Органическое вещество почвы

 

Министерство сельского хозяйства РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Пермская государственная сельскохозяйственная академия

имени академика Д. Н. Прянишникова»

 

Факультет почвоведения, агрохимии, экологии и товароведения

 

Кафедра почвоведения

 

 

УДК 631.417.7

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Геология и почвоведение» на тему

«Органическое вещество почвы»

 

 

 

Выполнила студентка группы Бб-11б

направления 020400 «Биология»

Воронина Дарья Павловна

Руководитель – старший преподаватель

М.Н. Власов

 

 

 

Пермь 2015

 

УДК 631.417.7

Воронина.Д.П. Органическое вещество почвы. Курсовая работа. Пермь: ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2015. 59 с.

В работе дан краткий обзор литературы по истории изучения органического вещества почвы. Приведен химический состав органической части почвы. Указана характеристика видов органического вещества по источникам их образования. Основное внимание уделено описанию состояния органического вещества дерново-подзолистых почв Урала, способам улучшения плодородности данных почв.

Библ.,35, табл. 3, илл. 3. 

 

Содержание

	Введение…………………………………………………………………….	4
1.	История изучения органического вещества………………………………	5
2.	Понятие и состав органической части почвы…………………………….	7
3.	Источники органического вещества почвы.……………………………...	13
3.1	Растительные остатки………………………………………………………	13
3.2	Микроорганизмы и почвенная фауна……………………………………..	18
3.2.1	Микробное разложение органического вещества почвы………………..	29
3.3	Органические удобрения…………………………………………………..	30
4.	Органическое вещество специфической и неспецифической природы ..	37
5.	Условия накопления органического вещества в почве…………………..	40
6.	Роль органического вещества в образовании почвы и создании ее плодородия………………………………………………………………….	41
7.	Способы прогноза состояния органического вещества………………….	49
	Выводы………………………………………………………………………	51
	Список использованных источников……………………………………..	56

 

 

 

Введение

 

Органическое вещество почвы представляет собой важнейшее звено обмена веществ и энергии между живой и неживой природой. Это комплекс органических соединений, входящих в состав почвы. Представленных в основном гумусом (на 80–90%); неспецифическими для почвы углеводами; жирами, белками, а также остатками растений, животных.

В генезисе большинства типов почв и формировании их свойств органическим соединениям, бесспорно, принадлежит ведущая роль. В связи с этим понятен интерес исследователей к этому вопросу на всем протяжении развития почвоведения как науки.

Органическое вещество является лимитирующим фактором, определяющим биопродуктивность природных и агроэкосистем; от качественного и количественного состава органического вещества зависит поведение загрязнений различного происхождения, формирование противоэрозионной устойчивости и водно-физических свойств почв и т.д. В современной ситуации повышение плодородия почв является одним из условий улучшения продовольственного снабжения в Российской Федерации. Повышение урожайности земель будет способствовать уменьшению закупок сельскохозяйственной продукции за рубежом, что соответствует программе импортозамещения в аграрном секторе России, рассчитанной до 2010 г.

Изучение данных вопросов важно как для познания современной направленности и интенсивности развития почвы, так и для разработки рациональных приемов регулирования почвенного плодородия.

Именно поэтому, изучение органического вещества является крайне перспективным направлением почвоведения. Исследования органического вещества имеют достаточно продолжительную историю. К этой теме обращались как русские, так и зарубежные исследователи. В изучении органического вещества почвы достигнуты значительные успехи. К настоящему времени накоплен обширный научный материал, который был использован в данной работе.

Целью курсовой работы является изучение по литературным источникам органического вещества почвы.

Цель курсовой работы предполагает решение следующих задач

1. Дать характеристику понятию органического вещества.
2. Детально и подробно рассмотреть содержание и состав органического вещества почвы.
3. Описать источники органического вещества.
4. Выявить различия органических веществ специфической и неспецифической природы.
5. Определить роль органических веществ в почвообразовании, плодородии почв и питании растений.
6. Сформулировать основные выводы по теме «Органическое вещество почвы».

 

1.История изучения органического вещества

 

Органическое вещество и его превращение в почве играет важную и разностороннюю роль в ее генезисе и формировании основных свойств и признаков, с которыми связаны развитие плодородия и фитосанитарные функции почвы. Органические вещества принимают участие в питании растений, в создании благоприятных водно-физических свойств почвы, миграции различных элементов в почвах и биосфере. Все важнейшие почвенные процессы протекают при прямом или косвенном участии органического вещества.

Все это объясняет тот глубокий интерес, который постоянно проявляют к органическому веществу почв. Связь органического вещества с плодородием почв была отмечена ещё в эпоху древних цивилизаций (Египет, Древняя Греция и др.).

Научное изучение органического  вещества почв началось в первой половине XIX. (Х. К. Шпренгель в Германии, Й. Я. Берцелиус в Швеции, Р. Герман в России, Г. Я. Мульдер в Голландии).

Первые глубокие исследования химии органического вещества в России принадлежат московскому химику Р. Герману, который установил многообразие видов гумусовых веществ, отвечающее современным представлениям о групповом составе гумуса. Он построил стройную классификацию гумифицированных органических веществ (продуктов гниения, процесса углеобразования и воздействия вулканического пепла на растительные остатки, различающихся по растворимости в щелочах, минеральных кислотах и уксусной кислоте, а значит – по способности мигрировать в пространстве). Р. Герману также принадлежит идея о конституционной роли азота в гумусовых веществах.

Большое внимание ученых привлек так же и гумус (собственно «почва»  в переводе с латинского) – сложное органическое образование, возникающее из останков живых организмов. Особенная роль в изучении почв принадлежит, как известно, М.В. Ломоносову (1711–1765), который ввел в научную литературу термин «чернозем», дал объяснение образованию перегноя и обрисовал условия его накопления. Профессор МГУ М. И. Афонин (1739–1810), читая в университете первый курс «сельскохозяйственного домоводства» (1770г.), большое внимание уделял вопросам происхождения гумуса из остатков «трав и растений» под влиянием воды, атмосферного воздуха и населяющих почву живых организмов (Крупенников, 1981).

Уже с начала XIX в. появляется целая серия экспериментальных исследований неизвестных в то время органических соединений – гумусовых кислот, которые извлекали из почв или природных вод. Были проведены подробные, детальные исследования состава, растворимости, взаимодействия гумусовых кислот с солями и аммиаком (И. Деберейнером (1822), К. Шпренгелем (1826), Г. Мульдером и др.), делались попытки получения искусственных гуминовых кислот (Т. А. Булле, Ф. Малагути и др.). И. Я. Берцелиусом (1833) описаны свойства выделенных им гумусовых кислот и их соединений с калием, натрием, аммонием, барием, кальцием, магнием, глиноземом, марганцем, железом, свинцом, медью, ртутью, серебром. Он считал, что в почве содержатся также фульвокислоты. Нобелевским лауреатом – С. А. Ваксманом (микробиологом и биохимиком) – была издана первая монография – «Гумус» (Ваксман, 1937). Таким образом, начиная с конца XIX в. в почвоведении разрабатывается идея о кислотном составе гумуса. Шпренгель выдвинул метод разделения гумуса на растворимые и нерастворимые в щелочах органические вещества. Растворимые в щелочах в свою очередь делились на растворимые и нерастворимые в кислотах. Потом была выделена гиматомелановая кислота шведским ученым С. Оденом.

Учение В.В. Докучаева о почве привлекло внимание почвоведов к гумусу. Особенно большое значение имели исследования П.А Костычева о роли микроорганизмов  в синтезе гумусовых веществ. Первая четверть ХХ века характеризуется дальнейшим изучением химической природы гумусовых веществ (В.Р. Вильямс, С. Оден, А. Ашмук) и неспецифических для гумуса соединений (О.Шрайнер и Е. Шори).

Оригинальную концепцию о природе гумуса создал американский микробиолог С. Ваксман, считавший, что главная масса гумуса представлена лигнинопротеиновым комплексом.

Наиболее подробно с химической и биологической точек зрения в работе Ваксмана рассмотрен гумус лесных почв и почв верещатников, уделено также внимание гумусу черноземов, луговых почв, латеритов, солонцов, солончаков. Описаны и критически оценены методы изучения гумуса. Ваксман приходит к выводу, что гумус «оказывает самое разнообразное влияние на почву», на ее структуру, влагоемкость, тепловые свойства, кислотность. Он пишет: «Значение гумуса в экономике страны не получило должной оценки… гумус, по всей вероятности, является наиболее важным источником богатства человека на нашей планете. Природа создала на Земле в форме гумуса богатый источник легко доступной энергии, связала большую часть необходимого для жизненных процессов углерода и большую часть азота, также столь необходимого для развития растений» (1937). Оценивая положительно исследования Ваксмана в области биохимии процесса гумусообразования, И.В. Тюрин (1965) критически рассмотрел представления Ваксмана о гумусе как о смеси продуктов распада органических остатков и о лигно-протеиновом комплексе как о ядре гумуса и указал на необоснованность отрицания им существования специфических для почвы гумусовых веществ как природных соединений.

Ко второй половине ХХ в. в мире был накоплен огромный экспериментальный материал, причем обнаружилось множество интересных вещей. Выяснилось, что гумус – важнейший фактор плодородия почвы, так как вещества, входящие в его состав, могут ускорять прорастание семян, а в качестве пищевой добавки повышать продуктивность животных. Они стимулируют иммунную систему живых организмов и предохраняют растения от пагубного воздействия загрязняющих веществ, попадающих в почву.

Серьезный прорыв в научном понимании гумуса наметился лишь в последней четверти XX в. Причем в 70–80-е гг. к исследованиям в этой области стали проявлять повышенный интерес и «чистые химики». Однако поводом для этого послужили не запросы сельского хозяйства, а экологические проблемы. При изучении загрязнения почвы и воды оказалось необходимым учитывать влияние соединений гумуса, которые очищают среду, активно взаимодействуя с загрязняющими веществами.

В наших широтах данной проблемой интересовались, например, Г.Я. Елькина с Т.П. Константиновой, которые изучали окультивирующее действие высоких доз органических удобрений (1993 г.). А А.С. Коровкина исследовала возможность использования некомпостированных отходов деревообрабатывающих предприятий в качестве органических удобрений (1989 г.).

В период с 1926 по 1945 г Т.Н. Чудинова занималась удобрением овощевых культур. В её работах показана роль навоза при возделывании овощей, сроки и способы внесения, доказано, что хорошо подготовленный навоз с успехом можно вносить под культивацию.

Более чем за 70-летний период существования Соликамской опытной станции ее сотрудниками (Вожениным И.Г, Коровиным А.И., Беляевым Г.Н., Васильевой Л.В., Глазковым П.Н., Аликиным А.С. и др.) изучено действие навоза, торфа, компостов, люпина, форм азотных удобрений на урожайность и качество растений. Выявлены причины низкой эффективности физиологически кислых солей на кислых почвах.

Отмечено, что, несмотря на единство взглядов в вопросе общей направленности трансформации органического вещества почвы при ее распашке, в литературе встречаются большие расхождения в трактовке молекулярных механизмов этого процесса. Отчасти это вызвано несовершенством методической базы исследований. Многие широко используемые в настоящее время методы, начиная от экстракции препаратов гумусовых веществ и кончая методами исследования их состава и свойств, носят во многом условный или косвенный характер, что иногда приводит к несоответствиям как в получаемых данных, так и в их интерпретации. По этой же причине в настоящее время практически отсутствует надежный, универсальный и достаточно информативный количественный показатель качественного состава органического вещества антропогенно преобразованных почв. Это в свою очередь затрудняет адекватный учет роли органического вещества в проявлении важнейших функциональных параметров самой почвы, таких, как плодородие, устойчивость почвенной среды к неблагоприятным воздействиям и т.п. (Чуков, 1998).

 

 

2.Понятие и состав органической части почвы

 

Общая схема формирования органической части почвы неразрывно связана с биологическим круговоротом веществ и почвообразованием, для которых наиболее существенным звеном является разложение мертвых органических остатков, сопровождающееся несколькими одновременно протекающими процессами: аккумуляцией первичного органического вещества, разложением, микробным синтезом, гумификацией и минерализацией.

Аккумуляция первичного органического вещества — поступление растительных остатков на поверхность и в толщу почвы. Разложение —совокупность процессов биохимического окисления нерастворимых в воде органических остатков с образованием более простых, частично растворимых в воде органических и минеральных соединений. Процессы протекают главным образом под влиянием ферментативной активности микроорганизмов. Микробный синтез процесс образования тел микроорганизмов из более простых водорастворимых органических (сахаров, аминокислот) и минеральных соединений. После отмирания микробы подвергаются разложению и гумификации. Гумификация, или гумусообразование, — медленный биохимический процесс, приводящий к образованию гумусовых веществ — специфических соединений, обладающих способностью к полимеризации, т. е. уплотнению своих молекул, что делает их устойчивыми к разложению микроорганизмами. Минерализация — совокупность процессов превращения органических веществ в минеральные соли, воду и углекислоту. Процессы разложения и минерализации обеспечивают поступление элементов питания в биологический круговорот, процессы микробного синтеза и гумификации, наоборот, закрепление и накопление органических веществ в толще почвы.