Водные свойства почв центральной лесостепи
Омской области естественных и нарушенных сообществ
Выполнил:
Ученик 9 класса МОУ СОШ 54
Ибраев Бактияр.
Руководители:
к.б.н. Голованова Е.В.,
Паланто М.В.
Омск, 2011
Содержание
| Введение | |
| Литературный обзор | |
| Материалы и методы | |
| Физико-географическая характеристика района исследований | |
| Результаты исследований | |
| Выводы | |
| Заключение | |
| Список литературы |
Введение
Актуальность исследований. Серые лесные и луговые почвы являются одними из самых распространённых типов почв лесостепной зоны Омской области (Мищенко, 1991). В северной и центральной лесостепи именно они чаще всего используются под агроценозы, подвергаются засолению и рекреационной нагрузке (Мищенко, 1991).При этом данные о воздействииантропических факторов на характеристики почв очень немногочисленны (Рыжих, 2009; Кураченко, Хижняк, 2010; Кураченко, 2010). Водные свойства почв наряду с химическим составом определяют устойчивость естественных биоценозов и плодородие почв.
Посёлок Политотдел является рекреационной зоной Омской области. Здесь отмечаются все виды наиболее распространённого воздействия на почвы в области.На настоящий момент не выявлено, каким образом это может влиять на свойства почв данного района, связанные с проведением и удержанием влаги в почве.Ранее нами были проведены исследования водных свойств серых лесных и луговых почв окрестностей озера Бутурла, расположенном на левом берегу Иртыша в Ишимскойпровинции центральной лесостепи (2009 – 2010 гг). Озеро БольшаяБутурла отличается богатством растительного и животного мира (https://letopisi.ru/index.php/Озеро_Бутурла_(Омская_область)). Рекреационная нагрузка на озеро практически отсутствует, но при этом большая часть почв окрестностей озера распахана и используется под различные культуры. На настоящий момент не выявлено, каким образом это может влиять на свойства почв данного района, связанные с проведением и удержанием влаги в почве.
Нам было интересно, будут ли наблюдаться отмеченные нами тенденции в сообществах, расположенных на правом берегу р. Иртыш – Барабинской провинции центральной лесостепи.
Цель исследований: Изучение влияния антропических факторов (распашки, рекреационной нагрузки и вторичного засоления) на водные свойства серых лесных и луговых почвцентральной лесостепи Омской области.
Задачи:
1. изучить структуру почв естественных и нарушенных сообществ;
2. изучить водопрочность почвенных агрегатов;
3. определить влагоёмкость и влагопроницаемость почвенных образцов;
4. провести анализ водной вытяжки образцов;
5. проанализировать влияние антропических факторов на водные свойства почв.
Литературный обзор
Показатели почв
Водными свойствами называют совокупность свойств почвы, которые определяют поведение почвенной воды в её толще (Почва и почвообразование, 1988). Наиболее важными водными свойствами являются водопроницаемость и водоудерживающая способность почв (Ковда, 1973). Эти свойства во многом определяются структурой почвы и водопрочностью её агрегатов.
Способность почвы распадаться при обработке на отдельные агрегаты (комочки) называется структурностью (Почва и почвообразование, 1988). Структура - это почвенные агрегаты, сцементированные из мельчайших обломков пород и минералов. Склеивающим материалом обычно является гумус, илистая и коллоидная фракции, различные химические соединения в особенности легкорастворимые соли.
В зависимости от состава и обилия клеющих частиц в почве (гумус, иловатые частицы) в почвенной массе образуются различной формы скопления — сгустки, на которые она способна распадаться при возделовании. Основные типы структур: а) кубoвидная с формами разных размеров глыбистой, комковатой, пылеватой, ореховатой, зернистой; б) призмовидная (плитчатая, столбчатая, призматическая) и в) плитовидная (плитчатая, скорлуповатая, чешуйчатая). Устойчивые от размокания (водоупорные) отдельности, например комковатая, ореховатая, зернистая, на черноземах и каштановых почвах имеют благоприятный водно-воздушный режим, а значит, высокое плодородие, а не обладающие водоустойчивостью и размокающие скопления (чешуйчатые, плитчатые в болотных, подзолистых и других почвах), размываясь, теряют структурность, превращаются в единый слой, недоступный для воздуха, что понижает его плодородие.
С агрономической точки зрения ценной являются структурные отдельности размером крупнее 0,25 мм (Ковриго с соавт., 2000). Наиболее ценной считается фракция от 1 до 5 мм (Пирогова, 2006).
Водопрочность – это способность агрегатов противостоять разрушающему действию воды (Ковриго с соавт., 2000). Структурной считается почва, содержащая более 50% водопрочных агрегатов. Основная роль в образовании водопрочных агрегатов принадлежит растительности и почвенным организмам. Наиболее сильное оструктуривающее воздействие на почву оказывают многолетние травянистые растения. Из однолетних культур наибольшая роль в данном процессе принадлежит пшенице, подсолнечнику и кукурузе. Лён, картофель, капуста, имеющие слаборазвитую корневую систему обычно оказывают незначительное оструктуривающее действие на почву (Ковриго с соавт., 2000).
Водопроницаемость почв – это способность почв и грунтов впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности (Почва и почвообразование, 1988).
Водоудерживающая способность почв определяется их влагоёмкостью. Различают полную, капиллярную, максимальную молекулярную влагоёмкость и максальную гигроскопичность. Полная влагоёмкость – способность почвы вместить в своей толще воду в объёме, соответствующем порозности почвы (Ковда, 1973).
При воздействии воды на почву большинство из образующихся минеральных солей растворяются и переходят в водную вытяжку, в которой они могут быть определены соответствующими методами. Таким образом, по данным анализа водной вытяжки из почвы можно судить о санитарном состоянии почвы, т. е. о характере и степени загрязнения почвы органическими веществами, интенсивности их минерализации и завершенности процесса самоочищения почвы.Анализ водной вытяжки позволяет определить уровень и тип естественного засоления почв (Почва и почвообразование, 1988).
Характеристика почв (Ковриго с соавт, 2000)
Подтип серых лесных почв (Рис. 1).
Профиль почв имеет следующее морфологическое строение:
А0 — лесная подстилка мощностью 1-2 см, в Восточной Сибири мощность достигает 3-5 см; состоит из слаборазложившегося растительного спада;
А1 — гумусово-аккумулятивный мощностью 15-30 см, иногда до 40 см, серый в сухом состоянии, темно-серый во влажном, комковато-пылеватой, комковато-порошистой или комковато-ореховатой структуры, рыхлый, густо пронизанный корнями; переход в следующий горизонт постепенный;
А2В — переходный, оподзоленный, мощностью около 20 см, буровато-серый, коричнево-серый или темно-серый, неравномерной окраски, ореховатой структуры, поверхности структурных отдельностей глянцевиты, содержат обильную белесую присыпку, рыхлый; переход заметен по окраске и структуре;
В — иллювиальный, мощность различна, нижняя его граница может проходить на глубине 90-120 см, бурый или коричнево-бурый, ореховатой, ореховато-призматической структуры, плотный, вязкий. На поверхности структурных отдельностей часто содержатся черно-бурые (лаковые) пленки; переходит в следующий горизонт языками; на всю мощность горизонта проникают белесые пятна кремнеземистой присыпки;
С — почвообразующая порода светло-бурых тонов, неясно призматической структуры, слаботрещиноват, содержит карбонатные конкреции.
Верхние горизонты серых лесных почв имеют слабокислую реакцию (pHKCl 4,0-6,5). Степень насыщенности основаниями — 70-80% в верхних горизонтах и 90-95% в нижних. Содержание гумуса — 4-9%. Дифференциация серых лесных почв по содержанию ила и окислов незначительна, а иногда отсутствует совсем.
Подтип луговых (типичных) почв (Рис. 1).
Они распространены в пределах всей сероземной зоны по долинам и дельтам рек, в нижних частях подгорных склонов в условиях устойчивого залегания уровня грунтовых вод на глубине 1,5-2,5 м, под типичной луговой растительностью, на слоистых аллювиальных, дельтовых и пролювиальных отложениях.
Профиль почв имеет следующее морфологическое строение:
А — гумусовый дерновый горизонт мощностью 12-17 см, темно-серый, мелкокомковатый, прочно связанный мелкими корнями;
ABg — гумусовый переходный горизонт мощностью до 50 см, серый, книзу с сизоватым оттенком, комковатый;
Bкg — горизонт белесый от сплошного пропитывания карбонатами, с сизыми и ржаво-охристыми пятнами оглеения;
G — глеевый горизонт, белесо-сизый, вязкий, мажущийся, нередко сильно омергелеванный.
Содержание гумуса в верхних горизонтах луговых (типичных) почв — 2-4%. Вскипание от НСl наблюдается с поверхности. Реакция почв щелочная. Поглощающий комплекс полностью насыщен основаниями.
Луговые (типичные) почвы используются в сельском хозяйстве в условиях орошения.
Рис. 1. Профили серых лесных (А) и луговых почв (В) (https://www.ecosystema.ru/08nature/soil/)
Материалы и методы
Рис. 2. Схема исследований
Материалом для настоящей работы послужили исследования, проведённые в июле 2009 г. и в июле 2010 г. в окрестностях озера Большая Бутурла (Ишимская провинция центрально лесостепи Омской области) и исследования, проведённые в июле 2011 г. в окрестностях пос. Политотдел (Барабинская провинция центральной лесостепи Омской области). Для изучения почв,в представленных в схеме исследования биоценозах (см. рис. 2) закладывались почвенные разрезы. В качестве исходных типовсообществ рассматривались разнотравные березняки и разнотравные луга. Для сравнения анализировались также берега озер.
Из каждого горизонта отбирались образцы в полипропиленовую тару. Изучение образцов проходило в лаборатории зоологии и физиологии ОмГПУ. Структура почв определялась методом сит с последующим взвешиванием каждой фракции на электронных химических весах. Водопрочность агрегатов изучалась помещением их в чашки Петри по 10 шт и заливанием на 15 мин водой с последующим аккуратным помешиванием стеклянной палочкой. Для анализа водопроницаемости почвенных образцов почву помещали в стеклянные полые цилиндры, закреплённые на держателе. Снизу на стеклянную трубку с помощью газовой ткани и резинки прикреплялся бумажный фильтр для предотвращения выпадания почв. В трубку заливалось 50 мл воды. Время появления первой капли и полного протекания жидкости определялось с помощью секундомера. Количество вытекшей воды определялось с помощью мерного цилиндра.
Анализ водной вытяжки на содержание солей осуществлялся стандартными методами (Пирогова, 2006).
Приготовление водной вытяжки производилось по Н. И. Xлебникову (Пирогова, 2006). Отвешивали 50 — 100 г свежевзятой почвы и переносили ее с помощью воронки в колбу вместимостью 500 — 700 мл, в которую приливали 250 — 500 мл дистиллированной воды, дважды перегнанной и лишенной аммиака. Затем колбу закрывали пробкой, взбалтывают 3 мин. После просветления вытяжку фильтровали через промытый водой плотный бумажный фильтр.
Анализ водной вытяжки производился в день ее приготовления.
Для определения хлорид-ионов в пробирку помещали 1- 2 водной вытяжки, подкисляли двумя каплями 10%-ного раствора Н2 SO4, прибавляли несколько капель 5%-го раствора АgNO3 и содержимое перемешивали.
Образование осадка (или мути) АgСl по уравнению:
NaСl + АgNO3 = AgСl + NaNO3; + =AgСl свидетельствовало о присутствии хлорид-иона. По количеству выпавшего осадка отмечали: мало, много, очень много хлорид-ионов в почве (тысячные, сотые доли и т.д.) по стандартной шкале (Пирогова, 2006).
Дляопределение сульфат-ионов в пробирку помещали 1-2 мл водной вытяжки и приливали 1 мл 10% раствора ВаСl2 и кипятили жидкость 1 минуту на спиртовке.Если в водной вытяжке содержатся сульфаты,то выпадает белый осадок сульфата бария, нерастворимый в кислотах:
Na2SO4 + ВаСl2 = ВаSO4+ 2 NaСl
По количеству выпавшего осадка отмечали наличие сульфат-ионов в почве по стандартрной шкале (Пирогова, 2006).
Дляопределение ионов кальция в пробирку помещали 2 мл водной вытяжки, приливали 2 4%-го раствора оксалата аммония и нагревали до кипения.
Образование белого осадка (или мути) оксалата кальция говорит о присутствии ионов кальция.По количеству выпавшего осадка качественно судят: мало,много или очень много ионов кальция по стандартной шкале (Пирогова, 2006)
Данные обрабатывались с помощью средств MicrosoftExel 2010.