актуальная кислотность, О- обменная кислотность, Г- гидролитическая кислотность.

Лимитирующие факторы на входе: Кислотные дожди, и кислые грунтовые воды, химический состав материнской породы, геологический возраст ландшафта, выщелачивание в процессе орошения, эти факторы оказывают, воздействие на всю систему постепенно почва становится более кислой.

Фоновые факторы периферий: Подстилающие породы, химический состав, внесение аммонийного азота, вынос минералов кальция, калия, магния и др. элементов, дефицит фосфора, процесс разложения органического материала, техногенный фактор, сама почва и биота почвы. Каждый фоновый фактор оказывает воздействие на отдельный элемент системы. На схеме показано, на какие элементы воздействуют фоновые факторы (рисунок 1).

 

Подстилающие породы

Вынос минералов Са2+,Mg2+ К+ и др.

Подстилающие породы

Кислые осадки

ТФ

ППК

Кислые грунтовые воды

Выход

Г

О

Вход

Устойчивость почв к кислотности

Антропогенный фактор

А

Геологический возраст ланд-та.

ПР

Хим.

состав

Техн.

фактор

Почва

Биота

Рисунок 1. Модель черного ящика по кислотности почв.

Вывод: В данной главе мы рассматривалитеоритическое обоснование кислотности почв ботанического сада КГУ, факторы оказывающие влияние на кислотность. В процессе написания мы изучили, что такое кислотность почв, ее виды и ее воздействие на почву, так же мы выявили факторы, влияющие, на кислотность почвы и разработали модель черного ящика по кислотности почвы, которая включает факторы воздействия на компоненты черного ящика, определяющие кислотность почвы.

Глава 2. Объект и методика исследования почв ботанического сада КГУ

2.1 Характеристика объекта исследования

Ботанический сад Курганского государственного университета расположен в черте г. Кургана на правобережье р. Тобол. Общая площадь сада составляет 268,13 тыс. кв. м, создан 15 июля 2011 г. на месте бывшей агробиологический станции (рисунок 2).

Ботанический сад включает в себя семь участков: дендрарий, сбор редких и исчезающих видов растений, питомник лесных культур, водную и прибрежную растительность, экспериментальный завод, культурные растения, место введения и повторного введения. Общий объем сбора древесных и травянистых растений Ботанического сада постоянно пополняется, сегодня он превышает 1 тыс. таксонов, из которых культивируется около 400, еще более 600 относятся к естественной флоре Ботанического сада. В наследие агробиологической станции Ботанический сад получил уникальный природный комплекс" Старый дендрарий", который является основой для живой коллекции открытой почвы. Он состоит из уникальных природных объектов « "дубовый лес" и "аллея Уссурийской груши", посадка которых датируется 1968 годом.

В Ботаническом саду дубовый лес расположен в северо-восточной части и тесно граничит с полосой березового леса, которая тянется вдоль трассы. Вероятно, первоначально было посажено около 80 деревьев, но сегодня сохранилось только 50, которые имеют высоту около 20 м. Дубы приносят обильные плоды каждый год. Под навесом дубов комфортно чувствуют себя самые старые в Курганской области туи (многоствольные деревья высотой около 10 м). Есть также боярышник крупноплодный, вишня девственная, маакия амурская, бархат амурский, скумпия кожевенная и другие. В начале весны распускаются крупные белые цветки с характерным ароматом 300-метровой аллеи уссурийской груши, которая встречается в диком виде только в лесах Дальнего Востока, Кореи и северо-востока Китая. Посадка насчитывает около 100 особей, из-за раскидывания крон имеет вид «глухой стены». Острые шипы, которыми усеяны ветви, значительно затрудняют доступ к стволам. Почти каждый год деревья плодоносят, семена имеют высокую всхожесть.

Большой интерес представляет Березовая роща природного происхождения, расположенная в районе Ботанического сада – место произрастания многих редких видов, в том числе занесенных в Красную книгу Курганской области: пальчатокоренников мясокрасного и Фукса, ятрышника шлемоносного, Венеры башмачковой настоящей, любки двулистной. На сыром лугу, примыкающем к роще, отмечена длинноногая первоцвет; на солонце растет коржинская лакрица[26].

Ботанический сад Курганского государственного университета находится в природной зоне лесостепь. Климат умеренно континентальный, с холодными малоснежными зимами и жарким летом. На территории Ботанического сада преобладают черноземы языковатые и карманистые выщелоченные, лугово-черноземные солонцеватые и солончаковатые, а также солонцы луговые (гидроморфные) которые характеризуются тяжелым гранулометрическим составом, низким плодородием, недостаточным содержанием гумуса, углерода, азота, неравномерным распределением фосфора и калия (рисунок 3).

Рисунок 2.Снимок Ботанического сада, со съемки спутниковой карты.

Рисунок 3. Почвы ботанического сада КГУ

Рисунок 4. Участки исследования почв.

Особенностью территорий Ботанического сада является то, что на территории Ботанического сада осуществляется образовательная, воспитательная, экологическая, производственная (садоводческая) и научная деятельность. На территории Ботанического сада проходит экологическая (образовательная и туристическая) тропа. Экскурсионно-познавательную деятельность на его территории осуществляет ботанический сад Курганского государственного университета. Одной из целей ботанического сада является сохранение биоразнообразия путем интродукции (переселения дикорастущих растений в искусственные условия) и создания семенного банка редких видов. Но помимо создания коллекций, ученые-ботаники прорабатывают здесь основные моменты озеленения. Одной из важнейших задач организации Ботанического сада является интродукция редких видов растений, занесенных в Красную книгу Курганской области (2012 г.) и Красную книгу Российской Федерации (2008 г.)[26].

2.2 Методика исследования почв ботанического сада КГУ на содержание кислотности.

1.Маршрутный метод

Широко используется в проведении крупномасштабных полевых исследований, а также при изучении и картографировании почв, растительности, местности, горных пород и гидрогеографических показателей[13]. Маршруты создаются таким образом, чтобы охватывать наибольшее разнообразие мест обитания, и внутри каждого из них будет находиться участок маршрута максимальной длины. При движении вдоль русла реки необходимо несколько раз пересечь долину реки, исследовать оба берега. Если исследуется плоская местность с однородной растительностью, маршрут запланирован зигзагами и петлями, поэтому, расширяя свой путь, вы не пропустите некоторые редкие растения. Здесь более эффективно использовать крупномасштабные карты и планы плантаций для планирования маршрута. В лесных районах больший интерес представляют старые запасы деревьев и типы лесов, не характерные для данной местности. При изучении флоры лугов следует уделять больше внимания склонам оврагов и оврагов; в степях-склонах восточных и южных экспозиций.

На маршруте полезно определить его длину с с помощью карты или плана местности. При многодневных исследованиях не обязательно, чтобы маршрут начинался в конце предыдущего. Во время движения по маршруту в полевом дневнике записываются встреченные виды растений, неизвестные накапливаются в гербарии для дальнейшего определения. Записи ведутся по ходу следствия или периодически делаются остановки с составлением подробного списка видов, по которым движение продолжается[14].

Нами маршрутный метод проводился, начиная, с первого и заканчивая 13 участком на каждом участке брали, 3 образца почвы по диагонали участка. И записывали местонахождение участка.

2.Полевой метод

Осмотр и исследование почв в полевых условиях является обязательным начальным этапом изучения почвенного покрова любой территории. В ходе исследования почвы получают информацию о внешних (морфологических) особенностях почвенного тела, отражающих ход внутренних процессов почвообразования; образцы подбираются для анализа физико-химических свойств почвы. При этом многие основные особенности почвы (цвет, влажность, гранулометрический состав, структура, сложение, наличие и тип опухолей и включений) могут быть диагностированы уже в полевых условиях. Ключевой момент обследования почвы описание генетического профиля почвы, т. е. совокупность генетических горизонтов почвы [13].

В естественных условиях почва изучается на почвенных разрезах. Существует три типа почвенных разрезов: основные (разрезы), проверочные (полуразрезы) и копательные.

Основные срезы делаются на глубину 150-250 см, если этому не препятствуют грунтовые воды или близкое попадание плотных пород. В таких случаях основные участки прокладывают к грунтовым водам или к плотным породам. С одной стороны разреза делаются ступени.

Тестовые срезы или проверочные (полуразрезы) служат для определения контуров распространения почв и выявления вариаций основных свойств почвы. Нужно открыть основную часть почвенного профиля (все генетические горизонты до наступления материнской породы), чтобы они проводились на глубину 75-150 см.

Прикопки закладывают для уточнения границ распространения почв и изменения определенных свойств почв, например, делает перегной горизонт или глубину отложения оседлого горизонта. Глубина траншей на различных почвах колеблется от 40 до 75 см, для подсоленных почв глубокие разрезы могут быть уменьшены (основные – 125-150 см, проверяющие – 75-100 см, рытье – 25-50 см), в то время как для черноземов ее следует увеличить (соответственно не менее 200, 150 и 75-100 см).

В зависимости от глубины разрезов определяют их длину и ширину.

Так, при глубине 125-150 см ширина разреза должна.70-80 см, длина около 150 см (т. е. размеры ямы не должны ограничивать движение Роден на разрезе, но не следует излишне большой) Надо укладывать разрезы по определенным правилам. Необходимо расположить разрез так, чтобы его передняя стенка (напротив ступеней) была максимально освещена в момент описания. Грунт при копке среза выбрасывают только в стороны (чтобы не потревожить растительный покров на передней стенке). Выкиньте почву так, чтобы вы могли легко засыпать яму после обработки разреза, не смешивая плодородные слои с малоплодородными. Поэтому пахотный слой или гумусовый горизонт в целом отбрасывается в одну сторону, а нижележащие-в другую. Главное правило работы в полевых условиях аккуратно закрывать (засыпать) разрез сразу после описания и отбора проб.

Участки грунта не могут находиться вблизи дорог, по краям каналов, в районах, где прежде чем выбрать место для основного разреза, предварительно сделайте несколько траншей, которые сядут на наиболее типичные для почвы[22].

Отбор проб почвы

Точечные образцы выбираются на пробной площадке из одного или нескольких слоев или горизонтов с помощью конверта, по диагонали или иным способом, так что каждый образец представляет собой " часть почвы, характерную для генетических горизонтов или слоев этого типа почвы. Точечные образцы подбираются ножом или шпателем из прикопка. Комбинированный образец формируется путем смешивания точечных образцов, выбранных на поверхности образца. Для химического анализа комбинированный образец состоит, по крайней мере, из пяти точечных образцов, взятых из места образца. Масса комбинированного образца должна быть не менее 1 кг. Точечные образцы подбираются слоями с глубины 0 - 5 и 5 - 20 см весом не более 200 г каждый. Образцы почвы, предназначенные для определения пестицидов, не должны быть взяты в полиэтиленовой или пластиковой упаковке. Все комбинированные образцы должны быть зарегистрированы и пронумерованы в журнале.

3. Методы определения кислотности почв

Возможно несколько способов определения кислотности почв. Величину рН определяют:

-Электрометрическими методами.

-Колориметрическим по методу Н.И. Алямовского

- Определение обменной кислотности почв по методу А.В. Соколова;

-Определение гидролитической кислотности по методу Каппена

-Определить народными методами;

1)Электрометрические (потенциометрические) измерения рН Осуществляются с помощью приборов: ионометра и потенциометра. Они позволяют определить рН в мутных и окрашенных вытяжках, в самой почве. Этот метод более точен.

1. Взять навеску почвы 10 г поместить в стаканчик емкостью 50 мл

2. Налить 25 мл дистиллированной воды (при определении актуальной реакции) или 1,0 н раствора КСl (при определении потенциальной реакции).

3. Стаканчик поместить на столик датчика рН-метра и опустить в него электрод, на глубину 1,5-2,0 см.

4. Записать показание.

2) По методу Н.И. Алямовского колориметрическое определение реакций среды.

Колориметрический метод заключается в том, что солевая или водная вытяжка из почвы, в зависимости от реакции, принимает определенный цвет, который сравнивается с шкалой. [14]

1. Насыпать в пробирку почвы до нижней метки.

2. Налить в пробирку 1,0 н раствор КСl (или дистиллированную воду). Соотношение почвы и раствора 1:2,5. до верхней метки.

3. Взболтать и оставить на сутки что бы отстоялась жидкость.

4. Пипеткой взять 5 мл прозрачной вытяжки в пробирку.

6. Определить рН исследуемого раствора, сравнивая его окраску с окраской эталона стандартной шкалы прибора Aлямовского.

7. Записать результат определения.

3) По методу А.В. Соколова определение обменной кислотности почв.

Обменная кислотность проявляется при взаимодействии почвы поглощающего комплекса с нейтральным солевым раствором. Вызывается обмен водорода и алюминия. Метод Соколова дает возможность определить в почве общую обменную кислотность и ионы Н+ (свободной кислоты) и Al3+ раздельно.[14]

Ход работы

1. Взять навеску почвы 40 г и насыпать ее в колбу емкостью 250 мл.

2. Налить 100 мл 1,0 н раствора КСl и взбалтывать в течение часа.

3. Профильтровать через сухой фильтр.

4.Пипеткой взять по 25 мл вытяжки в 2 колбы емкостью 100 мл.

5. Содержимое двух колб прокипятить.

6. Оттитровать 0,01 н раствором NaOH в одной колбочке в присутствии 3-5 капель фенолфталеина до слабо-розового окрашивания.

7. Во вторую колбу прибавить 3,5 % раствора NaF 1,5 мл для полного осаждения алюминия. Осадок выпадет через 10-15 мин.

8. Оттитровать полученный раствор 0,01 н раствором NaOH в присутствии 3-5 капель фенолфталеина до слабо-розового окрашивания.

9. Вычислить по формуле суммарное содержание Н+ и Al3+ и отдельно Н+:

(a  100) : (с  100) .

где: а – количество 0,01 н раствора NaOH, пошедшее на титрование, мл; 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы; с – навеска почвы, соответствующая объему вытяжки, взятой для титрования, г; 100 (в знаменателе) – для перехода к нормальному раствору, так как 1 мл нормального раствора содержит 1 мг-экв.

4) По методу Каппена определение гидролитической кислотности

Гидролитическая кислота проявляется в почве, когда ее абсорбционный комплекс взаимодействует с раствором гидролитической щелочной соли, например CH3COONa. [21]

Ход работы

1. Насыпать навеску почвы 40 г в колбу емкостью 250 мл.

2. Налить 1,0 н раствора CH3COONa, 100 мл

3. Взбалтывать в течение 1 ч.

4. Профильтровать через сухой фильтр.

5. Взять пипеткой 50 мл фильтрата в колбу емкостью 100 мл, добавить 2-3 капли фенолфталеина.

6. Оттитровать 0,1 н полученный раствор NaOH до неисчезающей в течение 0,5-1,0 мин розовой окраски.

7. Расчетать по следующей формуле:

Н = С а К 100 0,1 1,75 NaOH ,

где: Н – гидролитическая кислотность, мг-экв. на 100 г почвы; С – навеска почвы, соответствующая взятому для титрования объему фильтрата, г, а – количество 0,1 н NaOH, пошедшее на титрование, мл; KNaOH – поправка к титру NaOH;

По гидролитической кислотности можно рассчитывать норму извести, которую нужно внести в почву для нейтрализации кислотности. Для расчета нормы извести в тоннах на 1 га следует величину умножить на 1,5[13].

5) Народными способами

С помощью виноградного сока. Этот анализ можно проводить ранней весной или глубокой осенью, когда еще нет зеленых растений. В стакан с соком бросают комок земли. Если сок изменил цвет и появились пузырьки-почва имеет нейтральную кислотность.

С помощью соды. В небольшой емкости приготовьте кашицу из почвы и воды. Сверху обильно посыпать солью и пищевой содой. Послышалось шипение - земля закислялась. Степень кислотности должна быть определена более точно, чтобы принять необходимые меры.

С помощью краснокочанной капусты. Листья обладают способностью менять свой цвет в зависимости от среды, в которой они находятся: щелочные или кислые. Тест на реакцию проводится так. Капусту нарезают тонкими полосками, которые кладут в кастрюлю, заливают водой и варят через тридцать минут после закипания. Простую белую бумагу разрезают на полоски по десять сантиметров (длина). Их ширина - один сантиметр. Когда раствор остынет, его следует отфильтровать. Затем подготовленную бумагу опускают в нее на пять минут. Когда полоски пропитаются жидкостью, их вынимают и кладут на решетку для полного высыхания. Оказалось, самодельные индикаторы. Теперь определение кислотности почвы можно самостоятельно проводить на участке с их помощью.

По сорнякам: В кислой среде они предпочитают выращивать: осоку, папоротник, подорожник, конский щавель, полевой хвощ, багульник, полевую мяту, вереск, василек, лапчатку, трехцветную фиалку, одуванчик, клевер, ромашку.

Нейтральная среда, которая привлекает адониса, сеют чертополох, полевой вьюнок, крапиву, лебеду, красный клевер, пастушью сумку. В щелочной почве произрастают цикорий, молочай, тимьян, шалфей, бадан, чертополох, горчица. Если крапива растет в саду, это означает, что почва содержит большое количество питательных органических элементов[25].

Вывод: В данной главе было рассмотрено объект и методика исследования почв ботанического сада КГУ. Объектом исследования был, ботанический сад КГУ он расположен в черте г. Кургана на правобережье р. Тобол. Общая площадь сада составляет 268,13 тыс. кв. м. Так же имеется большое количество методов исследований почв на кислотность почвенного покрова. Мы рассмотрели основные методы исследования такие как маршрутный метод, полевой метод, электрометрический метод, колориметрический метод, определение обменной кислотности почв, определение гидролитической кислотности и народными методами (при помощи виноградного сока, при помощи соды, с помощью краснокочанной капусты и по сорнякам).

Глава 3. Результаты исследования

3.1 Территориальная динамика содержания кислотности почв ботанического сада КГУ

Исследование проводилось, на территории Ботанического сада КГУ. Вся территория, была разбита на 13 полей, каждом поле было отобрано точечным методом по три образца почвы по диагонали для исследования.

По проведенным исследованиям получились следующие результаты территориальной динамики кислотности почв (таблица 2).

Таблица 2

Территориальная динамика кислотности почв.

Поле, участок

рН актуальная

рН обменная

Поле 1, участок 1

6.42

6.04

Поле 1, участок 2

8.23

7.83

Поле 2 у голубого домика

8.98

8

Поле 3,часток 2

8,34

8,22

Поле 3,участок 3

8.02

7.61

Полет 4,начало и середина

7.06

7.65

Поле 4, участок 3

8.3

8.25

Поле 5, участок 3

8.9

7.91

Поле 6, участок 1

8.6

7.38

Поле 6, участок 2

7.6

7.07

Поле 6, участок 3

8.33

7.42

Поле 7, участок 1

8.75

8

Поле 7, участок 2

8.36

7.95

Поле 7, участок 3

8.53

7.63

Поле 9, участок 1

8.53

7.63

Поле 10, участок 3

7.65

6.9

Поле 11, участок 1

6.22

5.9

Поле 11, участок 2

7.5

7.32

Поле 12

8

5.4

По полученным результатам была разработана карта и график территориальной динамики кислотности почв ботанического сада КГУ (рис 5, рис 6).

Рисунок 5. Территориальная динамика кислотности почв

Рисунок 6. График территориальной динамики кислотности почвы

Вывод. По получившимся, данным можно сказать, что на данной территорий исследования большинство полей с показателем рН больше 7 что означает щелочные почвы. По графику самый большой показатель рН актуальной на поле № 2 у голубого домика и поле № 5 участок 3, рН обменной на поле № 3 участок 2 и поле № 4 участок 3. К таким почвам относятся солончаки, солонцы и солоди, встречаются в степных зонах и считаются самыми засоленными. Что соответствует объекту исследования, большее количество почв ботанического сада относятся к солонцеватым, солончаковатым и солонцам луговым (рис.3). Они характеризуются вязкостью и липкостью при намокании или жесткостью и очень слабой водостойкостью при высыхании. Почвенные микроорганизмы находятся в подавленном состоянии. Он характеризуется дефицитом фосфора, азота и ряда микроэлементов (цинка, меди, марганца и железа). Так же можно выделить несколько полей с нейтральной средой, такие как поле №1,№6 участок 2, и поле № 11 участок 2. Эти поля характеризуются черноземами. Они богаты гумусом и другими полезными веществами, в них активны полезные микроорганизмы и дождевые черви. Такие почвы имеют оптимальную структуру и высокое плодородие. И два поля №11участок 1 и поле №12 участок 1 со слабокислой средой. Что характерно для подзолистых черноземов и серых лесных почв, которые слабо уплотнены. Он подходит для успешного выращивания большинства растений. Микро и макроэлементы, необходимые для растений, имеются в наличии, а железо, алюминий и марганец не токсичны. На таких почвах можно наблюдать небольшой дефицит калия, кальция и бора. Но это компенсируется хорошей активностью микроорганизмов.

3.2 Результаты изучения факторов динамики содержания кислотности в почвах

Существует большое количество факторов влияющих на кислотность почвы. Рассмотрим лимитирующие (антропогенная нагрузка, кислые осадки, кислые грунтовые воды) и фоновые факторы (подстилающие породы, дефицит фосфора, биота почвы) влияющие на кислотность и щелочность почв.

Лимитирующие факторы, влияющие на реакцию почв ботанического сада.

К антропогенным факторам мы можем отнести загрязнение почв пестицидами, большое количество внесения органических, минеральных удобрений, обработка сельскохозяйственной техникой, нецелесообразное орошение почв. Все эти факторы прямо или косвенно влияют на реакцию среды, которые могут привести к изменению химических свойств почв, вторичному засолению почв, и деградаций почв. Что бы избежать загрязнения почв и низких физико-химических, биохимических и биологических процессов почв, нужно своевременно вносить органические и минеральные удобрения, пестициды, правильно орошать почву и использовать сельскохозяйственную технику.

Кислые почвы выщелачивают путем добавления различных веществ. Например: негашеная известь, доломитовая мука оказывает положительное влияние на плодородие почвы, молотый мел, зола является, эффективным вариантом снижения кислотности она раскисляет и обогащает землю микроэлементами. Для снижения щелочности используют гипс или подкисление почвы. Например: путем внесения гипса, который улучшает плодородие и другие свойства почвы, сера или сульфат алюминия, торф он хорошо нейтрализует известковые почвы, хвоя она добавляет кислую среду и улучшает структуру почвы, дубовые листья или компост из них являются хорошими подкислителями, которые параллельно улучшают плодородие и структуру земли.

Таблица 3

Ежегодное внесение извести в почвы

Механический состав почвы

Ежегодное внесение извести, г/м2

рН<4

рН 4.1-5

рН 5.1-6

Песчаная

400

250

100

Супесчаная

500

300

150

Суглинистая

800

600

300

Глинистая

1000

700

500

Торфяно-болотистая

1400

1200

1100

Кислые осадки также являются весьма важным фактором в реакций почв. Кислые осадки могут вызывать снижение pH почвенного раствора. Они обусловливают изменение структуры кислотности в верхних горизонтах почв, снижают насыщенность почв основаниями, способствуют выносу ионов Са2+ и Mg2+ из почвенного поглощающего комплекса. Ведут к повышению подвижности ионов железа и алюминия. Процесс закисления почв сопровождается снижением окислительно-восстановительного потенциала, ведет к угнетению биоты. Наблюдается снижение общей численности микроорганизмов, снижение интенсивности дыхания, нарушение цикла азота. Прежде всего страдают нитрифицирующие и аммонифицирующие микроорганизмы. Под влиянием кислых осадков происходит снижение скорости разложения растительных остатков, скорости минерализации гумуса, увеличение количества фульвокислот и агрегации гуминовых кислот, снижение содержания водорастворимых органических веществ, изменение элементного состава гуминовых кислот.

Таблица 4

Месячные и годовые суммы выпавших осадков в Кургане

год

янв

февр

март

апр

май

июнь

июль

авг

сен

окт

нояб

дек

За год, мм

2015

23

4

11

20

56

25

96

73

6

66

38

48

467

2016

19

9

16

56

13

48

136

2

64

36

45

22

466

2017

41

31

10

24

48

55

51

62

14

37

10

9

391

2018

1

4

40

21

55

43

36

41

28

23

34

18

343

2019

13

32

20

27

23

43

36

101

30

37

27

18

406

2020

22

17

20

60

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Норма

384 мм в год

Рисунок 7. Годовые суммы выпавших осадков с 2015-2019 года

По полученным данным можно сказать, что почти каждый год выпадение осадков превышает норму. Только в 2018 году осадки остаются в норме. Из этого можно сделать вывод, что влага накапливается в почве в избытке, следовательно, имеется высокий потенциал выщелачивания основных минералов и растворимых солей вниз по профилю почвы.

Кислые грунтовые воды. Влияние грунтовых вод на реакцию почвы зависит от их уровня залегания. Так как колебание грунтовых вод, прежде всего, зависит от осадков и расположения объекта, то можно предположить, что на территорий ботанического близость залегания грунтовых вод. При подъеме грунтовых вод в первую очередь страдают корни растений. Поднимаясь из нижних слоев грунтовые воды, охлаждают почву. В застойных грунтовых водах практически отсутствует кислород, что может привести к тому, что корни растений задыхаются и начинаются процессы отмирания корней. Во влажной почве в этом случае корневая система начинает загнивать, из-за чего процессы гниения во влажной почве быстро распространяются по всему почвенному горизонту. Также при регулярном подъеме грунтовых вод концентрация различных солей в почвенном горизонте может превышать допустимый уровень, что вызывает отравление растений, отрицательно сказывается на росте и ветвлении корней, следовательно, проницаемости корневых клеток ухудшает использование растениями водных и почвенных питательных веществ и удобрений. Даже кратковременное поднятие грунтовых вод может привести к интенсивному уплотнению почвы, вызвав гибель почвенной микрофлоры.

Фоновые факторы, оказывающие воздействие на реакцию почвы.

Подстилающие породы являются существенным фактором формирования кислотности почвы. Почвы, образовавшиеся на известковом сланце или известняке, имеют высокий уровень рН. Для того чтобы они стали кислыми, необходим длительный период естественного окислительного процесса, чем для тех почв, которые образовались на гранитах и песчаниках. Почвы ботанического сада относятся к черноземам языковатым и карманистым выщелоченным, лугово-черноземным солонцеватым и солончаковатым, а также солонцам луговым (гидроморфным). Можно предположить, что почвы ботанического сада образовались на известковом солонце и известняке.

Дефицит фосфора играет важную роль в плодородии почв и их реакциях. При недостатке фосфора в почве происходит замедление обменных процессов и нарушается биологическая активность почвы. Недостаток фосфора в почве замедляет рост растений, листовые пластинки могут менять форму и цвет, листья опадают преждевременно, на нижних листьях растений появляются темные пятна, и они начинают отмирать, корни растений отмирают, из-за чего происходит частое падение деревьев. Недостаток доступного фосфора может наблюдаться, если значение рН находится в области высокой щелочности почвы. Согласно территориальной динамике кислотности почв, большое количество почв в ботаническом саду являются щелочными, что может свидетельствовать о недостатке фосфора в этих почвах.

Рисунок 8. График влияния кислотности почвы на наличие в ней фосфора

Почвенная биота - это живые организмы, обитающие в почве и различающиеся своими экологическими функциями и таксономическим положением.

Жизнедеятельность почвенных организмов тесно связана с реакцией почв. В кислой среде распространена грибковая микрофлора. Для бактерий предпочтительнее реакция, близкая к нейтральной. Почвенная биота участвует в формировании почвенного плодородия, минерализации и гумификации органического вещества, азотфиксации, движении органических и минеральных веществ по почвенному профилю, формировании оптимальной структуры почвы, образовании и трансформации фитоактивных веществ, поддержании оптимального питательного режима почв. Наибольшую долю по массе (80-85%) в объеме почвы составляют невидимые микроорганизмы, бактерии, грибы, а видимые насекомые и дождевые черви — 20%. И чем плодороднее почва, тем больше у нее живых помощников. Ведь именно они производят вещества, необходимые для питания растений. По мнению некоторых исследователей, в кислых, а также в щелочных почвах микрофлора беднее по видовому составу из-за угнетающего влияния на нее реакции окружающей среды. В результате жизнедеятельности грибов и бактерий, разложения растительного мусора, изолированных корней и насекомых в почве могут присутствовать свободные органические кислоты, такие как уксусная, щавелевая, лимонная, которые подкисляют почву. Так как почвы ботанического сада относятся в большей степени к щелочным почвам, то микрофлора может быть бедна и неразнообразна. Уровень рН определяет доступность для растения различных макро и микроэлементов из почвы. Контролируя уровень кислотности, можно повысить эффективность использования питательных веществ в почве.

Рисунок 9. Влияние реакций почвы на наличие макро и микроэлементов почвы

Так как почвы ботанического сада находятся в щелочной среде, следовательно, мы можем предположить каких именно макро и микроэлементов не достаточно, а именно фосфора, марганца, бора, меди и цинка. Скорее всего, происходит вымывание данных элементов.

Вывод. В данной главе мы рассмотрели и разобрали территориальную динамику содержания кислотности почв, и выявили что на исследуемой территорий ботанического сада КГУ преобладающими являются почвы с щелочной реакцией. Так же были рассмотрены лимитирующие и фоновые факторы, влияющие на кислотность и щелочность почв. К лимитирующим факторам относится антропогенный фактор, кислые осадки, и кислые грунтовые воды. К фоновым факторам относятся подстилающие породы, дефицит фосфора, биота почвы и др. Для поддержания нейтральной почвы и устранения излишней кислотности, в почву вносят известь, мел, доломитовую муку или обычную золу. Для устранения щелочной среды почву гипсуют, то есть, вносят молотый гипс или фосфогипс.

Заключение

В процессе написания данной работы был проведен

Анализ литературных источников, включающие в себя статьи и учебники по кислотности почв.

Проведено теоретическое обоснование влияния антропогенных факторов и факторов окружающей среды и разработана модель влияния факторов окружающей среды на кислотность почв.

Подобрана методика значения кислотности почвы разными методами и описана характеристика объекта исследования.

Проведен анализ почвы на кислотность и разработана карта кислотности почв.

Разработаны методические рекомендаций по стабилизаций кислотности почвенного покрова ботанического сада КГУ.

По результатам анализа почв объекта исследования было выявлено что преобладающими почвами ботанического сада КГУ являются почвы с щелочной реакцией. К таким почвам относятся солончаки, солонцы и солоди, встречаются в степных зонах. Что соответствует объекту исследования, большинство почв ботанического сада относятся к лугово-черноземным солонцеватым, солончаковатым и солонцам луговым (гидроморфным).

Обобщая вышесказанное можно сделать вывод, что для лучшего произрастания растений и плодородия почв, нужно стабилизировать кислотность и щелочность почвенного покрова ботанического сада КГУ. Для этого нужно известкование кислых почв при помощи гашёной извести, доломитовой муки, измельчённым мелом, древесной золой, и подкислять щелочные почвы при помощи гипс содержащих материалов: фосфогипса, молотого гипса, или глиногипса. Так же изучения других факторов почвы, так как реакция почвы не всегда зависит от факторов кислотности.

Таким образом, цели и задачи данной исследовательской работы были достигнуты.

Список литературы

1.Авдонин Н.С. Повышение плодородия кислых почв. /Н.С.Авдонин – М.:Колос,2012. – 303с.

2.Александрова А. М., Крупский Н. К., Дараган Ю. В., О природе почвенной кислотности // Почвоведение.2012. №3. с. 35-43

3.Бахтин П. У. Физико-механические и технологические свойства почв. М.: Знание.2015.

4. Гедройц К.К. Химический анализ почвы. М.: Новая деревня, 2010. -540 с.

5. Гедройц К.К. Избранные сочинения, т. III. М: Сельхозгиз, 1955, - 560 с.

6.Геннадиев, А.Н. География почв с основами почвоведения/А.Н. Геннадиев, М.А. Глазовская - М.: высшая школа, 2008. - 462 с.

7. Каппен Г. Почвенная кислотность // М.: Сельхозгиз,2011. 390 с.

8. Ковда В. А. Основы учения о почвах. - М.: Наука,2013.

9. Куликов Я.К. Почвенные ресурсы. - М.: Высшая школа, 2013.

10.Окорков В. В. Основные направления исследований по известкованию кислых почв // Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство.

11.Орлов Д.С., Садовникова Л.K., Суханова Н.И. Химия почв.- М.: Высшая школа., 2005. - 558 с

12.Соколова Т.А., Толпешта И.И., Трофимов С.Я. Почвенная кислотность. Кислотно-основная буферность почв. - М.: Гриф и К, 2012 г.

13.Семендяева Н.В. Методы исследования почв и почвенного покрова: учеб. пособие/Н.В. Семендяева, А.Н. Мармулев, Н.И. Добротворская; Новосиб. гос. аграр. ун-т, СибНИИЗиХ. – Новосибирск: Издво НГАУ, 2011. – 202 с.

14.Федорец Н. Г., Медведева М. В. Методика исследования почв. - Карельский научный центр РАН, 2009. 84 с.

15.Хабаров, А. В. Почвоведение: учебник / А.В. Хабаров, А.А. Яскин, В.А. Хабаров. – М.: Колос С, 2007.

16.Шильников И.А. Значение известкования и потребность в известковых удобрениях/ И.А. Шильников, Н.И. Аканова, В.Н. Темников // Агрохимический вестник, 2008, № 6. - С. 28-31.

17.Шипов К.Г. Почвенная кислотность и известкование // Труды Вашколукского с-х института. Вып. 1. 1959

18.Чернов В.А. О природе почвенной кислотности // М.: Изд-во АН, 1947

19.Ярусов С.С. К изучению обменной кислотности почв // Докл. ВАСХНИЛ. Вып. 1-2. 1946

20.Кислотность почв [Электронный ресурс],- Режим доступа: https://universityagro.ru/агрохимия/кислотность-почвы.html

21.Кислотность как фактор определяющий плодородие [Электронный ресурс],- Режим доступа: https://sad6sotok.ru/кислотность-почвы.html

22.Экология кислотности [Электронный ресурс],-Режим доступа: https://ecology.md/page/kislotnost-pochvy.html.

23.Кислая почва [Электронный ресурс],- Режим доступа: https://udobreniya.net/kislaya-pochva.html

24.Факторы образования кислотности в почвах [Электронный ресурс],-Режим доступа:https://studme.org/245524/ekologiya/prichiny_obrazovaniya_kislotnosti_pochvah.html

25.Методы исследования почв [Электронный ресурс],- Режим доступа: http://sovetik.in.ua/kislotnost-pochvy-dostupnye-metody-opredelenija.html.

26.Описание ботанического сада КГУ [Электронный ресурс],- Режим доступа: http://bskgsu.ru

Просмотров работы: 25