Эколого-агрохимическая оценка земледелия

С давних пор человек оценивает почву главным образом с точки зрения ее плодородия. Именно от плодородия зависит урожай и красота растений. Почва - сложная система, которая живет и развивается по своим законам, поэтому под плодородием нужно понимать весь комплекс почвенных свойств и процессов, определяющих нормальное развитие растений. Все процессы, происходящие в почве, связаны между собой. Исключение или ослабление любого составного ведет за собой изменение всего состава почвы и потери ценных ее качеств . Деградация почвы - цепная реакция, которую трудно остановить. Ухудшение земель снижает продуктивность растений . Почва в этом случае становится подвержена эрозии и вымывания полезных веществ, что опять ведет к снижению численности растений. Мероприятия по восстановлению плодородия почв долговременные, очень дорого стоят и сложные, поэтому так важно следить за состоянием почвы, не допуская ее сильного истощения или загрязнения.

Для определения плодородия почвы необходимо обратить внимание на ее состав, кислотность, отношение к воде и кислорода. Обладая наблюдательностью и элементарными знаниями по биологии можно определить состояние почвы и принять необходимые меры по улучшению поддержания почвенных свойств.

Различают следующие виды плодородия: естественное (природное), искусственное, потенциальное, эффективное и экономическое.

Естественное (природное) плодородие – это плодородие, которым обладает почва (ландшафт) в естественном состоянии. Оно характеризуется продуктивностью естественных фитоценозов.

Искусственное плодородие (естественно-антропогенное, по В.Д. Мухе) – плодородие, которым обладает почва (агроландшафт) в результате хозяйственной деятельности человека. По многим показателям оно наследует естественное. В чистом виде – характерно для тепличных грунтов, рекультивированных (насыпных) почв.

Почва обладает определенными запасами элементов питания (запасной фонд), которые реализуются при создании урожая растений путем частичного его расхода (обменный фонд). Из этого представления вытекает понятие о потенциальном плодородии.

Потенциальное плодородие – способность почв (ландшафтов и агроландшафтов) обеспечивать определенный урожай или продуктивность естественных ценозов. Эта способность не всегда реализуется, что может быть связано с погодными условиями, хозяйственной деятельностью. Характеризуется потенциальное плодородие составом, свойствами и режимами почв. Например, высоким потенциальным плодородием обладают черноземные почвы, низким – подзолистые, однако в засушливые годы урожайность культур на черноземах может быть ниже, чем на подзолистых почвах.

Эффективное плодородие – часть потенциального, реализуемая в урожае сельскохозяйственных культур при определенных климатических (погодных) и агротехнических условиях. Эффективное плодородие измеряется урожаем и зависит как от свойств почв, ландшафта, так и от хозяйственной деятельности человека, вида и сорта выращиваемых культур.

Экономическое плодородие – это эффективное плодородие, измеряемое в экономических показателях, учитывающих стоимость урожая и затраты на его получение.

2.2.Почвенно-биотический комплекс и роль в жизнедеятельности почвенных организмов как основы агроэкосистемы.

Почвенная биота. Почва - сложная система, одним из основных функциональных компонентов которой является населяющих ее живые организмы. От деятельности этих организмов зависят характер и интенсивность биологического круговорота веществ, масштабность и интенсивность фиксации основного биогенного элемента - атмосферного азота, способность почвы к самоочищению.

В процессе преобразования веществ и формирование потоков энергии огромную роль играют населяющие почву живые организмы, без которого нет и не может быть почвы. В 1г почвы содержится 3 ... 90 млн. бактерий , 0,1 ... 35 млн. актиномицетов , 8 ... 1000 тыс. микроскопических грибов , 100 тыс. водорослей , 1,5 ... 6 млн. простых.

Характеристика микробного комплекса. Микроорганизмы - это мельчайшие живые существа, размеры которых измеряются миллионными долями миллиметра.

Микроскопическое населения почвы чрезвычайно велико и разнообразно . Основные группы гпочвенногомикронаселення: бактерии, грибы, актиномицеты, многочисленные водоросли. Численность микроорганизмов сильно колеблется в зависимости от почвенно -экологических факторов.

Роль микроорганизмов в круговороте веществ В постоянно происходящих в природе превращениях веществ и энергии особая роль принадлежит микроорганизмам. Они активно способствуют расщеплению растительных и животных остатков, всех выделений и отбросов на простейшие соединения и первоначальные химические элементы, обеспечивая тем самым кругооборот веществ в природе.

Среди изменений веществ, вызываемых микроорганизмами, наибольший интерес представляют превращения, связанные с кругооборотом азота и углерода, являющихся важнейшими элементами всего живого органического мира.

Под круговоротом азота и углерода понимают процессы синтеза и распада органических веществ.

Синтез органических соединений в природе начинают растения.

Синтезируемые растениями органические соединения используются ими для роста и, кроме того, в большом количестве откладываются в растительных органах и тканях в виде запасных питательных веществ. Таким образом, растения становятся богатейшим источником углеводов, белков и жиров, в которых нуждаются животные и люди.

Микробы, воздействуя на растительные и животные остатки, разлагают составляющие их органические соединения на простые вплоть до таких простейших минеральных веществ, как углекислый газ, аммиак и вода. Таким образом микроорганизмы возвращают в природу углерод в виде углекислого газа, а азот - в виде аммиака, который может быть использован растениями непосредственно в виде солей аммония или после превращения его в азотнокислые соли.

Следует заметить, что разрушение органических соединений и пополнение в известной мере расходуемой углекислоты в природе происходят также в процессе дыхания животных и растений. Частичная потеря почвой азота вследствие перехода его из минеральных азотсодержащих веществ в атмосферу компенсируется деятельностью азотфиксирующих бактерий, усваивающих атмосферный азот и связывающих его в виде доступных растениям соединений.

Микробная биомасса содержит различные вещества, необходимые высшим растениям. Особенно богата она азотом. Содержание его в клетках микроорганизмов достигает 12 %; на долю Р2О5 приходится 3 % , К20 - 2,2 %.

Разнообразен и биохимический состав микробной биомассы. В состав ее сухого вещества входят: 53 % белка , 16 - сахара, 18 - нуклеиновых кислот, 10 - жиров , 3% ферментов , витаминов , ростовых веществ , антибиотиков и других соединений , необходимых растениям. Микроорганизмы в течение года могут синтезировать на 1га пахотного слоя почвы до 400 г тиамина, 300 г пиридоксина и 1 кг никотиновой кислоты

Экотоксикологические функции микроорганизмов. Микроорганизмы - индикаторы физиологического состояния растений в системе почва - растение . Способность почвенных микроорганизмов чутко реагировать на малейшие изменения окружающей среды и высокая ферментативная активность позволяют использовать их для индикации состояния экосистем и оценки деградации токсичных соединений в них. Эта особенность почвенных микроорганизмов делает их незаменимыми в экологических исследованиях , особенно для ранней диагностики изменений , происходящих в экосистемах под воздействием токсических веществ и их микробной трансформации .

Из множества почвенно -экологических факторов - физических , химических , агрохимических и биологических - последние являются наиболее чувствительными и способными наиболее адекватно характеризовать физиологическое состояние растений в системе почва - растение . Количество микробной биомассы, характеризует физиологическое состояние растений , является интегральным показателем системы почвы - растение и может быть использовано в различных экологических исследованиях (например , при нормировании антропогенных нагрузок , определении устойчивости экосистем и т. д.).

Биоиндикация — оценка качества среды обитания и её отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях. Для учёта изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов — биоиндикаторов. Биоиндикаторы — виды, группы видов или сообщества, по наличию, степени развития, изменению морфологических, структурно-функциональных, генетических характеристик которых судят о качестве воды и состоянии экосистем. В качестве биоиндикаторов часто выступают лишайники, в водных объектах — сообщества бактерио-, фито-, зоопланктона, зообентоса, перефитона.

Принципиальным преимуществом является возможность осуществления прямой количественной оценки вероятности проявления биологических эффектов в исследуемой среде , вызванных загрязнением . Тесты на токсичность определяют токсичность смеси химикатов, позволяет автоматически учитывать возможный синергизм действия этих химикатов. Недостатки: Тесты, как правило , проводятся в контролируемых лабораторных условиях , и , поэтому получаемые результаты иногда трудно сравнить с условиями , которые имеют место в природе . Тесты на токсичность не дают информации о том , качественный состав загрязнителей в исследуемой пробе. Тесты на токсичность не отражают изменения , происходящие в популяциях организмов.

2.3.Органическое вещество почвы как его важная составляющая, гумус - основа плодородия почвы.

Органическое вещество почвы - это сложная система всех органических веществ, присутствующих в профиле в свободном состоянии или в форме органо соединений, исключая те, которые входят в состав живых организмов.

Главным источником органического вещества почвы есть остатки растений и животных на разных стадиях разложения. Наибольший объем биомассы поступает за счет опавших растительных остатков, значительно меньше вклад беспозвоночных и позвоночных животных и микроорганизмов, однако они играют важную роль в обогащении органического вещества азотсодержащими компонентами.

Органическое вещество почвы по своему происхождению, характеру и функциям делится на две группы: органические остатки и гумус. В качестве синонима термина «гумус» иногда используют термин «перегной». Органические остатки представлены главным образом наземным и корневым опадом высших растений, который не утратил своего анатомического строения. Химический состав растительных остатков различных ценозов варьирует в широких пределах. Общим для них является преобладание углеводов (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества), лигнина, белков и липидов. Весь этот сложный комплекс веществ после отмирания живых организмов поступает в почву и трансформируется в минеральные и гуминовые вещества, а частично выносится из почвы с грунтовыми водами, возможно, до нефтеносных горизонтов.

Разложение органических остатков почвы включает механическое и физическое разрушение, биологическую и биохимическую трансформацию и химические процессы. В разложении органических остатков большая роль принадлежит ферментам, почвенным беспозвоночным животным, бактериям и грибам. Ферменты — это структурированные белки, имеющие множество функциональных групп. Основным источником ферментов являются; растения. Выполняя в почве роль катализаторов, ферменты в миллионы раз ускоряют процессы распада и синтеза органических веществ.

 Гумус представляет собой  совокупность всех органических  соединений, находящихся в почве, кроме входящих в состав живых  организмов и органических остатков, сохранивших анатомическое: строение. В составе гумуса выделяют  неспецифические органические соединения  и специфические — гуминовые  вещества. Неспецифическими называется  группа органических веществе  известной природы и индивидуального  строения. Они поступают в почву  из разлагающихся растительных  и животных остатков и q корневыми  выделениями.

 Неспецифические соединения  представлены практически всеми  компонентами, составляющими животные  и растительные ткани и прижизненные  выделения макро — и микроорганизмов. К ним относятся лигнин, целлюлоза, протеины, аминокислоты, моносахариды, воск и жирные кислоты.

В целом доля неспецифических органических соединений не превышает 20 % от суммарного количества почвенного гумуса. Неспецифические органические соединения представляют собой продукты разной степени разложения и гумификации поступающего в почву растительного, животного и микробного материала. Эти соединения определяют динамику быстро меняющихся свойств почвы: окислительно-восстановительного потенциала, содержания подвижных форм питательных элементов, численности и активности почвенных микроорганизмов, состава почвенных растворов. Гуминовые вещества, напротив, обусловливают стабильность во времени иных свойств почвы: емкости обмена, водно-физических свойств, воздушного режима и окраски.

 Специфическая органическая  часть почвы — гуминовые вещества  — представляют собой неоднородную (гетерогенную) полидисперсную систему  высокомолекулярных азотсодержащих  ароматических соединений кислотной  природы. Гуминовые вещества образуются  в результате сложного биофизико-химического  процесса трансформации (гумификации) продуктов разложения органических  остатков, попадающих в почву.

В зависимости от химического состава растительных остатков, факторов их разложения (температура, влажность, состав микроорганизмов) выделяют два основных типа гумификации: фульватный и гуматный. Каждому из них соответствует определенный фракционно-групповой состав гумуса. Под групповым составом гумуса понимается набор и содержание различных веществ, родственных по строению и свойствам соединений. Важнейшими группами являются гуминовые кислоты (ГК) и фульвокислоты (ФК).

Гуминовые кислоты содержат 46 — 62% углерода (С), 3 — 6% азота (N), 3—5 % водорода (Н) и 32—38 % кислорода (О). В составе фульвокислот углерода больше — 45 — 50%, азота — 3,0 — 4,5% й водорода — 3 — 5%. Гуминовые и фульвокислоты практически всегда содержат серу (до 1,2%), фосфор (десятки и сотни долей процента) и катионы различных металлов.