Контрольная работа по «Почвоведению»

  Взаимное расположение катионов и анионов в кристаллической решетке обусловливается их объемом или радиусами (ионы можно представить в виде сфер определенного радиуса). Число ионов противоположного знака, окружающих данный ион, называется координационным числом. Чем больше радиус иона, тем больше вокруг него может разместиться без взаимного соприкосновения противоположно заряженных ионов.

  Главным элементом структуры широко распространенных в почве кислородных соединений кремния является кремнекислородный тетраэдр (SiO4)-4, в вершинах которого располагаются четыре иона кислорода, а в центре — ион кремния. Кремнекислородный тетраэдр обладает четырьмя свободными валентными связями, которые могут быть компенсированы присоединением катионов или соединением с другими кремнекислородными тетраэдрами.

   Тетраэдры, соединяясь через кислородные ионы, образуют различные сочетания или типы структур: островные, цепные, ленточные, листоватые (слоистые), каркасные. Каркасная структура распространена в полевых шпатах, кварце, цепная — в пироксенах, листоватая — в слюдах, глинистых минералах, ленточная — в амфиболах, островная — в оливине.

   Значение первичных минералов разносторонне: от их количества (особенно крупнозернистых фракций) зависят агрофизические свойства почв, они являются резервным источником зольных элементов питания растений, а также образования вторичных минералов.

   Вторичные минералы. В почвах и породах состав наиболее распространенных вторичных минералов, как и первичных, невелик. Среди вторичных минералов различают минералы простых солей, минералы гидроокисей и окисей, глинистые минералы.

   Минералы простых солей образуются при выветривании первичных минералов, а также в результате почвообразовательного процесса. К таким солям относятся кальцит СаСО3, магнезит MgCO3, доломит [Са, Mg] (СО3)2, сода Na2CО3 10H2O, гипс CaSO4-2H2O, мирабилит Na2SO4- 10H2O, галит NaCl, фосфаты, нитраты и др. Эти минералы способны накапливаться в почвах в больших количествах в условиях сухого климата. Качественный и количественный состав их определяют степень и характер за­соления почв.

  Минералы гидроокисей и окисей — это гидроокиси кремния, алюминия, железа, марганца, образующиеся в аморфной форме при выветривании первичных минералов в виде гидратированных высокомолекулярных гелей и постепенно подвергающиеся дегидратации и кристаллизации с образованием окисей и гидроокисей кристаллической структуры. Кристаллизации способствуют высокая температура, замерзание, высушивание, окислительные условия почвы.

  Степень окристаллизованности минералов обусловливает их растворимость: чем больше окристаллизованность, тем меньше растворимость. На растворимость гидратов полутораокисей большое влияние оказывает реакция среды. При рН<5 в ионную форму переходит алюминий, а при рН<3 — трехвалентное железо.

  Глинистые минералы являются вторичными алюмосиликатами с общей химической формулой nSi02Al203-mH20 и характерным молярным отношением SiO2 : А12О3, изменяющимся от 2 до 5.

  Глинистые минералы образуются в результате синтеза из простых продуктов выветривания первичных минералов (гидроокиси, соли) путем постепенного изменения первичных минералов в процессе выветривания и почвообразования. Кроме того, они могут образоваться биогенным путем из продуктов минерализации растительных остатков.

  К наиболее распространенным глинистым минералам относятся минералы группы монтмориллонита, каолинита, гидрослюд, хлоритов, смешаннослоистых минералов. Эти минералы входят в состав природных глин, в связи с чем они и получили название глинистых минералов.

  Глинистым минералам присущи общие свойства: слоистое кристаллическое строение, высокая дисперсность, поглотительная способность, наличие химически связанной воды. Однако каждая группа минералов имеет специфиче­ские свойства и значение в плодородии.

  Минералы монтмориллонитовой группы. К этой группе минералов относятся монтмориллонит и его разновидности — нонтронит, бейделлит, сапонит и другие.

  Монтмориллонит и относящиеся к его группе минералы широко распространены в рыхлых породах и почвах, за исключением ферраллитных (где их мало или совсем нет), имеют кристаллическую решетку трехслойного типа, состоящую из двух слоев кремнекислородных тетраэдров и заключенного между ними октаэдрического слоя. Трехслойные пакеты чередуются в кристаллах и придают им слоистую структуру.

   Минералы монтмориллонитовой группы обладают наиболее высокой дисперсностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 18. Основные группы почвенных микроорганизмов, их характеристика и значение в почвообразовании

 

  Почвообразование — биологический процесс, и в его развитии принимают непосредственное участие самые различные группы живых организмов. Среди них большое значение имеют микроорганизмы, распространенные широко в природе.

В состав огромного микроскопического населения почвы входят бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли, простейшие (protozoa) и различные ультрамикроскопические существа — фаги, бактериофаги и актинофаги.

Бактерии. Бактерии составляют самую обильную и разнообразную группу почвенной микрофлоры; это — микроскопические одноклеточные организмы, которые обладают клеточной оболочкой, богаты нуклеопротеидами и лишены хлорофилла и пластид. Бактерии не имеют клеточного ядра и размножаются простым делением. По размеру бактерии очень невелики, обычно они не превышают нескольких микрон. Они имеют различную форму — круглую, палочковидную и изогнутую.

Большое значение в почвообразовании имеют нитрифицирующие бактерии, с которыми связан процесс нитрификации.

Процесс нитрификации, т. е. процесс превращения аммиака в соли азотной кислоты, совершается под воздействием двоякого рода бактерий. Одни из них (Nitrosomonas, Nitrocystus, Nitrosospira) окисляют аммиак до азотистой кислоты. Другие бактерии (Nitrobacter) продолжают реакцию окисления, в результате чего образуется азотная кислота.

Азотная кислота, встречаясь в почве с различными основаниями, тотчас же дает ряд азотнокислых солей: NaNO3, KNO3 и Ca(NO3)2. Соли азотной кислоты являются наиболее удобной формой азотного питания растений, поэтому процесс нитрификации имеет большое производственное значение.

Серобактерии, к которым относятся Thiobacillus thiooxydans, Thiobacillus thioparus и др., вызывают процесс сульфофикации, т. е. окисление сероводорода до серной кислоты. Процесс сульфофикации осуществляется в две стадии — окисление сероводорода до серы и окисление серы до серной кислоты

Образующаяся в этом процессе серная кислота, встречаясь в почве с различными основаниями, переходит в соли серной кислоты, из которых растения и берут для питания серу.

Все серобактерии являются аэробами, поэтому условия, благоприятствующие процессу нитрификации, способствуют в то же время и процессу сульфофикации. Чем рыхлее почва и чем благоприятнее в ней условия газообмена, тем энергичнее происходит превращение H2S в серную кислоту. В почвах плохо аэрируемых, уплотненных, лишенных притока воздуха процесс сульфофикации уступает место так называемому процессу десульфофикашш, при котором особого рода анаэробными бактериями соли серной кислоты восстанавливаются обратно до H2S.

Железобактерии представлены в почвах главным образом нитевидными (Crenothrix, Leptothrix) и одноклеточными (Gallionella, Siderocapsa) бактериями. С жизнедеятельностью железобактерий связан процесс окисления закисных солей железа в окисные

Некоторые железобактерии способны окислять также соли марганца, образуя при этом железомарганцовые конкреции в почве.

Гетеротрофные бактерии усваивают углерод из органических соединений, поэтому они могут развиваться только при наличии органических веществ. Они представлены в почвах разнообразными физиологическими группами, в своей совокупности осуществляющими процесс разрушения всех органических соединений до стадии полной их минерализации. С жизнедеятельностью гетеротрофных бактерий связаны процессы аммонификации, маслянокислого брожения, брожения пектиновых веществ, целлюлозы, разложения белков, денитрификации и десульфофикации.

К этой же категории микроорганизмов относятся и азотфиксирующие бактерии, играющие огромную роль в круговороте азота в природе. По отношению к кислороду воздуха гетеротрофы делятся на аэробные и анаэробные бактерии.

Аммонификация, т. е. процесс разложения органических азотистых веществ с образованием аммиака, вызывается жизнедеятельностью весьма разнообразных групп микроорганизмов. Аммиак выделяется при разложении белков, пептонов, аминокислот, мочевины, мочевой и гипуровой кислот.

Типичными представителями аммонифицирующих бактерий являются Bact. vulgare, Bact. putidum, Bact. subtilis, Bact. mesentericus и Bact.mycoides.

Первой стадией распада белка является гидролиз с образованием свободных аминокислот; часть из них используется микробами на построение тела, другая часть может подвергнуться дальнейшему разложению с отщеплением азота в форме аммиака.

Азот в виде аммиачных соединений вполне доступен для питания растений. Так как процесс аммонификации совершается аэробными и анаэробными микроорганизмами, то образование аммиачного азота может происходить и в почвах, хорошо аэрируемых, и в почвах уплотненных, с затрудненным газообменом.

Распад углеводов происходит под влиянием маслянокислых бактерий Clostridium pasteurianum, Clostridium butricum и др.

Маслянокислое брожение сопровождается образованием масляной кислоты, углекислоты и водорода.

Брожение целлюлозы вызывается жизнедеятельностью специфических целлюлозоразлагающих бактерий, типичными представителями которых является Cytophaga hutchinsonii, Вас. omelianskii и др.

Биохимический процесс распада целлюлозы или клетчатки происходит как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

Брожение пектиновых веществ, представляющих собой межклеточные вещества растительных тканей, протекает в аэробных и анаэробных условиях под влиянием пектиноразлагающих бактерий Clostridium pectinovorum и др.

Гидролитический распад жиров происходит под воздействием микроорганизмов, обладающих ферментом липазой. Наиболее энергичными разрушителями жиров являются Pseudomonas. fluorescens и Bact. pyocyaneum.

Весьма распространенными микроорганизмами в почве являются денитрифицирующие бактерии, вызывающие процесс денитрификации — восстановления нитратов до свободного азота.

Наиболее энергичными денитрификаторами являются преимущественно неспороносные бактерии Pseudomonas fluorescens, Bact. stutzeri,Bact. denitrificans и др.

Денитрифицирующие бактерии принадлежат к факультативным анаэробам, которые хотя и могут развиваться в присутствии кислорода воздуха, однако интенсивнее развиваются при затрудненном доступе воздуха или даже при полном его отсутствии. Не получая кислорода воздуха или получая его в ограниченном количестве, эти бактерии отнимают его от нитратов и нитритов и окисляют им безазотистые органические вещества. Часть выделяющегося при этом азота безвозвратно улетучивается в атмосферу, другая же часть идет на построение плазмы денитрификаторов.

Для земледелия денитрификация в большинстве случаев вредна, поскольку она связана с потерей азота — важнейшего для растений питательного элемента.

Бактерии, ассимилирующие атмосферный азот. Большое значение в накоплении азотных соединений в почвах имеет процесс фиксации, или связывания, атмосферного азота.

Сущность этого процесса заключается в том, что определенная группа бактерий, так называемых фиксаторов азота, связывает свободный азот атмосферы и, превращая его в сложные соединения своего тела, тем самым обогащает им почвенную толщу. Таким образом, наряду с процессами разложения сложных органических азотных веществ в почве происходят и процессы созидания, или синтеза, азотистых соединений за счет свободного азота атмосферы.

Атмосферный азот непосредственно высшим растениям совершенно недоступен, он может быть использован только после предварительного связывания его специальными азотфиксирующими микроорганизмами.

В почве существуют две группы азотфиксирующих микробов. Одни из них, так называемые клубеньковые бактерии (Bacterium radicicola), способны развиваться только на корнях различных бобовых растений, другие же свободно живут в почвенной среде.

Из свободно обитающих микробов одни являются аэробными (Azotobacter chroococcum), другие — анаэробными организмами (Clostridium pasteurianum).

Наибольшее значение в земледелии имеют клубеньковые бактерии и из свободно живущих — Azotobacter, что же касается бактерий другого вида — Clostridium pasteurianum, то они, будучи анаэробными, в культурных, хорошо обрабатываемых почвах обычно угнетаются, вследствие чего и роль их в накоплении азота в почве сравнительно незначительна.

Грибы. Наряду с бактериями большое участие в почвообразовательных процессах принимают грибы, которые являются гетеротрофными сапрофитными организмами, питающимися готовым органическим веществом.

Грибная микрофлора в почвах весьма разнообразна и представлена большим количеством видов. Наиболее распространенными из них являются плесневые грибы, которые размножаются или путем образования конидий из конидиеносцев, или спорангиев, на особых утолщенных клетках. К группе плесневых грибов принадлежат представители родов Penicillium, Trichoderma, Aspergillus, Cladosporium,Rhizopus.

Значительно распространены в почвах также грибы-водоросли (Phycomycetes), сумчатые грибы (Ascomycetes), в том числе дрожжевые грибы (Saccharomycetes), а затем высшие (Basidio-mycetes) и несовершенные грибы (Fungi imperfecti).

Многие виды грибов способны образовывать на корнях зеленых растений микоризу, обусловливая особый микотрофный тип корневого питания растений.