Вальков В.Ф., Денисова Т.В. Плодородие почв и сельскохозяйственные растения: экологические аспекты

Подождите немного. Документ загружается.

161

Таблица 4.44

оценкасложностианализа,всвязисиспользуемымиреактивами,

посудойиоборудованием

Показатель

Стоимость

реактивов на 100

анализов, руб.

Посуда

на 100 образцов, шт

Оборудование для

анализа

Балл*

Активность

каталазы

Сдвоенная колба – 3

Пипетка 5 мл – 1

Бюретки – 2 шт. 10

Активность

инвертазы

Колба 100мл – 200

Пробирки – 100

Воронки – 20

Мерный цилиндр 25мл – 1

Пипетка 5 мл – 1

Пипетка 10 мл – 1

Термостат

Печка

Центрифуга

ФЭК

Активность

дегидрогеназы

350

Колба 100мл – 100

Пробирки – 100

Воронки – 20

Пипетка 1 мл – 1

Термостат

Вакуумный эксикатор

ФЭК

Содержание

гумуса

150

Колба 200мл – 200

Мерный цилиндр 25мл – 1

Термостат

ФЭК

* Обратная зависимость балла от величины показателя

Активность инвертазы в среднем набрала лишь 6,8 балла.

Инвертаза является достаточно чувствительным ферментом, и ак-

тивность ее значительно изменяется под влиянием большинства

негативных антропогенных факторов (кроме загрязнения нефтью и

нефтепродуктами) (см. табл. 4.42). Но применение этого показателя

затруднено из-за его значительного варьирования (см. табл. 4.44,

4.45), что делает необходимым соблюдать большую повторность.

Кроме этого, метод определения инвертазы достаточно трудоемок

(10 разных операций) и требует большого количества лабораторной

посуды и оборудования (см. табл. 4.43, 4.44).

Таблица 4.45

КоэффициентвариацииCV(егосреднеезначение)приопределении

ферментативнойактивностиисодержаниягумуса

Вид воздействия

Активность

каталазы

Активность

инвертазы

Активность

дегидрогеназы

Содержаниие

гумуса

значение,

в %

балл

значение,

в %

Балл

значение,

в %

балл

значение,

в %

балл

Сельскохозяйственное

использование

5,1 10 9,0 9 8,1 9 4,0 10

Загрязнение нефтью

и нефтепродуктами

9,8 9 37,3 6 15,0 8. 22,8 7

162

Вид воздействия

Активность

каталазы

Активность

инвертазы

Активность

дегидрогеназы

Содержаниие

гумуса

значение,

в %

балл

значение,

в %

балл

значение,

в %

балл

значение,

в %

балл

Загрязнение тяжелыми

металлами

11,5 8 32,9 6 Не опр. Не опр. 5,1 10

СВЧ-излучение 4,2 10 37,9 6 Не опр. Не опр. Не опр. Не опр.

Ионизирующее

излучение

4,5 10 17,0 8 10,3 9 4,4 10

Гидроморфизм 9,4 9 31,2 6 30,3 7 32,8 6

Средний балл

по методу

9 7 8 8

Таблица 4.46

ошибкаопределения(еесреднеезначение)приопределенииферментативной

активностиисодержаниягумуса,в%отсреднего

Вид воздействия

Активность

каталазы

Активность

инвертазы

Активность

дегидрогеназы

Содержаниие

гумуса

значение,

в %

балл

значение,

в %

балл

значение,

в %

балл

значение,

в %

балл

Сельскохозяйственное

использование

3,1 10 3,4 10 5,1 10 2,9 10

Загрязнение нефтью

и нефтепродуктами

6,5 9 21,8 6 10,8 .8 16,8 7

Загрязнение тяжелыми

металлами

8,1 9 22,9 6 Не опр. Не опр. 2,9 10

СВЧ-излучение 1,2 10 16,8 7 Не опр. Не опр. Не опр. Не опр.

Ионизирующее

излучение

5,4 9 6,4 9 5,7 9 1,3 10

Гидроморфизм 6,3 9 13,4 8 16,7 7 23,7 6

Средний балл

по методу

9 7 8 8

Активность дегидрогеназы отличается от инвертазной меньшим

варьированием. Этот показатель чувствителен и приемлем для ди-

агностики воздействия на почву сельскохозяйственного использо-

вания, гамма-излучения, а также переувлажнения (см. табл. 4.42).

Окончание табл. 4.45

163

Но средний балл для активности дегидрогеназы 7,6. Причиной

занижения балла является меньшая доступность этого метода.

Метод определения дегидрогеназы достаточно сложен, требует за-

трат на реактивы и значительного количества посуды и оборудова-

ния (см. табл. 4.43, 4.44). К сожалению, в литературе недостаточно

данных по этому ферменту и затруднительно оценить значение его

для диагностики других воздействий.

Для сравнения применимости ферментативной активности в

диагностике и мониторинге оценили показатель содержания гу-

муса. Показатель содержания гумуса имеет ряд преимуществ:

варьирует незначительно (см. табл. 4.45, 4.46), прост в примене-

нии, его использование не требует сложного оборудования и ре-

активов. Однако для оперативной диагностики он малопригоден

в силу своей большой консервативности. Его применение очень

эффективно при оценке последствий сельскохозяйственного ис-

пользования (9,3 балла).

В табл. 4.47 приведена интегрированная оценка эффективности

применения ФА для диагностики разных антропогенных воздей-

ствий. Если рассматривать отдельно каждый вид воздействия, то

наиболее информативными при оценке последствий влияния сель-

скохозяйственного использования на биологическую активность

почв являются содержание гумуса, дегидрогеназа и инвертаза.

Для диагностики загрязнений различной природы и переувлажне-

ния более пригодна активность каталазы.

Если оценивать применимость в целом методов ферментативной

активности для диагностических целей, то наивысший балл и, сле-

довательно, большую эффективность эти методы имеют при диаг-

ностике сельскохозяйственного использования (8,2 балла), СВЧ и

ионизирующего излучений (8,5).

Таким образом, ферментативную активность почв можно при-

менять для биологической диагностики и мониторинга почвенного

покрова. Применение активности ферментов наиболее эффективно

при диагностике сельскохозяйственного использования, воздейст-

вия СВЧ и ионизирующего излучений. Показатели ферментатив-

ной активности в разной степени пригодны для диагностики де-

градационных процессов различного происхождения. Для оценки

последствий влияния сельскохозяйственного использования на

биологическую активность почв наиболее информативными явля-

ются активность дегидрогеназы и инвертазы. Для диагностики за-

грязнений различной природы и переувлажнения более пригодна

активность каталазы.

164

Таблица 4.47

оценкапоказателейферментативнойактивностиисодержаниягумуса

длядиагностикиразличныхвоздействий

Вид воздействия Показатель

Чувствительность

Сложность анализа

Точность определения

Средний балл по

воздействию

Средний балл по

ферментативной

активности

Сельскохозяйственное

использование

каталаза 3 10 10

7,6

8,2

инвертаза 10 6 9

8,3

дегидрогеназа

10 7 9

8,6

гумус 10 8 10

9,3

Загрязнение нефтью и

нефтепродуктами

каталаза 9 10 9

9,7

6,8

инвертаза 3 6 6

5,0

дегидрогеназа 2 7 8

5,7

гумус 2 8 7

5,7

Загрязнение тяжелыми металлами

каталаза 8 10 8

8,6

7,7

инвертаза 8 6 6

6,7

гумус 2 8 10

6,7

СВЧ-излучение

каталаза 9 10 10

9,7

8,5

инвертаза 9 6 6

7,0

Ионизирующее излучение

каталаза 9 10 10

9,7

8,5

инвертаза 9 6 7

7,3

дегидрогеназа 10 7 9

8,6

гумус 1 8 10

6,3

Гидроморфизм

каталаза 10 10 9

9,7

7,9

инвертаза 8 6 6

6,7

дегидрогеназа 8 7 7

7,3

гумус 5 8 6

6,3

Татосян М. Л. (2003), Казеев К. Ш. с соавт., (2004);

Колесников С. И. с соавт. (2000, 2001);

Денисова Т. В. ( 2003, 2004);

Безуглова О. С. (2001); Тищенко С. А. (2004), Казеев К. Ш. с соавт. (2004); Стрелкова В. И.,

Казеев К. Ш., (2004).

165

5.ФИзИчеСКИеФаКТоРыплоДоРоДИяпочВ:

оБеСпеченноСТьРаСТенИйВоДойИВозДУхоМ

5.1.Мощностьпочвикорнеобитаемойтолщи

Влагообеспеченность растений зависит от объема почвенной массы.

Корневым системам растений необходим определенный экологический

простор для водопотребления, питания, стабильного расположения.

Все это обеспечивает определенная мощность корнеобитаемой толщи,

которая может далеко простираться за объемы собственно почвы, как,

например, на черноземах, или сосредотачивается только в отдельном

верхнем плодородном горизонте А, что характерно для солонцов и дру-

гих почв с экологически неблагоприятными свойствами в нижних ге-

нетических горизонтах (оглеение, засоление, слитость и т. д.).

Общие представления о мощности корнеобитаемой толщи. В

почвоведении и экологии растений оперируют вполне определенны-

ми экологическими понятиями: мощность почвы и ее генетических

горизонтов, мощность корнеобитаемой толщи и др., подразумевая

под этим толщину массы почвы и прилегающих к ней слоев коры

выветривания. Обычно рассматривают:

· мощность почвы как цельного природного образования, вклю-

чающая всю совокупность генетических горизонтов до почвооб-

разующей породы. Многообразие географической среды опреде-

ляет очень широкое варьирование мощности почв. Безусловно,

учитывается мощность отдельных генетических горизонтов;

· мощность гумусового горизонта, величина которого, как прави-

ло, отражает развитие дернового процесса, жизнедеятельности

травянистой растительности. Гумусовый горизонт отражает

эффективное и потенциальное плодородие почв. По мощности

этого горизонта прежде всего выделяются черноземы, а сре-

ди них – сверхмощные черноземы Предкавказья. Подчеркнем

первостепенную значимость в плодородии почвы в целом;

· мощность экологически оптимальной корнеобитаемой толщи

конкретно для каждой почвы и каждого растения. В экологиче-

ском почвоведении учитывается пластичность корневой системы

растений. Они могут приспосабливаться к различной мощности

в зависимости от условий обитания. В садах на бурых и серых

лесных почвах корни яблони, например, вполне удовлетворяют-

ся мощностью обитания 80–100 см. На черноземах для деревьев

дефицитом становится влага и в богарных условиях в ее поис-

166

ках деревья имеют мощную широко разветвленную корневую

систему, простирающуюся до глубины 2,5–3,0 м;

· мощность рухляковой толщи учитывается при формировании

почв на плотных каменистых или тяжелоглинистых породах,

в которых развитие корневых систем невозможно. К таким

плотным породам относятся граниты, известняки, мергели,

песчаники, галечники, орштейновые горизонты почв, древние

глины с плотностью более 1,6–1,7 и т. д.

Близость к поверхности твердых пород оказывает разный не-

гативный эффект. В условиях недостаточного увлажнения (коэф-

фициент увлажнения менее 0,8) главное отрицательное действие

выражается в дефиците влаги в период вегетации при сокращении

объема корнеобитаемой толщи. Во влажных условиях отрицатель-

но сказывается переувлажненность профиля, если нет естествен-

ного оттока избыточных вод. Естественное дренирование может

происходить за счет внутрипочвенного стока воды на склонах и

вертикальной фильтрации в проницаемых породах. Известняки,

мергели, галечники относятся к породам водопроницаемым. В

связи с этим мощность корнеобитаемой рухляковой толщи оцени-

вается с учетом климатических, рельефных и петрографических

характеристик.

Глубина проникновения корней в толщу почвы и почвооб-

разующей породы обычно больше мощности экологически не-

обходимого корнеобитания. Общее правило: чем суше условия

вегетации, тем глубже распространяются корни и их отдельные

представители в далекую от поверхности массу почвообразую-

щей породы. Несомненно, здесь проявляется также биогеоцено-

тический эффект накопления в верхних горизонтах элементов

минерального питания растений, извлекаемых из глубоких сло-

ев материнской породы.

Важное условие плодородия – корнеобитаемая толща на всю ее

мощность в своем многообразии географического распространения

и экологической целесообразности должна быть оптимальна для

растений. Одна из экологических закономерностей агроценозов и

фитоценозов: корневые системы растений беззащитны перед ядо-

витым воздействием окружающей среды. Вещества, встречающие-

ся в корнеобитаемом слое, будь то почвенные горизонты или слои

материнской породы, беспрепятственно проникают в организм рас-

тений и вызывают соответствующие физиологические нарушения

после критического количественного их накопления.

Эффект ядовитости свойственен всякой выше предела концен-

167

трации легкорастворимых солей (засоление почвы), солонцевато-

сти, щелочности и кислотности, загрязнению соединениями тяже-

лых металлов, химикатов (пестициды, промышленные отходы и

т. д.). Все то, что не было обычным для эволюции растений в эко-

логическом плане, можно считать ядовитым, так как поглощается

корнями растений несмотря на пагубные последствия. Корневые

системы не обладают барьерными или отторгающими свойствами.

Особенно наглядно принцип беззащитности растений и нераз-

борчивости корневых систем в поглощении всякого рода ненужных

веществ иллюстрирует рост яблони и других плодовых культур

на почвах, содержащих избыточные концентрации легкораствори-

мых солей или имеющих высокую щелочность в глубоких слоях

корнеобитаемой толщи. Это относится к некоторым черноземам

Предкавказья, у которых негативные свойства наблюдаются с глу-

бины 200–250 см. Яблони на сильнорослых подвоях хорошо растут

и плодоносят до 10–15 лет когда растения используют для жизне-

обеспечения верхнюю толщу почвы с благоприятными свойствами.

Беспрепятственное проникновение корней в ядовитую толщу вызы-

вает преждевременное угнетение, затем гибель деревьев. Корни пло-

довых, глубоко развиваясь в поисках влаги, попадают в среду, кото-

рая и вызывает отравление растения. Истощение дерева начинается

с корня, а истощение корня – это потеря ее гармонии с окружающей

почвенно-грунтовой средой.

Почвенный профиль и экологическая значимость генетических

горизонтов. Почвенный покров Земли, или ее педосфера, пред-

ставляет особую оболочку, образованную конкретными почвами

различной толщины, мощности. Главные составляющие почв – ге-

нетические горизонты, отличающиеся своеобразным строением,

свойствами и экологическими функциями.

Общий вид почвы со всеми почвенными горизонтами называ-

ется строением почвы. Это результат генезиса почвы, постепенного

развития ее из материнской породы, которая дифференцируется на

горизонты в процессе почвообразования. Совокупность генетиче-

ских горизонтов образует генетический профиль почвы.

Почвенный профиль – определенная вертикальная последова-

тельность генетических горизонтов почвы. Почвенный профиль, а

также сочетания генетических горизонтов специфичны для каж-

дого этапа почвообразования в условиях конкретной физико-гео-

графической обстановки. Генетическая и экологическая сущность

почв определяется результативностью процессов почвообразования

(табл. 5.1).

168

Таблица 5.1

генетическаяиэкологическаярезультативностьпочвообразовательныхпроцессов

Процессы

почвообразования

Главный генетический итог

почвообразования

Специфика

генетических

горизонтов

Экологическая значимость

Наиболее распространенные

почвы

Минерализация

Разложение органических

остатков и гумусовых веществ

до простых солей, CO

и H

Не образуются

Освобождение биосферы от орга-

нических веществ биологического

происхождения. Непосредственное

поступление в почвенные раство-

ры биофильных элементов

Процесс типичен для всех

почв

Гумификация

Образование перегнойно-

аккумулятивных горизонтов

и гумусовых растворов,

активно воздействующих на

минеральную часть почв

А, А

, А

, АВ

При гуматной гумификации – на-

копление элементов плодородия

в почвенной массе, при фульват-

ной – поддержание кислой среды

и элювиирование биофильных

элементов

Глобальный процесс.

Характерен для всех почв

Торфообразование

Накопление

слаборазложившегося

органического вещества над

минеральной частью почвы при

постоянном заболачивании

Т, Ат

Консервация органических ве-

ществ растительного происхож-

дения

Торфяно-болотные почвы и

торфяники, торфяно-глеево-

подзолистые и тундрово-

глеевые почвы

Первичное

почвообразование

Маломощные рухляковые почвы

на обнаженных породах

А + С(Д)

Возникновение плодородия

в геологической породе

Ранкеры, ареносоли,

регосоли, пелосоли,

рендзины

169

Процессы

почвообразования

Главный генетический итог

почвообразования

Специфика

генетических

горизонтов

Экологическая значимость

Наиболее распространенные

почвы

Дерновый процесс

Разрыхление и оструктуривание

профиля под возделыванием

корневых систем травянистой

растительности при участии

гумификации

А, А

, АВ

Главнейший процесс, обеспечи-

вающий агрономическое плодоро-

дие почв. Условие существования

травянистых биогеоценозов

Черноземы, каштановые,

луговые, дерновые и другие

почвы с травянистой расти-

тельностью

Оглинивание

Увеличение глинистости

почвенной массы за счет

преобразования первичных

минералов

Bt, АВt

Накопление в биосфере вторичных

глинистых минералов, основа

возникновения глин и суглинков

Коричневые и серо-кашта-

новые почвы, черноземы и

каштановые почвы южно-ев-

ропейской фации и др.

Слитогенез

Формирование слитости

почв и кор выветривания

с монтмориллонитовым

минералогическим составом

Деградация водно-физических

свойств, обесструктуривание

почвы, развитие условий,

неблагоприятных для растений

с многолетними корневыми

системами

Вертисоли, слитые

черноземы, серые

лесостепные почвы и др.

Глеевый процесс

Господство анаэробиозиса и

водорастворимых закисных

форм железа и других

соединений, проявляющиеся в

сизых и серо-сизых тонах

G, Ag, Bg, Cg

Возникновение среды,

непригодной для аэробных

условий обитания организмов

Болотные и лугово-болотные

почвы, подзолисто-глеевые,

тундровые и др.

Продолжение табл. 5.1

170

Процессы

почвообразования

Главный генетический итог

почвообразования

Специфика

генетических

горизонтов

Экологическая значимость

Наиболее распространенные

почвы

Аллитизация

Накопление в почве и коре

выветривания вторичных

минералов окислов железа и

алюминия, а также каолинита;

вынос SiO

и всех остальных

соединений

Специфические

горизонты

отсутствуют

Обеднение почвы

биофильными элементами,

ее псевдоопесчанивание.

Биогеоценотические функции

почвы как резервы элементов

питания резко сокращаются,

особенно во влажных условиях

тропиков

Красные и желтые почвы

тропиков, красноземы и

желтоземы субтропиков и др.

Латеритизация

(латеритообразова-

ние)

Образование железисто-

алюминиево-силикатных кор,

панцирей, конкреций

в профиле почв (пизолитовые

и альвеолярные латериты)

В лат

Резкое снижение плодородия

за счет каменистости почы,

уменьшения ее активного объема

Латеритные почвы разных

типов во влажных условиях

субтропиков и тропиков

Выщелачивание

простых солей

Вынос за пределы почвы и коры

выветривания или миграция

в нижние горизонты почвы

карбонатов и легкорастворимых

солей

При промывном

водном режиме

специфические гори-

зонты отсутствуют,

при периодически

промывном Ск, при

непромывном –

Ск + Cs

Необходимое условие миграции

химических элементов в биосфе-

ре, удаление из почв избыточных

концентраций легко растворимых

солей и карбонатов

В разной степени выражены

у всех почв при всех типах

водного режима

Продолжение табл. 5.1