Что такое почва в биологии: понятие, состав и функции

Введение

В географии почва – это верхний слой земной коры, который развивается под влиянием различных факторов, таких как климат, растительность, геологические процессы и деятельность организмов. Почва играет важную роль в поддержании жизни на Земле, так как она является основой для роста растений и обеспечивает питательные вещества и воду для них. В этом уроке мы рассмотрим состав, свойства и виды почв, чтобы лучше понять их значение и влияние на окружающую среду.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Почва в биологии: понятие и важность

Почва — это верхний слой земной коры, который является основной средой для развития и существования растений. Она состоит из неорганических и органических частиц, включая минералы, воздух, воду и органические остатки.

Почва играет ключевую роль в биологии, поскольку она предоставляет растениям необходимые питательные вещества, поддерживает их взаимодействие с другими организмами, а также способствует циркуляции воды и газообмену.

Важность почвы в биологии:

Питательные вещества: Почва является источником необходимых растениям минеральных элементов, таких как азот, фосфор и калий. Они необходимы для роста и развития растений.
Поддержка растений: Почва служит опорой для растений, обеспечивая им оптимальные условия для укоренения и фиксации в почве.
Водный режим: Почва способна удерживать воду, обеспечивая необходимый уровень влажности для растений и поддерживая устойчивый водный баланс в экосистеме.
Газообмен: Почва обладает пористой структурой, которая позволяет проникать кислороду и другим газам в корневую зону растений, а также отводить углекислый газ и другие отходы.
Жизнедеятельность организмов: Почва является местом обитания множества микроорганизмов, которые выполняют важные функции, например, разлагая органические остатки и синтезируя полезные вещества.

Итак, почва в биологии представляет собой жизненно важную среду для растений, обеспечивающую им рост, питание и взаимодействие с окружающей средой. Понимание ее состава и функций является неотъемлемой частью изучения биологических процессов и сельского хозяйства.

Функции почвы в биологии

Почва в биологии выполняет ряд важных функций, которые являются основой для жизни многих организмов и процессов в экосистемах. Вот некоторые из них:

Функция питания. Почва является источником питательных веществ для растений. Она содержит минеральные элементы, необходимые для роста и развития растений, такие как азот, фосфор, калий и другие макро- и микроэлементы. Растения поглощают эти вещества с помощью корней, которые проникают в почву.
Функция фильтрации и очистки. Почва выполняет важную роль в фильтрации воды и очистке ее от многих вредных веществ. Многие почвенные слои содержат глинистые частицы, которые являются хорошими сорбентами и способны задерживать пестициды, тяжелые металлы и другие вредные вещества.
Функция регулирования водного баланса. Почва способна впитывать и задерживать влагу, что позволяет регулировать уровень грунтовых вод и обеспечивать влагу для растений. Кроме того, почва играет роль водоудерживающего слоя, предотвращая эрозию почвы и подавление растений.
Функция поддержания биологического разнообразия. Почва является средой обитания для множества организмов, включая микроорганизмы, насекомых, червей, грызунов и других животных. Она обеспечивает условия для поселения и размножения различных видов, скрывая от них пищу, убежища и места для размножения.
Функция глобального углеродного цикла. Почва является важным хранилищем органического углерода. Многие органические вещества, такие как растительные остатки и корневая масса, разлагаются в почве, освобождая углерод. Этот процесс играет важную роль в глобальном углеродном цикле и увеличивает плодородие почвы.

Все эти функции почвы в биологии взаимосвязаны и важны для поддержания устойчивости и равновесия в экосистемах. Они также служат основой для сельского хозяйства и устойчивого использования земельных ресурсов.

Физические свойства

От механического состава почвы зависят её физические свойства:

Пористость — соотношение пустот в почве к её твёрдым частицам.
Плотность — зависит от механического состава и пористости. Чем пористей и рыхлей почва, тем выше её плодородные свойства и ниже плотность.
Тепловой режим — способность нагреваться от солнца и термальных источников, и удерживать тепло.
Влагоёмкость — способность впитывать и удерживать влагу.
Влажность — наличие в почве воды.

Самым плодородным типом почвы является чернозём. Это чёрная земля с высоким содержанием гумуса. Кроме того, чернозём обладает всеми физическими свойствами, необходимыми для успешного выращивания растений. Он имеет рыхлую структуру, хорошо проводит воздух и воду.

Рис. 3. Чернозём.

Что мы узнали?

Важнейшим свойством любого типа почвы является плодородие — способность снабжать растения всеми необходимыми веществами. Почва делится на типы в зависимости от механического состава. О том, от чего зависят свойства почв, можно подготовить доклад на урок по окружающему миру в 3 классе.

/7

Вопрос 1 из 7

Физические свойства почвы

Физические свойства почвы определяют ее текстурную структуру, плотность, пористость, влажность и водозапас. Они играют важную роль в регулировании процессов взаимодействия с водой, воздухом и различными органическими и неорганическими частицами.

Основные физические свойства почвы:

Текстура почвы. Почва может быть песчаной, супесью, суглинком или глиной в зависимости от соотношения песчинок, супесиц и глинистых частиц в ее составе. Текстура влияет на водопроницаемость, воздухообмен, плодородие и различные свойства почвы.
Плотность и пористость. Плотность почвы определяет степень компактности ее частиц и влияет на водопроницаемость и воздушность почвы. Пористость указывает на наличие и размер пор в почве, определяет способность почвы удерживать воду и воздух.
Влажность почвы. Влажность почвы определяет содержание влаги в ней и важна для регулирования режима полива, развития корневой системы растений, а также для микробиологических процессов в почве.
Водозапас почвы. Водозапас показывает количество влаги, которое может удерживаться в почве и доступно для растений. Это важный показатель для определения влагоснабжения почвы и возможности растений получать достаточное количество воды.

Физические свойства почвы тесно связаны с ее химическими и биологическими свойствами, и вместе они определяют плодородие и пригодность почвы для различных видов растений и микроорганизмов.

Международный

Почвенная карта мира

С 1971 по 1981 год ФАО и ЮНЕСКО опубликовали карту почв мира в масштабе 1: 5 миллионов на 10 листах. Это первая серия глобальных почвенных карт такого масштаба, которая до сих пор используется в качестве основы для других почвенных карт. Для создания карт была разработана отдельная система классификации почв, классификация почв ФАО , которая с тех пор была заменена WRB . В дополнение к доминирующему типу почвы каждая единица картографирования также показывает два подчиненных типа почвы.

Атлас почв Европы

В 2005 году Комиссия ЕС опубликовала почвенные атлас для Европы впервые . Это описывает состояние и потенциальные или реальные угрозы для европейских почв. Комиссары, ответственные за науку, исследования и окружающую среду в то время, Янез Поточник и Ставрос Димас , представили атлас Европейскому парламенту во время информационных дней о деятельности Объединенного исследовательского центра Комиссии (JRC). Комиссия координировала создание первого в Европе атласа почв , объединив ведущих европейских почвоведов . Ученые приехали из более чем 40 стран и работали в национальных научно-исследовательских институтах почвоведения, все из которых были представлены в (в настоящее время уже не действующей) « Европейской сети почвенных офисов» JRC. Еще до фактического создания этой сети в 1996 году тогдашнее Европейское сообщество впервые опубликовало почвенную карту в 1970-х годах в масштабе 1: 1 000 000.

Почва Атлас Европы содержит почвенные карты, а также легко понятные тексты, которые дополненные фотографий, и на основе европейской информации о почвах системы MEUSIS , которая была разработана Комиссией и охватывает весь ЕС , включая соседние страны. На картах показаны типы почв в соответствии с 1-м изданием (1998 г.) международной системы классификации почв World Reference Base for Soil Resources (WRB). Однако, в отличие от , единицы картирования содержат только одну (доминирующую) почву, поэтому невозможно получить информацию об однородности или неоднородности почв единицы картирования.

В последующие годы JRC опубликовал:

Атлас почв Северного Приполярья (2010 г.)
Атлас почв Африки (2013)
Атлас Суэлоса Латинской Америки и Карибе (2014)

Глобальная карта почв

По инициативе рабочей группы «Цифровое картирование почв» Международного союза почвоведов (IUSS) в 2008 году был основан международный консорциум для разработки глобальной цифровой карты почв . Это не карта почвы в более узком смысле, в котором представлены типы почвы, а карта свойств почвы, на которой показаны такие свойства почвы, как значение pH , тип почвы и содержание гумуса . После распада консорциума Международный союз почвоведов (IUSS) в 2016 году основал рабочую группу «Глобальная почвенная карта» для дальнейшей работы над созданием одноименной карты.

Лоббирование и связи с общественностью

Чтобы привлечь внимание к важности почв для природных циклов и для человеческого общества, Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) объявила 2015 год Международным годом почв. На таком же фоне отмечается Всемирный день почвы ( World Soil Day ), который ежегодно отмечается 5 декабря, и в Германии Kürung — земля года .

В качестве платформы для обмена идеями между наукой, политиками и бизнесом по теме глобальной защиты почв Глобальная неделя почв проводится в Берлине нерегулярно с 2012 года .

Состав почвы

Состав почвы – это то, из чего она состоит. Почва состоит из различных компонентов, которые взаимодействуют между собой и влияют на ее свойства и плодородие.

Органическая часть

Органическая часть почвы состоит из растительных и животных остатков, которые разлагаются и образуют гумус. Гумус является важным компонентом почвы, так как он улучшает ее структуру, удерживает влагу и питательные вещества, а также обеспечивает питание для микроорганизмов.

Минеральная часть

Минеральная часть почвы состоит из различных минералов, таких как песок, глина и супесь. Песок – крупные частицы, которые обеспечивают хорошую воздухопроницаемость почвы, но плохо удерживают влагу и питательные вещества. Глина – мелкие частицы, которые обладают хорошей влагоудерживающей способностью, но плохо пропускают воздух. Супесь – средние частицы, которые обладают сбалансированными свойствами.

Вода и воздух

Вода и воздух также являются важными компонентами почвы. Вода заполняет поры между частицами почвы и обеспечивает доступ к ней растениям. Воздух также необходим для дыхания корней растений и микроорганизмов.

Микроорганизмы

Почва содержит огромное количество микроорганизмов, таких как бактерии, грибы и вирусы. Эти микроорганизмы выполняют важные функции, такие как разложение органических веществ, фиксация азота и обеспечение доступа к питательным веществам для растений.

Все эти компоненты взаимодействуют между собой и определяют свойства и плодородие почвы. Понимание состава почвы помогает нам лучше понять ее функции и влияние на окружающую среду.

Изучение почв

Твердая фаза почв и поровое пространство.

Дисперсность почвы. Два уровня дисперсности почв — уровень элементарных почвенных частиц (ЭПЧ) и агрегатный уровень. Гранулометрический состав почвы как характеристика ее дисперсности. Происхождение ЭПЧ. Классификации ЭПЧ по размерам. Вещественный состав и свойства гранулометрических фракций и их влияние на свойства почвы в целом. Изменение гранулометрического состава в процессе почвообразования. Методы гранулометрического анализа (способы пептизации почвы, разделения и учета фракций). Уравнение Стокса и условия его применимости к почвенным суспензиям. Понятие об эффективном диаметре ЭПЧ. Интерпретация данных гранулометрии. Вероятностные показатели гранулометрического состава (по П.Н. Березину). Отечественные и зарубежные классификации почв по гранулометрическому составу. Использование данных гранулометрии при диагностике почв и почвенных процессов, при картировании и агроэкологической оценке почв.

Микроагрегатный состав почв. Понятие о микроагрегате. Условия и механизмы агрегирования ЭПЧ и их связь с особенностями осадкои почвообразования. Свойства фракций микроагрегатов. Микроагрегатный анализ почвы. Способы сопоставления данных гранулометрического и микроагрегатного анализа. Коэффициенты дисперсности и структурности.

Макроагрегатный состав почвы. Почвенные агрегаты высших порядков — макроагрегаты (педы). Условия образования. Морфологическая классификация педов и их диагностическое значение. Сравнительная характеристика агрегатного состояния главных типов почв. Агрономически ценная структура: свойства, условия формирования и разрушения. Влияние макроструктуры на свойства, режимы почв и их плодородие. Значение агрегированности для мелиорации и охраны почв. Механические, физические, физико-химические, химические и биологические способы оптимизации агрегатного состояния почв. Система методов оценки агрегатного состояния почв.

Удельная поверхность почвы как характеристика ее дисперсности. Связь величины удельной поверхности с гранулометрическим, химическим, минералогическим составом и агрегатным состоянием почв.

Плотность почв. Плотность твердой фазы (р_s) как показатель ее вещественного состава. Удельный объем твердой фазы, его значения. Величины р_s характерные для различных почв и их компонентов. Профильные изменения р_s и их значения для диагностики почв. Использование в разных разделах почвоведения. Методы определения р_s.

Плотность сложения (объемная масса) почв (р_b) как показатель вещественного состава и упаковки. Характерные величины р_b_. Понятие об оптимальной и о равновесной плотности. Проблема переуплотнения почв в сельском хозяйстве. Изменения р_b во времени. Применение р_b в разных разделах почвоведения. Расчеты с использованием величин р_b_. Методы определения р_b в полевых и лабораторных условиях.

Поровое пространство почв. Общая порозность (пористость) и ее величины в различных горизонтах и типах почв. Активная и неактивная, капиллярная и некапиллярная порозность. Текстурное (внутриагрегатное), межагрегатное, межфрагментное поровое пространство. Проихождение пор (поры упаковки, трещины, биогенные поры). Функции пор различного размера и происхождения (поры аэрации, инфильтрации, влагопроводящие, влагосберегающие поры; поры транзитного межгоризонтного перемещения жидкой, газовой, живой и твердой фазы). Изменение порозности во времени. Особенности порового пространства набухающих почв. Методы измерения и расчета общей и дифференциальной порозности.

Химические свойства почвы

Химические свойства почвы определяют ее способность удерживать и обеспечивать доступность питательных веществ для растений. Они включают в себя такие характеристики, как pH, содержание органического вещества, обмен катионов и содержание питательных элементов.

pH почвы

pH почвы является мерой ее кислотности или щелочности. Он измеряется на шкале от 0 до 14, где значения ниже 7 указывают на кислотность, а значения выше 7 – на щелочность. Нейтральный pH составляет 7. Различные растения предпочитают разные уровни pH почвы. Например, кислолюбивые растения, такие как голубика, предпочитают кислые почвы с pH от 4,5 до 5,5, в то время как щелочелюбивые растения, такие как лаванда, предпочитают щелочные почвы с pH от 7,5 до 8,5. Регулирование pH почвы может быть важным для обеспечения оптимальных условий для роста растений.

Содержание органического вещества

Органическое вещество в почве состоит из разложившихся растительных и животных остатков. Оно играет важную роль в питательном режиме почвы, поскольку содержит множество питательных элементов, таких как азот, фосфор и калий. Органическое вещество также способствует улучшению структуры почвы, удерживает влагу и повышает ее фертильность. Высокое содержание органического вещества в почве обычно указывает на ее хорошую плодородность.

Обмен катионов

Обмен катионов – это процесс, при котором ионы питательных элементов связываются с частицами почвы и могут быть доступными для растений. Главными катионами, участвующими в обмене, являются ионы калия (K+), кальция (Ca2+), магния (Mg2+) и аммония (NH4+). Обмен катионов зависит от типа почвы и ее химических свойств. Например, глинистые почвы имеют большую способность удерживать ионы питательных элементов, чем песчаные почвы.

Содержание питательных элементов

Питательные элементы – это химические элементы, необходимые для роста и развития растений. Они включают в себя азот (N), фосфор (P), калий (K), а также микроэлементы, такие как железо (Fe), медь (Cu), цинк (Zn) и другие. Содержание питательных элементов в почве может варьировать в зависимости от ее типа и состояния. Недостаток или избыток определенных питательных элементов может негативно сказываться на росте и развитии растений.

Понимание химических свойств почвы позволяет оптимизировать ее питательный режим и создать условия для успешного роста и развития растений.

FAQ

Что такое биология почвы?

Биология почвы — это изучение организмов и их взаимодействий в почвенной экосистеме. Он включает микроорганизмы, растения, животных и их роль в круговороте питательных веществ, разложении и почвообразовании.

Почему биология почвы важна?

Биология почвы имеет важное значение для поддержания здоровья и плодородия почвы. Организмы в почве играют ключевую роль в круговороте питательных веществ, разложении органических веществ, формировании структуры почвы и росте растений

Понимание биологии почвы помогает в устойчивом управлении земельными ресурсами и сельскохозяйственной практике.

Каковы основные компоненты биологии почвы?

Ключевые компоненты почвенной биологии включают микроорганизмы (бактерии, грибы, водоросли, простейшие), растения, животных (дождевые черви, насекомые, нематоды) и их взаимодействие в почвенной среде.

Какой вклад микроорганизмы вносят в биологию почвы?

Микроорганизмы имеют решающее значение в биологии почвы, поскольку они разлагают органическое вещество, перерабатывают питательные вещества, фиксируют атмосферный азот, улучшают структуру почвы, подавляют болезни растений и поддерживают рост растений посредством симбиотических отношений.

Какова роль растений в биологии почвы?

Растения взаимодействуют с биологией почвы через свои корни, которые обеспечивают богатые энергией соединения для поддержки микроорганизмов и формируют симбиотические отношения, такие как микоризные ассоциации. Растения также вносят свой вклад в поступление органических веществ, поглощение питательных веществ и стабилизацию структуры почвы.

Как почвенные организмы участвуют в круговороте питательных веществ?

Почвенные организмы, особенно микроорганизмы, разлагают органические вещества и выделяют питательные вещества обратно в почву. Они расщепляют сложные органические соединения на более простые формы, которые могут использовать растения, завершая процесс круговорота питательных веществ.

Каково значение дождевых червей в биологии почвы?

Дождевые черви — это инженеры экосистемы, которые улучшают структуру почвы за счет рытья нор, способствуя лучшей инфильтрации воды и аэрации. Они также усиливают круговорот питательных веществ, повышают микробную активность и способствуют разложению органических веществ.

Как биология почвы влияет на плодородие почвы?

Биология почвы играет решающую роль в плодородии почвы, способствуя доступности питательных веществ, разложению органического вещества и формированию структуры почвы. Здоровая биология почвы поддерживает рост растений и поглощение питательных веществ, что приводит к продуктивным и плодородным почвам.

Может ли биология почвы помочь в устойчивом сельском хозяйстве?

Да, понимание биологии почвы жизненно важно для устойчивого сельского хозяйства. Стимулируя полезные почвенные организмы, управляя круговоротом питательных веществ и улучшая здоровье почвы, фермеры могут снизить зависимость от синтетических удобрений и пестицидов, что приведет к более устойчивым методам ведения сельского хозяйства

Как можно оценивать или контролировать биологию почвы?

Биологию почвы можно оценивать с помощью различных методов, таких как анализ микробных популяций с помощью секвенирования ДНК, измерение активности ферментов, связанных с круговоротом питательных веществ, наблюдение за взаимодействием растений и микробов и оценка показателей здоровья почвы, таких как содержание органических веществ и численность дождевых червей.

Формирование почв

→ Основная статья : Почвообразование

Почвообразующие факторы

Почвы формируются относительно быстро в геологические периоды времени, но относительно медленно по человеческим меркам. Почвы в сегодняшней Центральной Европе были созданы за последние 12000 лет, с момента окончания последнего ледникового периода .

Первичной предпосылкой для образования почвы является сырье из окружающей породы (твердая порода или рыхлые отложения).

Рельеф не должен быть слишком крутым, иначе исходный материал будет удален от эрозии до того, как почва может сформировать из него.
Запрещается вносить большие количества наносов на рассматриваемую территорию, так как в противном случае образовавшаяся почва будет проливаться снова и снова, и почвообразование придется начинать заново.

Климат должен быть влажным (влажной) и не слишком холодно, так что с одной стороны , существуют благоприятные условия жизни для растений и животных , а с другой стороны , потому что вода имеет важное значение для процессов выветривания .

Этим факторам все же подвержен даже «готовый» пол. Затем есть почвенные организмы как часть почвы, а также в течение примерно 8000 лет (позже в Центральной Европе) антропогенные воздействия человека , такие как использование в сельском или лесном хозяйстве или попадание загрязняющих веществ .

Почвообразовательные процессы

Почвообразовательные процессы запускаются почвообразующими факторами. У них есть два эффекта: они изменяют исходную породу и превращают ее в почву, но они также меняют существующую почву.

Первичное почвообразование

Материнская порода, независимо от того, является ли она твердой породой или рыхлыми отложениями, физически и химически разрушается на более мелкие и мелкие части в результате выветривания . Трещины, которые уже существуют в твердой породе, расширяются и дают место для унесенной пылью и новаторских растений. Минералы материнской породы превращаются в другие химические соединения, которые содержат элементы, которые жизненно важны для растений и животных и могут легче усваиваться растениями, например Б. соли кальция, магния, фосфора или железа (см. → силикатное выветривание ). Мертвые растения-пионеры с участием животных и микроорганизмов сначала разложились в органических соединениях, таких как сахара, белки, целлюлоза, а затем в гуминовых веществах ( гумификация ). В некоторых случаях органические соединения далее превращаются микроорганизмами в простые неорганические соединения ( минерализация ). Различные процессы ( биотурбация , криотурбации , peloturbation ) обеспечивают перемешивание органических и минеральных веществ, а также введение воздуха в поровом пространстве этой смеси (pedoturbation). Со временем это создает живую, аэрированную смесь минеральных и органических веществ — почву. Органическое вещество наиболее сконцентрировано в самом верхнем горизонте почвы , верхнем или верхнем слое почвы .

Компоненты почвы служат живым существам для снабжения энергией и роста . Глинистые минералы и гуминовые вещества, вызванные выветриванием, объединяются, например B. в кишечнике дождевого червя , к глинисто-перегноемому комплексу , который может «накапливать» питательные вещества и воду и делать почву рассыпчатой.

Вторичное почвообразование

Созданная почва со временем меняется, особенно когда меняются факторы, определяющие почву. Есть много процессов, которые могут повлиять на образование гумуса или иным образом изменить почву. Это включает:

выщелачивание компонентов почвы в более глубокие горизонты или в грунтовые воды, например Б.
- водорастворимые соли
- карбонат кальция газированный
- кислоторастворимые глинистые минералы ( глинистый сдвиг ),
- кислоторастворимый гидроксид железа и алюминия, а также гуминовые вещества ( подзоление )
Остекление , псевдоглеение

Кроме того, первичное почвообразование обычно углубляется в пограничной области между почвой и материнской породой, так что в целом происходит развитие от мелких, каменистых, слабовыветрелых, богатых минералами почв до глубоких, мелкозернистых, сильно выветрившихся, промытых. -вне почвы. Из существующего субстрата, типа почвы, со временем развивается тип почвы со специфическими свойствами за счет «внешних» воздействий (таких как климат , растительность , тип использования) . Форма почвы формирует общую картину типа почвы и типа почвы.