Почвенные ресурсы

Показатели биологической активности определяют, используя различные методы: микробиологические, биохимические, физиологические и химические.

Биологическая активность почв подразделяется на актуальную и потенциальную. Потенциальная биологическая активность измеряется в искусственных условиях, оптимальных для протекания конкретного биологического процесса. Актуальная (действительная, естественная, полевая) биологическая активность характеризует реальную активность почвы в естественных (полевых) условиях. Измерить ее можно только непосредственно в поле.

Методы определения потенциальной биологической активности почв могут служить хорошими диагностическими показателями потенциального плодородия почв, степени удобренности, окультуренности, эродированности, а также загрязненности какими-либо химическими веществами. Однако при характеристике интенсивности биологических процессов, протекающих в естественных условиях, следует пользоваться методами для определения актуальной биологической активности, так как в реальной обстановке лимитирующие факторы (pH среды, температура, влажность и т. д.) могут резко ограничивать интенсивность процесса, который, несмотря на большие потенциальные возможности, может идти очень медленно.

Важной особенностью показателей биологической активности почв является их значительное пространственное и временное варьирование, что требует при их определении большого числа повторных наблюдений и тщательной вариационно-статистической обработки.

С биологической активностью почвы тесно взаимосвязаны ее физические и химические свойства, такие как гумусовое состояние, структура, щелочно-кислотные условия, окислительно-восстановительный потенциал и др. Следует отметить, что физические и химические свойства характеризуют относительно консервативные накопившиеся признаки и свойства почв, биология почв располагает показателями динамических свойств, являющихся индикаторами современного режима жизни почв.

Для выявления негативных последствий антропогенного воздействия используют мониторинг почвенного покрова. Деградационные явления прежде всего затрагивают биологические объекты, снижая биологическую активность и, в конечном счете, плодородие. Поэтому использование методов биологической диагностики позволяет определить негативные последствия антропогенного воздействия на ранних стадиях. Особенно это касается диагностики разных загрязнений.

Биологические индикаторы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими. Во-первых, это высокая чувствительность и отзывчивость на внешние воздействия, во-вторых, они позволяют проследить за негативными изменениями на ранних стадиях процесса, в-третьих, только по ним можно судить о воздействиях, не подвергающих существенному изменению вещественный состав почв (радиоактивное и биоцидное загрязнение). К существенным недостаткам можно отнести большую пространственную и временную вариабельность.

В настоящее время разработан широкий набор биологических показателей, определяющих способность почвы обеспечивать растения факторами жизни, т. е. определяющих потенциальное плодородие почв и коррелирующих с урожайностью.

Глава 6

Поглотительная способность, кислотность и щелочность почв

Поглотительной способностью почв называется свойство ее компонентов (твердой, жидкой, газообразной и биологической фаз) обменно или необменно поглощать из окружающей среды различные твердые, жидкие и газообразные вещества, отдельные молекулы, катионы и анионы.

Всякое тело можно дроблением или растворением, или другим путем измельчить до частиц различной величины. Тело в распыленном состоянии представляет собой дисперсную систему, в которой различают две части: дисперсную фазу и дисперсионную среду. Дисперсная фаза – совокупность частиц раздробленного тела. Дисперсионная среда – жидкое, газообразное или твердое тело, в котором распределены эти частицы.

Дисперсные системы классифицируются следующим образом:

• грубодисперсные – взвеси;

• коллоидно-дисперсные – коллоидные растворы;

• молекулярные – растворы недиссоциированных веществ;

• ионно-дисперсные – растворы диссоциированных на ионы веществ.

Почва представляет собой совокупность всех типов дисперсных систем, постоянно взаимодействующих друг с другом.

6.1. Виды поглотительной способности

Наиболее полно характеристика поглотительной способности почв изложена в работах К.К. Гедройца, который выделил пять ее видов: механическая, химическая, биологическая, физическая и физико-химическая.

Механическая поглотительная способность – свойство почвы поглощать поступающие с водным или воздушным потоком твердые частицы, размеры которых превышают размеры почвенных пор. В данном случае почва выступает как «сито» или «губка», пропускающая через себя все, что мельче почвенных отверстий. Водные суспензии освобождаются от взвесей. Это свойство почвы используется для первой стадии очистки питьевых и сточных вод. Яркий пример механического поглощения твердых частиц – очистка полых речных вод (водные суспензии) при затоплении пойм рек. В результате после паводка на поверхности пойменных почв накапливаются твердые взвеси – почвенный наилок. Почва поглощает атмосферную пыль, в том числе и техногенного происхождения.

Химическая поглотительная способность обусловлена образованием в результате происходящих в почве химических реакций труднорастворимых соединений, выпадающих из раствора в осадок. Поступающие в почву в составе атмосферных, грунтовых, поливных вод катионы и анионы могут образовывать с солями почвенного раствора нерастворимые или труднорастворимые соединения. Например:

А1(ОН)

+ Н

РО

? AlPO

? + 3Н

О;

Na

CO

+ CaSO

? CaCO

?+ Na

SO

.

Химическая поглотительная способность связана с взаимодействием ионно-дисперсных систем.

Биологическая поглотительная способность – способность живых почвообитающих организмов (корни растений, микроорганизмы) поглощать различные элементы. Биологическая поглотительная способность характеризуется большой избирательностью поглощения, обусловленной специфической для каждого вида потребностью живых организмов в элементах питания.

Физическая поглотительная способность связана с изменением концентрации молекул на поверхности раздела дисперсной фазы и дисперсионной среды. С увеличением поверхности частиц увеличивается их поверхностная энергия.

Поверхностная энергия частиц, измеряющаяся произведением поверхностного натяжения, возникающего на границе соприкосновения дисперсной фазы с дисперсионной средой, на суммарную поверхность дисперсной фазы, стремится к наибольшему сокращению. Это поведение можно обобщить теоремой Джиббса: поверхность раздела дисперсной фазы и дисперсионной среды имеет иную концентрацию, чем в остальной части. Вещества, понижающие поверхностное натяжение, стремятся сконцентрироваться на поверхности раздела и тем самым уменьшить энергию системы; обратно, вещества, повышающие поверхностное натяжение, стремятся разжижаться на поверхности раздела, чтобы этим уменьшить поверхностную энергию системы. Вещества, понижающие поверхностное натяжение, называются поверхностно-активными. Это органические кислоты, алкалоиды, высокомолекулярные органические соединения. Они обусловливают положительную физическую адсорбцию. Многие минеральные соли, кислоты, щелочи вызывают явление отрицательной физической адсорбции, при которой концентрация данных веществ уменьшается по мере приближения к поверхности частицы.

Известна отрицательная сорбция почвой хлоридов и нитратов, которая впервые была описана К.К. Гедройцем как отрицательное физическое поглощение веществ. Сущность этого явления сводится к снижению концентрации электролита в пределах «нерастворяющего объема молекулярно сорбированной воды» во внутренней части сорбционной пленки, вследствие чего концентрация электролита в более рыхло связанных слоях водной пленки возрастает. Отрицательная сорбция нитратов – явление неблагоприятное, так как она усиливает процессы их вымывания из почвы.

Известна молекулярная сорбция ряда органических веществ. Сорбируются как низкомолекулярные органические вещества, постоянно присутствующие в почве, вследствие разложения исходных растительных остатков, так и высокомолекулярные соединения типа белков и полисахаридов вследствие амфотерности этих соединений.

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность – способность почвы поглощать и обменивать ионы, находящиеся на поверхности коллоидных частиц, глинистых минералов и связанные в функциональных группах гумусовых веществ, на эквивалентное количество ионов раствора, взаимодействующего с твердой фазой почвы. Эта поглотительная способность связана с ионно-дисперсными и коллоидными системами.

6.2. Почвенные коллоиды и физико-химическая поглотительная способность

Твердая фаза почвы, способная к реакциям ионного обмена и представляющая совокупность различных коллоидов и тонкодисперсных веществ, представляет почвенный поглощающий комплекс (ППК).