Как растительность влияет на почву
Добавил пользователь Alex Обновлено: 19.09.2024
Вы знаете, как питаются комнатные мухи? Растения из земли примерно так же.
Для тех, кто не в курсе: У личинок мух внекишечное пищеварение. Они выделяют в окружающую среду пищеварительный сок, а затем поглощают переваренную пищу. Частично такой способ сохраняется и у взрослых особей. У растений примерно так же осуществляется корневое питание из земли.
Про фотосинтез более-менее понятно. В школе проходили. Растения преобразуют энергию видимого света в энергию химических реакций, в том числе превращение углекислого газа и воды в органические соединения (сахара, крахмал, аминокислоты и др.).
Но только органикой растения жить не могут, им нужны ещё и минеральные вещества из почвы. Тут и подключаются корни, вместе с листьями они обеспечивают растению полноценное питание.
Информация о корневых выделениях стала для меня откровением
Конечно, я знала, что корни всасывают, поглощают из почвы влагу. В ней могут быть растворены те или иные элементы питания. Причем питают растения не толстые основные корни, а мелкие и тонкие отростки-волоски на основных корнях. Их так и называют - питающие, всасывающие корешки и даже волоски. Вот почему так важно при пересадке не повредить корни. Чем меньше мы покалечим этих мелких ворсинок, тем быстрее растение начнет питаться.
Но о том, что корни выделяют в почву некий секрет, слизь, я узнала всего года два назад. Оказывается, наши растения не няшки, лапушки, "бедненькие, мы не растворили для них суперфосфат в кипятке, и они голодные". Нет! Они те еще монстры, без нас способны растворить твердые частицы.
Помимо всасывания из земли воды и растворенных в ней солей, корни ещё и выделяют в почву целый комплекс веществ, чуть ли не пищеварительный сок.
Что выделяют в землю корни и для чего?
Оказывается растение - это сложнейший организм, в котором все продумано.
Корни выделяют в почву:
- СО2, углекислый газ, выходит из корней в процессе их дыхания. При взаимодействии с почвенной влагой из него образуется угольная кислота. Вот вам и растворитель для добычи и усвоения различных микро- и макроэлементов. Это одна из основных функций корневых выделений: повышать растворимость и доступность для питания фосфатов, сульфатов, карбонатов, силикатов.
- Соединения фосфора, калия, магния и кальция. Растения способны выделять в почву через корни избыток этих элементов, а потом при необходимости их всасывать назад.
- Токсины и органику в виде сахаров и кислот. Корневые выделения каждого растения уникальны. Они способны подкармливать полезных бактерий и угнетать вредных. Таким образом корневые выделения создают в почве благоприятную микрофлору. То же самое происходит с соседствующими растениями. Корневые выделения будут угнетать их или, наоборот, способствовать симбиозу. Все же читали про хороших и плохих предшественников и соседей на грядках?
Состав корневых выделений, как они влияют на почву и вещества в ней до сих пор изучают. В частности считается, что растения способны переводить в растворимую форму даже железо! Так и знайте, если у растения дефицит железа, развивается хлороз, оно в это время активно наращивает корни для поиска и добычи недостающего элемента.
Культурные растения, как и растения естественных ассоциаций, оказывают исключительно большое влияние на свойства почвы. Они пронизывают ее корневой системой, изменяя ее структуру и сложение, воздействуя на биохимические процессы в течение всего периода вегетации. Еще большие изменения происходят в характере обмена веществ в системе почва — растение и в биологическом круговороте химических элементов.
В свое время В.Р. Вильямс, обосновывая учение о травопольной системе земледелия, разделял сельскохозяйственные растения на две группы: однолетние, ухудшающие структуру, водно-физические свойства и плодородие почвы, и многолетние травы, которые эти свойства и плодородие почвы восстанавливают и улучшают. Позже многочисленные исследования показали, что все культуры, в том числе и однолетние, действуя корневой системой на почву, оказывают при высоких урожаях положительное влияние на ее свойства.
Культурные растения служат первичным источником органического вещества в почве, не отличаясь в этом от естественной растительности. Поступление и гумификация органического вещества происходят еще при жизни растений. В период вегетации у них отмирает часть эпидермиальных тканей, мелкие корневые волоски и часть надземных органов — первые листья, побеги многолетних трав и др. Большое количество органических веществ поступает в почву в виде корневых выделений. По определениям Н.В. Мешкова, корневые выделения составляют около 5—10% веса всей корневой системы, а по данным С.А. Самцевича, вес сухого вещества корневых выделений в посевах зерновых культур за период вегетации приближается к весу самых высоких урожаев зерна.
Отмирающие части растений и корневые выделения служат главным источником питательных веществ и энергии для большей части почвенных микроорганизмов. Поэтому культурные растения являются основным фактором, стимулирующим развитие и активность почвенной микрофлоры, которая сосредоточивается в зоне корней (ризосфере) и в местах скопления растительных остатков. С повышением биологической активности почвы усиливаются процессы мобилизации элементов питания в доступных растениям формах, особенно в непосредственной близости от корней (табл. 116).
Растения играют большую роль в образовании агрономически ценной комковатой структуры почвы. Проникая в уплотнившуюся почву, корни растений расчленяют и дробят ее на отдельные структурные комочки, а по мере роста и утолщения сдавливают окружающую массу, способствуя сближению и сцеплению пылеватых частиц в агрегаты различных размеров.
Определения структурности почвы на делянках с различными растениями и без растений показали, что под всеми растениями количество глыбистых элементов (диаметр больше 10 мм) снижается, а количество благоприятных в агрономическом отношении комковатых и зернистых агрегатов (размер 3—0,25 мм), наоборот, увеличивается. Наибольшее оструктуривающее действие растений наблюдается под многолетними травами. Следует, однако, отметить, что при низком уровне агротехники и низких урожаях трав последние без одновременного внесения органических удобрений не могут сструктурить почву.
Под влиянием растений увеличивается и водопрочность структуры, что связано с непосредственным скреплением агрегатов мелкими корешками, действием новообразованных перегнойных веществ, осаждением гидроокисей железа и алюминия в прикорневой зоне, а также наличием слизистых и клеющих продуктов жизнедеятельности ризосферных микроорганизмов. По-видимому, часть такой временной структуры, образованной корневой системой растений за период вегетации, может закрепляться в прочную структуру, в которой агрегаты сцементированы гуматами кальция.
Проникая в почву и образуя структурные агрегаты, корни культурных растений уменьшают плотность (объемный вес) почвы, увеличивают порозность и этим улучшают ее водно-физические свойства. При этом усиливаются процессы выветривания минеральной части почвы, минеральные соединения переходят в доступные растениям формы, повышается содержание обменных оснований, а у кислых почв снижается кислотность (табл. 117).
По действию корневых систем на почву культурные растения отличаются от растений естественных биоценозов. Их корневая система в рыхлом и удобренном пахотном слое сильнее развита и оказывает большее влияние на почву. Однако будучи в большинстве своем однолетними с коротким периодом вегетации, культурные растения не столь продолжительно воздействуют на почву, как целинные травянистые растения лугов и степей. Кроме того, изменения, которые происходят под влиянием корней целинных растений, с течением времени усиливаются и накапливаются, так как сложение почвы, многие ходы корней и грани созданной корнями структуры сохраняются и в новом годичном цикле развития почвы. Почва под посевами культурных растений, как правило, ежегодно обрабатывается, свойства ее, возникшие под влиянием корней растений, в зависимости от условий агротехники могут ослабляться и сходить на нет или, наоборот, усиливаться.
Культура сельскохозяйственных растений изменяет биологический круговорот веществ, существующий в естественных почвах. Изменяются биомасса растительного покрова и количество химических элементов, участвующих в круговороте.
Среди сельскохозяйственных растений очень большую биомассу образуют корнеплоды и клубнеплоды. Достигая технической зрелости, они создают биомассу, которая с учетом веса корней и клубней значительно превышает вес многих других культурных растений. При высокой агротехнике урожаи корнеплодов, картофеля и сахарной свеклы достигают 180 ц/га в северных областях и 400—500 ц/га в юго-западных районах и на юге страны. Следовательно, по сухому веществу общая биомасса растений при таких высоких урожаях достигает 120—330 ц/га. Вместе с этим корнеплоды и клубнеплоды имеют небольшую корневую систему, которая составляет только 12—15% от веса всего растения. Поэтому при их посевах в почву поступает 18—35 ц/га растительных остатков. Около 85% биомассы отчуждается с урожаями.
Из злаков очень большую биомассу создает кукуруза. При урожаях порядка 40 ц/га зерна или 600 ц/га зеленой массы вес сухого вещества растений кукурузы достигает соответственно 180—240 ц/га. Кукуруза развивает мощную корневую систему. С ее остатками в почву поступает до 50—80 ц/га органического вещества, а с урожаями отчуждается 55—65% биомассы растений. Близкую по размерам к кукурузе биомассу создает подсолнечник. У него тоже очень мощная корневая система, с которой в почву поступает много органического вещества.
Биомасса, создаваемая зерновыми культурами, значительно меньше. У озимых она достигает 120—160 ц/га, у яровых, которые имеют более короткий период вегетации, — 80—120 ц/га. С урожаями озимых отчуждается около 65%, а яровых — около 60% общей биомассы растений. Остальная часть их (от 30 до 55 ц/га) поступает в почву в виде пожнивных и корневых остатков.
Особое место занимают многолетние травы. В отличие от однолетних культур с урожаем сена многолетних трав отчуждается растительной массы меньше, чем поступает в почву с корневыми и послеукосными остатками. Последние составляют 60—70% массы растений — 50—120 ц/га, а с урожаем сена отчуждается только 30—40%, т. е. 35—65 ц/га.
Таким образом, различные культурные растения создают ежегодно от 70 до 330 ц/га сухой растительной массы, из которой от 50 до 300 ц/га отчуждается с урожаями, а на полях кукурузы и многолетних трав от 20—30 до 70—120 ц/га поступает в почву в виде пожнивных и корневых остатков.
Из химических элементов в составе сухой биомассы сельскохозяйственных растений преобладают азот и калий. Кроме того, бобовые и картофель содержат много кальция (до 2,5%), а злаки — кремния (1,0—1,5%). Значительно меньше количество магния, фосфора и серы (около 0,2—0,4%, не считая более высокого содержания магния в картофеле). Содержание в растениях алюминия, железа и марганца составляет лишь сотые доли процента на сухое вещество растений.
Зерновые культуры отличаются высоким содержанием азота и фосфора в зерне, а также калия и кремния в соломе. Зеленые злаки на сено и силос содержат больше азота и зольных элементов, но меньше кремния; сено бобовых богато азотом, кальцием и калием и бедно кремнием. Интенсивное поглощение и накопление кальция бобовыми отмечается в надземной их части, которая отчуждается с урожаями, а корни бобовых накапливают кальций не так интенсивно, как принято считать. Картофель отличается от других культур очень высокой зольностью (зольность ботвы картофеля достигает 12—14%), большим содержанием азота, калия, кальция и магния. Азота и кальция в растениях картофеля больше, чем у бобовых.
При средней зольности культурных растений около 5% и содержании азота около 1,3% они вовлекают в биологический круговорот от 360 до 2500 кг/га химических элементов. С урожаями культурных растений из почвы выносится и исключается из биологического круговорота от 300 до 1700 кг/га зольных элементов, а количество отчуждаемого азота колеблется от 60 до 340 кг/га. По суммарному выносу химических элементов из почвы с урожаем культуры располагаются в убывающий ряд: корнеплоды>кукуруза>сеяные травы>зерновые (табл. 118).
Культурные растения больше всего отчуждают азот и калий, а зерновые еще и кремний. Картофель и многолетние травы выносят калия больше, чем азота, а зерновые — больше кремния, чем кальция. Максимальное количество азота и калия выносят корнеплоды, кукуруза, а затем картофель; минимальное количество азота — многолетние травы, а калия — зерновые.
Таким образом, с урожаями культурных растений почва теряет большое количество элементов зольного питания. Что касается азота, то потери его почвой, по-видимому, значительно меньше того количества, которое отчуждается с урожаями. Относительно небольшие изменения в содержании азота в ряде длительных опытов с бессменными культурами свидетельствуют о том, что значительная часть потерь азота с урожаями всех культур, а не только бобовых, компенсируется за счет фиксации азота атмосферы. В посевах с участием бобовых фиксация атмосферного азота может компенсировать потери его с урожаем.
Для повышения урожаев необходимо вносить удобрения, учитывая при этом не только вынос элементов питания с урожаями, но и послеуборочные остатки и корни.
С растительными остатками различных культур в почву поступает от 20 до 120 ц/га органической массы, от 125 до 600 кг/га зольных элементов и от 300 до 1700 кг/га азота. Наибольшее количество азота и зольных элементов поступает в почву с остатками многолетних трав, наименьшее — с остатками зерновых культур.
Полевые культурные растения в отличие от естественных ежегодно сменяют друг друга. Чтобы судить о совместном влиянии их на почву, необходимо учитывать соотношение культур в посевах, т. е. структуру посевных площадей, и соответственно определять органическое вещество и количество химических элементов, вовлекаемых ежегодно в биологический круговорот всем агроценозом. В табл. 119 приведены основные показатели биологического круговорота органического вещества и химических элементов в агроценозах в сравнении с естественными ценозами.
4. Орлова М.А. Кислотность и ;питательный режим почв хвойных лесов Кольского полуострова: Автореф. дис. … канд. биол. наук. – М., 2006. —28 ;с.
Почва является непременным соучастником всех основных функций проявления жизни на земле. Это ее участие осуществляется в системе организм – почва, в которой сложными трофическими цепями связаны между собой все растительные организмы, траво – и плотоядные животные и паразиты.
В настоящее время все очевиднее становится тот факт, что состояние почвенного покрова и его качество теснейшим образом связаны с наблюдающимися уже сегодня изменениями баланса кислорода и углекислоты в атмосфере, уменьшением запасов биологически чистой воды и эвтрофикацией водоемов. В этом проявляется особая планетарная роль почвенного покрова Земли. Поэтому задачи охраны и повышения почвенного плодородия в нашей стране приобрели первостепенную важность.
Почва является результатом развития природного почвообразовательного процесса. Она как бы замыкает на себя часть связей между животными и растениями, не только играя роль арены, где разыгрываются сцены жизни, но и являясь также преобразователем вещества разного происхождения в усвояемые для растений формы соединений. В то же время, растения оказывают значительное влияние как на физические, так и на химические свойства почвы. Растения могут подкислять или подщелачивать почву. Под влиянием растительных остатков значительно изменяется содержание органического вещества и основных элементов питания в почве. При этом происходящие изменения в почве связаны с видовым составом произрастающих на этой почве растений.
Цель исследований: изучить влияние растений смешанных лесов, многолетних трав на агрохимические свойства почвы.
Задачи: 1) изучить литературные источники 2) отобрать образцы почвы в растительных сообществах: смешанный лес с преобладанием сосны, смешанный лес с преобладанием лиственных пород, угодье сенокос и городской парк 3) повести агрохимический анализ почвенных образцов 4) сравнить влияние различных растений по агрохимические показатели почвы.
Методы исследования: 1) изучение литературных источников 2) отбор почвенных образцов 3) лабораторно-исследовательский.
Предмет исследований: агрохимические свойства почвы.
Объект исследований: кислотность почвы, содержание органического вещества, азота, фосфора и калия в почве в различных природных сообществах.
Время проведения исследований: август – декабрь 2017 года.
Влияние растительности на свойства почвы
В естественных условиях плодородие почв неразрывно связано с соответствующим этим почвам биоценозом и является результатом развития природного почвообразовательного процесса.
Лесная растительность с момента образования сомкнутого древостоя активно воздействует на почву, изменяя ее свойства. Происходящие изменения в почве связаны с видовым составом лесообразующих пород биоценоза [1].
Высокими почвоулучшающими свойствами отличаются акация желтая, ракитник, дрок, на корнях которых поселяются клубеньковые бактерии, усваивающие азот воздуха. Обогащение почвы азотом происходит в основном через растительный опад. Почвоулучшающая роль березы, липы, ясеня, вязов, граба, лиственницы, лещины, бересклета, можжевельника, рябины, клена татарского заключается в быстром разложении их опада, более полном вовлечении содержащихся в нем химических элементов в новый цикл биологического круговорота.
Породы, образующие грубый покров, дающий сильнокислый гумус, считаются почвоухудшающими (пихта, ель, сосна) [2].
Многочисленные растительные остатки образуют в верхних слоях почвы большое количество гумуса, который склеивает почвенные частицы в структурные агрегаты. Поэтому после многолетних трав почва имеет повышенное содержание водопрочных структурных агрегатов, надежно противостоящих эрозии. Хорошо оструктуренная многолетними травами почва после обработки имеет рыхлое строение и высокую степень влагоемкости. Многолетние травы способны усваивать и переводить в органическую форму большое количество минеральных веществ почвы, в том числе вносимых с минеральными удобрениями. В составе растительных остатков многолетних трав эти вещества не вымываются из почвы и не загрязняют окружающую среду.
Среди различных сельскохозяйственных культур бобовым принадлежит ведущее место в обогащении почвы органическим веществом, как с точки зрения количества, так и его качества.
Роль бобовых культур в регулировании почвенного плодородия сложна и многообразна. Они не только изменяют круговорот азота в земледелии и способствуют накоплению органического вещества с низким отношением углерода к азоту, но и оказывают воздействие на развитие микроорганизмов и ферментативную активность почвы. Многолетние травы стоят в первом ряду почвоулучшающих культур [3].
1. Методика проведения исследований
Исследования проводили с августа по декабрь 2017 года. Почвенные образцы отбирали на глубине 0–10 см на территории Московской области. Угодье сенокос, смешанный лес расположены в Мытищинском районе: сенокос (фото 3) – рядом с деревней Торфоболото, смешанный лес с преобладание сосны (смешанный лес № 1) (фото 1) – между деревнями Новосельцево и Степаньково, смешанный лес с преобладанием лиственных пород деревьев (смешанный лес № 2) (фото 2)– между деревнями Новосельцево и Еремино. Городской парк (фото 4) находится в микрорайоне Шереметьевский города Долгопрудный. На угодье сенокос произрастают многолетние злаковые травы, клевер, одуванчик и другие, в лесу № 1 преобладала сосна обыкновенная. Древесная растительность смешанного леса № 2 состоит из ели, березы, лещины и др. В городском парке произрастают береза, ива, яблони, клен и др.
Фото 4. Городской парк
2. Результаты исследований
Результаты агрохимического анализа почв представлены в таблице. Почвы городского парка и сенокоса имеют слабокислую реакцию среды (5.43 и 5.21 соответственно), почвы смешанного леса № 2 и смешанного леса № 1 – очень кислую реакцию среды (3,75 и 4,04 соответственно). Исследования некоторых авторов [4] показывают, что опад хвойных пород подкисляет почву. Это также отмечено и в наших исследованиях.
Высокое содержание органического вещества, общего азота, подвижных фосфора и калия отмечено в почве городского парка. Очевидно в городском парке проводили культурно-технические работы по улучшению состояния верхнего слоя почвы, возможно вносили торф, перегной, удобрения.
Основные почвенные показатели под различными ценозами (Московская область), слой 0–10 см
Важнейший показатель устойчивости любой агроэкосистемы это плодородие почвенного покрова. Плодородие определяется в первую очередь содержанием в почве гумуса и биогенных химических элементов, водно-воздушным режимом, а также активностью микроорганизмов почвы.
В балансе органических веществ в почве важную роль играют возделываемые растения, их биологические особенности. Под естественной растительностью в процессе почвообразования в верхних горизонтах почвы накапливаются питательные вещества органические и минеральные. В искусственных фитоценозах растительная масса систематически отчуждается в виде урожая. Если при этом человек не вносит удобрений, то изменяется соотношение между выносом и поступлением биогенных элементов в системе растение — почва. Кроме того, агрофитоценозы на единицу массы растений потребляют значительно больше питательных веществ, чем естественные фитоценозы. В результате этих изменений вместо накопления биогенных элементов часто происходит их уменьшение.
Сельскохозяйственные культуры можно объединить в следующие группы, существенно различающиеся по влиянию на баланс питательных веществ в почве, а также на ее микрофлору и физико-механические свойства.
Пропашные культуры (картофель, подсолнечник, кукуруза, свекла и др.) требуют высокого содержания питательных элементов в почве. Это сопряжено с высокими урожаями, которые получают при возделывании этих растений.
Систематическое рыхление почвы значительно повышает ее микробиологическую активность. Поэтому под пропашными культурами активнее идет минерализация (распад) органического вещества. При выращивании этих растений в почве остается наименьшее количество органического вещества в виде послеуборочных остатков. Вот почему потери органических веществ после пропашных культур наиболее высокие.
На полях, занятых пропашными культурами, влага летних осадков хорошо проникает в рыхлую почву. Однако пропашные культуры слабо защищают почву от эрозии (водной и ветровой). Поэтому в тех районах, где вероятность почвенной эрозии велика, их посевы необходимо чередовать с другими культурами, более устойчивыми против эрозии.
Зерновые культуры (пшеница, рожь, ячмень, овес) требуют меньших количеств питательных элементов, чем пропашные культуры. А вот в почве они оставляют в среднем 1,5-3,0 т/га органического вещества, что значительно больше, чем пропашные культуры. Причем озимые зерновые культуры оставляют в почве больше органических веществ, чем яровые озимые.
Солома зерновых содержит много калия, а поскольку солома возвращается в почву с навозом, вместе с ней возвращается и калий. Азот пополняется из разлагающихся органического вещества почвы или удобрений, а также в результате фиксации почвенными бактериями. Все зерновые усваивают фосфор из его запасов в почве.
Под однолетними зерновыми культурами, в зоне наибольшего распространения корней заметно улучшается структура почвы. Лучшей почвозащитной способностью обладают озимые зерновые, прикрывающие почву зеленым ковром поздней осенью и весной (рис. 25). К тому же озимые лучше используют воду осенних и зимних осадков.
Однолетние бобовые культуры (горох, фасоль, бобы, соя). Эти растения оставляют в почве сравнительно мало органического вещества и существенно не влияют на структуру почвы. Ho благодаря хорошей облиственности и густоте посевов они хорошо защищают почву от эрозии при летних ливневых дождях.
Бобовые культуры — хорошие накопители азота. При помощи почвенных микроорганизмов и корневых выделений эти культуры превращают труднодоступные фосфаты почвы в растворимые, которые используются как самими бобовыми, так и последующими культурами. Ранние загущенные посевы этих культур сильно затеняют и угнетают сорные растения, почва под ними лучше сохраняет влагу в верхних слоях и меньше уплотняется.
Многолетние травы (злаковые и бобовые) оставляют после себя в почве наибольшее количество органического вещества. Причем органическое вещество откладывается и на поверхности почвы, и в ее толще, так как масса отмерших подземных органов травянистых растений превышает их надземные остатки.
Бобовые травы (клевер, люцерна) более богаты белком, чем злаковые, и они обогащают почву азотом, благодаря симбиотическим азотфиксирующим бактериям, которые поселяются на их корнях. Однако бобовые травы менее устойчивы к вытаптыванию и более требовательны к почвенной влаге, чем злаковые. Поэтому по мере продвижения в более засушливые районы бобовые травы постепенно утрачивают свои преимущества, а им на смену приходят злаковые травы.
Поскольку эти растения в течение всего года сплошным ковром покрывают почву, то они служат самыми лучшими ее защитниками от водной и ветровой эрозии. Этому же способствует хорошая структура почвы, которая образуется под многолетними травами.
Природные и искусственно созданные сенокосы и пастбища позволяют получать урожаи сена и зеленого пастбищного корма в течение 20-30 лет и более. Поэтому многолетние травы, обладая исключительной почвозащитной способностью, вносят большой вклад как в кормовую базу, так и в устойчивость почвенного покрова агроландшафтов.
Читайте также: