Понятие о плодородии почвы

Ход занятия.

Долгое время многих людей волновала одна тайна. Каж­дую весну, как только сойдет снег н пригреет солнце, земледельцы берут различные семена, бросают их в рых­лую п влажную почву. И через некоторое время в тех местах, где разбросаны семена, энергич­но раздвигая комочки почвы, появляются светло-зеленые ростки. Они растут и постепенно превращаются в крупные зеленые растения.

В древности в этом видели проявление подлинного чуда. Во многих странах создавались культы плодородия, поклонялись богам и богиням земли. В Древней Египте, Финикии, Греции и многих других странах находят следы таких культов.. И не случайно этих богов изображали чаще всего в виде женщины — матери всего живого, увитой гроздьями плодов и венками растений.(рисунок богини плодородия)

Было высказано много предположений о при­чинах роста растений.

• 
  Более двух тысяч лет назад философы Древней Греции Аристотель, а чуть позже и Теофраст пытались решить этот вопрос. Много говорилось о «соках земли», но их ни­кто не видел и не знал.
  
• 
  Прошли века, наступило мрачное время средневековья. Здесь уже опасно было не только говорить, но и думать. Пылали костры инквизиции. Но разве можно страхом за­ставить людей не думать. И вот однажды человек выска­зывает блестящую догадку. «Соли — вот пища расте­ний!» — говорит Бернар Палисси, самоучка-химик, сын французского крестьянина. «Разве вам не случалось ви­деть,— пишет он,— как некоторые земледельцы перед тем, как засевать поле пшеницей на второй год, сжигают неизрасходованную пшеничную солому, снятую ими с по­ля. В золе окажутся те соли, которые солома поглотила из почвы, вернуть их обратно—значит улучшить почву».
  

• 
  Но время идет. Наступает 1629 год. Голландский уче­ный и врач Ян Баптист ван Гельмонт задается целью во что бы то пи стало разгадать тайну роста растений. Он решил проделать настоящий опыт. Он взял большой сосуд, насыпал в него почти 100 ки­лограммов земли, тщательно определил ее массу и посадил веточку ивы. Массу веточки он тоже предварительно опре­делил. Закрыв сосуд сверху, чтобы в него ничего не насы­палось, стал терпеливо ждать, регулярно поливая землю водой п следя за ростом веточки ивы. Через пять лет он снова определил массу земли и молодого деревца ивы, вы­росшего из тоненькой веточки. Масса ивы увеличилась на много килограммов, а масса почвы уменьшилась лишь на несколько десятков граммов. «Ну вот,— облегченно сказал ван Гельмонт,— теперь я могу точно сказать, что растения питаются водой: ведь земли осталось почти столько, сколько ее и было, а вон какое большое выросло дерево».
  

• 
  Опыт ван Гельмонта не раз повторяли и другие ученые. И все они приходили к тому же выводу: растения питают­ся только водой, а почва им нужна, чтобы закрепляться в ней корнями.
  
• 
  Прошло еще немного времени, и англичанин Вудворд решил попробовать, как влияет разный состав воды на рост растений. Для проверки этого Вудворд взял дожде­вую воду, воду из Темзы, из водопровода Гайд-парка и к одной пробе водопроводной воды примешал земли. Вели­ко было его удивление, когда он обнаружил, что в грязной воде растения растут лучше. Самое мощное растение по­лучилось в воде, которая была смешана с землей. Значит, сделал вывод Вудворд, ван Гельмонт ошибся, и растения Питаются не водой, а мельчайшими кусочками земли, примешанными к ней. Почва — настоящая пища растений и источник их роста.
  

В 1840 году вышла в свет книга немецкого профес­сора химии Юстуса Либиха «Химия в приложении к земледелию и физиологии». Автор книги подробно описал чем и как питаются растения. - Различными питательными солями, содержащимися почве.

Так с 1840 года началось развитие современного учения о питании растений, учения о плодородии почвы. Вековая тайна перестала существо­вать.

Основная часть занятия

Большой вклад в развитие учения о плодородии почвы внесли российские ученые. Особенно Василий Робертович Вильямс, он дал определение: Плодородие почвы — это ее способность производить урожай растений, обеспечивая их водой и пищей в нужном количестве и вовремя.

Интересно, что во многих славянских языках слово «плодородие», как и в русском, происходит также от осно­вы «род», «родить».

Конечно, чтобы хорошо росли травы и деревья, кустар­ники и грибы, мхи и водоросли, нужны еще тепло и свет, но снабжение ими растений зависит от солнца, а вот снаб­жение пищей и водой — целиком от почвы.

Растения пьют то же самое, что и мы с вами,— воду, а питаются совсем другим — различными солями, т. е. именно тем, о чем говорил Либих. Но не все соли могут служить пищей для растений. Одни соли очень полезны для них, а другие, наоборот, вредны. Нужнее всего расте­ниям те соли, которые содержат азот, фосфор и калий. Без них растения не могут жить, они голодают и гибнут. Чем больше таких питательных солей в почве, тем она плодороднее. Растения не могут жить также без многих других веществ, например без солей меди, марганца, иода. Правда, эти элементы нужны растениям, как вигамины человеку, в очень небольших количествах.

Но всегда ли растения могут усвоить содержащуюся в почве пищу? Оказывается, нет. Дело в том, что соли по­падают в растения только с водой. Соли растворяются в ней и через корни всасываются в растение. Если в почве мало воды, то растение начнет страдать от недостатка пищи. Может быть и другая беда: пищи в почве много, но она находится в нерастворимом состоянии. Как тут быть растениям? Им на помощь приходят микроорганизмы, живущие в почве. Однако в разных почвах они неодинаковы. Там, где в почву легко проникает воздух, преобладают аэробные ^: микроорганизмы; где воздуха нет, живут ана­эробы, способные обходиться без свободного кислорода. Аэробные микроорганизмы — это без устали работающие повара, которые день и ночь готовят пищу растениям из сложных нерастворимых органических соединений. Ана­эробные микроорганизмы выступают в роли заготовителей, разрушая растительные и животные остатки не полностью. Они постепенно превращают их в такие соединения, в которых пища для растений может быть сохранена на дол­гое время.

И действительно, подумайте, что было бы, если бы в почве жили только аэробные бактерии. Они быстро разру­шали бы остатки умерших растений, превращая их в боль­шое количество растворимых солей, необходимых для пи­тания растений. Но ни одно растение не может сразу усво­ить всю массу пищи, наготовленную ему аэробными микроорганизмами. Эти легкорастворимые питательные соли вымываются из почвы, и растения безвозвратно по­теряли бы их, если бы не анаэробные микроорганизмы, ко­торые поселяются в тек местах почвы, где свободного кислорода мало. Там растворимые соли не образуются, и пища растений до поры до времени сохраняется в виде нерастворимых органических соединений. А значит, она не может быть вымыта из почвы дождем. Но когда в этот участок почвы проникнет воздух, сейчас же эти недоразложившиеся соединения начнут быстро разрушаться аэробными микроорганизмами до минеральных питатель­ных солей. Зато в другом месте, где станет мало воздуха (например, в том участке, где почва будет заполнена во­дой) , в это время анаэробные микроорганизмы вновь будут образовывать запасы нерастворимых соединений, из кото­рых в будущем повора – аэробы приготовят растениям пищу.

Так при помощи микроорганизмов растения в течение всей жизни получают пищу из почвы. Но поглотить из нее эти питательные соли, свою пищу, растения могут только с водой, в растворенном состоянии. Поэтому не менее важ­но, чтобы в почве всегда было достаточно воды: много во­ды — корням нечем дышать, мало воды — растения будут голодать. Поэтому как слишком влажная, так и слишком сухая почва не будет плодородной. Чем регулярнее, равномернее снаб­жает почва водой и пищей растения, тем она плодороднее, тем больший урожай можно получить на ней.

В кн. «Таинственный остров» Ж. Верн пишет:

«Плодородие — чудесная сила земли,— сказал инженер спокойно,— знаете ли вы, Пенкроф, сколько колось­ев может дать одно зерно?

— Полагаю, что один колос,— ответил моряк, удивленный во­просом:

— Десять, Пенкроф! А знаете ли вы, сколько зерен может дать колос?

— Право, не знаю.

— В среднем по восемьдесят. Следовательно, посадив одно зер­нышко, мы при первом же сборе урожая снимем восемьсот зерен, которые при втором сборе дадут шестьсот сорок тысяч верен, при третьем — пятьсот двенадцать миллионов, а при четвертом — свы­ше четырехсот миллиардов зерен, если, конечно, ни одно зернышко не . погибнет... Так-то, друзья мои,— продолжал инженер,— такова прогрессия плодородия почвы»
Как называется самая плодородная почва на нашей планете?

Что придает чернозему такую окраску?

Опыт: Поместим немного почвы на металлический лист и прокалим ее на плитке. Почва задымит, может даже вспыхнуть, раскалиться, и... ее черный цвет исчезнет. Это сгорел перегной. Имен­но он придает почве темный цвет, именно он делает почву плодородной.
Что такое перегной? Как он образуется в почве?

Слово «перегной» пришло в науку сравнительно недавно, когда уже был выяснен его состав. Раньше употребляли слово «гумус» (земля).

Перегной образуют многочисленные микроорганизмы, обитающие в почве. Они превращают в перегной растительные остатки.

Но образование перегноя — не простое разложение рас­тительных остатков различными микроорганизмами. Ведь вещества, входящие в состав перегноя, часто сложнее ве­ществ, находящихся в растительных остатках. Многие ученые долгое время изучали образование перегноя и жизнь микробов, обитающих в почве. И вот выяснено: пе­регной образуется в результате воздействия на раститель­ные остатки двух очень различных по условиям жизни групп микроорганизмов — аэробных и анаэробных.

Вы уже знаете, что аэробные и анаэробные микробы по-разному перерабатывают растительные и животные остатки. Аэробные микроорганизмы разрушают их быстро и полностью, образуя из них хорошо раствори­мые соли.

Попробуйте осторожно на медленном огне сжечь какое-нибудь растение или часть его, а потом хорошенько про­калить остаток. При сгорании составляющие его вещества разрушатся, изменятся, часть их в виде газов улетучится, часть останется в виде белесой золы. Зола — это не что иное, как различные соли, оставшиеся после сгорания веществ растении. Примерно так же аэробные микроорга­низмы разрушают остатки растений. Они полностью, до конца разлагают входящие в их состав сложные соеди­нения.

Анаэробные микроорганизмы разрушают остатки рас­тений неполно; сложные вещества, входящие в них, раз­лагаются только частично. В подобных условиях образу­ется масса полуразложившихся растительных остатков, например залежи торфа. При таком процессе распад ве­ществ, входящих в состав растений, происходит не до конца.

Когда аэробный и анаэробный процессы идут порознь, образования перегноя не происходит. Перегной образует­ся лишь там, где разложение растительных остатков аэроб­ными микроорганизмами сменяется действием анаэроб­ных микробов, т. е. где эти процессы чередуются. Вещест­ва, образующиеся в результате деятельности аэробных и анаэробных микроорганизмов, вступают между собой в но­вые сложные соединения. Сами микроорганизмы тоже вы­деляют в почву различные вещества, а все вместе они об­разуют перегной почвы.

Значит, в почве, содержащей много воздуха и немного влаги, населенной преимущественно аэробными микроор­ганизмами, перегной образуется очень медленно. Также медленно он будет создаваться в почвах с избытком воды и небольшим количеством воздуха, населенных только анаэробными микроорганизмами. Много перегноя накап­ливается лишь в тех почвах, в которых достаточно и вла­ги, и воздуха. (чернозем в степях)

В различных почвах содержание перегноя неодинако­во: в подзолистых почвах — 0,5 процента, в чернозем­ных — 10—12 процентов от массы почвы. В разных поч­вах распределение перегноя по глубине также различно. В подзолистых почвах его количество о увеличением глу­бины уменьшается быстро, а в черноземах медленно.

Разные почвы различаются также по составу перегноя. В перегное лесных подзолистых почв содержится много рыжевато-желтых, растворимых в воде веществ. В перегное черноземов преобладают нерастворимые в во­де темно-бурые и черные вещества. Они прочно склеива­ют отдельные частички почвы друг с другом, образуя цен­ную комковатую структуру.

В лабораториях проделали тысячи анализов перегноя. В нем обнаружили целый ряд элементов, в частности азот, без которого не может жить ни одно растение. Остальных элементов немало и в других веществах, входящих в со­став почвы, но азота в них нет. Азот есть в перегное. Зна­чит, перегной снабжает растения азотом, решили химики. Но как? Ведь перегной не растворим и, следовательно, на может непосредственно усваиваться растениями. Опять загадка. И тут на помощь химикам пришли микробиологи. Микроорганизмы, без которых невозможно образованно перегноя, могут быстро разлагать его до растворимых солей. А эти соли, в том чис­ле и соли, содержащие азот, легко усваиваются растения­ми. Значит, перегной — не пища для растений, а ее источ­ник. Готовят же из перегноя пищу растениям микроорга­низмы, причем особенно быстро аэробные бактерии.

Но не только в этом проявляется важная роль почвен­ного перегноя в создании плодородия. Мельчайшие части­цы перегноя оказались обладателями многих других по­лезных свойств. Русский ученый Константин Каэтанович Гедройц установил, что частицы перегноя способны, как маленькие магниты, притягивать и удерживать около сво­ей поверхности крайне нужные растениям соединения ка­лия, кальция, азота. Удержанные, поглощенные почвой, они из нее уже не вымываются. Гумус оказался настоя­щей кладовой, наполненной ценными веществами, необхо­димыми для растений. Кроме того, перегнойные вещества способствуют образованию структурных комков, обеспечивая тем самым равномерное поступление в почву воды и воздуха.

Перегной, обладай темным цветом, хорошо поглощает тепловые лучи. Поэтому богатые перегноем почвы быстрее прогреваются и дольше удерживают тепло. А это тоже очень важно для нормального роста и развития растений.

Перегнойные почвы — это почвы плодородные. Однако при неправильном использовании почвы перегной в ней может разрушаться. Например, большая потеря перегноя может происходить при неоправданно частых рыхлениях. При этом в почво быстро размножаются аэробные микро­организмы, которые разрушают перегной. Вымыванию пе­регноя могут способствовать и слишком большие дозы не­которых удобрений, например содержащих соли натрия.

Сохранение плодородия почвы обеспечивается правильной обработкой и внесением удоб­рений. Все свойства почвы, все про­исходящие в ней изменения влияют на ее плодородие. Поэтому для правильного ведения сельского хозяйства нужно хорошо знать типы и разновидности почв, уметь отличать их друг от друга и рационально использовать.

1. 
   Чем питаются растения?
   
2. 
   Как появляются питательные вещества в почве?
   
3. 
   Кто помогают растениям питаться?
   
4. 
   Как образуется перегной?
   
5. 
   Что такое плодородие почвы?
   
6. 
   Каково значение перегноя?
   

2. Прилить в колбу 25 мл I N NaOH или КОН.

3. Взболтать суспензию и нагреть до 80° на плитке (при нагревании помешивать).

4. Горячую суспензию отфильтровать через складчатый фильтр

(почву выбросить).

5. В фильтрате, где находятся все гумусовые кислоты, осадить гуминовую и ульминовую кислоты. Для этого в колбу прилить 5 мл 10% НС1.

6. Отфильтровать горячий раствор. На фильтре останется гуминовая и ульминовая кислоты, в фильтрате - креновая и апокреновая.

7. Осадить креновую и апокреновую кислоты. Для этого прилить 5 мл насыщенного р-ра КА1(SO₄)₂ , прибавляя из капельницы NaOH, довести реакцию среды до рН = 5,5. В этот момент в р-ре появляются светлые хлопья фульвокислот и их солей.

8. Заключение. На основании проделанных реакций и материала учебника дать характеристику перегнойных кислот и их свойства по форме:

Название кислоты	Окраска	Растворимость	Реакция	Соли	Название солей	Физическое состояние солей, их способность закреплять-ся в почве

Контрольные вопросы и задания.

1. 
   Какие вещества входят в состав гумуса?
   
2. 
   Перечислите известные вам гумусовые кислоты?
   
3. 
   Охарактеризуйте основные условия образования гуминовых кислот. Какие микроорганизмы участвуют в их синтезе?
   
4. 
   Охарактеризуйте основные условия образования фульвокислот. Какие микроорганизмы участвуют в их синтезе?
   
5. 
   Заполните вторую строку в таблице, записывая буквенные обозначения нижеперечисленных предложение, которые соответствуют одной из групп кислот.
   

Гуминовые кислоты	Фульвокислоты

а) Образуются в результате деятельности бактерий.

б) Извлекаются из почвы растворами только щелочей или кислот.

в) Формируются в результате грибных процессов.

г) Имеют черную или коричневую окраску.

д) Имеют рН в пределах 2-3.

е) Имеют светлую окраску желтых тонов.

ж) Соли двух и трехвалентных катионов образуют гели, которые зак-репляются в верхнем горизонте почвы.

з) Оказывают отрицательное влияние на почву, вызывая процесс подзоло-образования.

и) Соли хорошо растворимы в воде.

к) Соли одновалентных катионов образуют золи.

л) В перегное черноземов этих кислот содержится больше 50%.

м) Данная группа кислот преобладает в перегное дерново-подзолистых, серых лесных почв.

6. 
   Опишите экспериментальные условия выделения гуминовых и фульвокислот.
   

Литература.

1. 
   Добровольский В. В. Лабораторные работы по географии почв с основами почвоведения.- М.: ВЛАДОС, 2003.- 143 с.
   
2. 
   Практикум по основам сельского хозяйства / Под ред. И.М.Ващенко.: -М.: Просвещение, 1991. - 431 с.