Исследование почвы. Земля и почва.

Почва - самый поверхностный слой суши земного шара, возникший в результате изменения горных пород под воздействием живых и мертвых организмов (растительности, животных, микроорганизмов), солнечного тепла и атмосферных осадков. Почва представляет собой совершенно особое природное образование, обладающее только ей присущим строением, составом и свойствами.

Почва - важнейший компонент всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом, через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.

В 2001 г. в мире проживало около 6 миллиардов человек. Площадь земной суши составляет примерно 149 млн. кв. км., то есть на долю каждого из нас приходится около 2,5 Га земли. Однако почти 70% суши не могут использоваться для земледелия. К ним относятся: шапки полярных льдов, мерзлый грунт, непригодные для этих целей крутые и скалистые горы, пустыни и территории, покрытые голыми скалами или слишком тонким для возделывания слоем почвы. Две трети оставшихся 30% годятся только для выпаса скота. Таким образом, лишь на 10% земной поверхности можно выращивать сельскохозяйственные культуры.

Началом процесса почвообразования нужно считать тот момент, когда на продуктах выветривания горных пород поселились растительность и микроорганизмы. С этого момента раздробленная горная порода стала почвой, то есть качественно новым телом, обладающим рядом качеств и свойств, важнейшим из которых является плодородие.

Почва образуется из поверхностной горной породы, получающей название «материнской», путём влияния на неё климатических условий (температуры, воздуха, воды и др.), живых организмов, при известном рельефе местности и в течение известного промежутка времени, определяющего почвенный возраст.

Почвообразующей (материнской) породой называется всякая горная порода, на минеральной основе которой возникает и развивается почва. Между почвой и почвообразующей породой происходит постоянный обмен энергией (особенно тепловой), газами, парами воды и растворами. Этими породами чаще всего являются продукты выветривания осадочных пород. Залегая, непосредственно, на поверхности земли, они служат основными материнскими породами. Наиболее распространенными материнскими породами являются континентальные четвертичные отложения: древние и современные ледниковые образования (морена), лесс и лессовидные породы, аллювий, делювий, элювий и др. Большое значение имеют химические и физические свойства горных пород. Минеральная часть любой почвы содержит в себе, в основном, те элементы, которые входили в минеральный состав материнской породы, а интенсивность и характер почвообразовательных процессов напрямую зависят от таких факторов, как гранулометрический состав породы, ее плотность, пористость и теплопроводность.

Климат играет огромную роль в процессах почвообразования, его влияние очень многообразно. Почвенный климат известным образом сказывается на свойствах почвы (содержание перегноя, температура, влажность, условия аэрации и др.) и, в свою очередь, зависит от почв, произрастающей на ней растительности и элементов рельефа. Наиболее важными элементами климата в почвообразовании являются осадки и приток лучистой энергии солнца (тепло и свет). Неравномерное периодическое выпадение осадков местами создает и неблагоприятный водный режим почвы, характеризующийся сменой периодов иссушения периодами избыточного увлажнения.

Температура влияет на скорость химических и биологических процессов, протекающих в почве. Температурные условия местности и продолжительность вегетационного периода определяют длительность интенсивного сезонного почвообразования. На почвообразование может влиять ветер, вызывая дефляцию. Ветер способствует обмену воздуха атмосферы и почвы, усиливая испарение воды с поверхности земли и из почвы. Климат оказывает влияние на почву не только непосредственно, но и косвенно, поскольку существование той или иной растительности, обитание тех или иных животных, а также интенсивность микробиологической деятельности обусловлена именно климатическими условиями.

Растения и животные принимают большое участие в почвообразовании. Растения, пронизывая корнями, верхний слой почвообразующей породы, извлекают из ее нижних горизонтов питательные вещества и закрепляют их в синтезированном органическом веществе. Вследствие разложения растительных остатков в почве накапливается перегной, имеющий огромное значение в плодородии почвы. Растительные остатки в почве являются необходимым питательным субстратом и важнейшим условием развития многих почвенных микроорганизмов.

Животные в процессе своей жизнедеятельности значительно ускоряют разложение органических веществ. Видную роль играют черви, жуки, личинки, а также и норные животные, такие как кроты, мыши, суслики, сурки, и пр. Многократно перерывая почву они способствуют смешиванию органических веществ с минеральными, а также повышению водо - и воздухопроницаемости почвы, что усиливает и ускоряет процессы разложения в почве органических остатков. Также, они обогащают почвенную массу продуктами своей жизнедеятельности. Растения и животные принимают большое участие в выветривании горных пород.

В последнее время установлена выдающаяся роль микроорганизмов в деле почвообразования, особенно бактерий и сапрофитных грибков. Число их достигает сотен тысяч и даже миллионов на 1 см² почвы в её верхнем слое. Принадлежа к разряду аэробных или анаэробных, микроорганизмы производят всевозможные продукты окисления, раскисления, нитрификации и денитрификации. При известной комбинации влажности, температуры и прочих образующих факторов микроорганизмы служат простыми разносчиками кислорода и других газов, играют роль фермента. Наиболее изучены нитрифицирующие бактерии Nitrosоmonas (переводит аммиак в азотистую кислоту) и Nitrobacter, окисляющий азотистую кислоту в азотную (Шлезинг, Мюнц, Виноградский). Вообще, большинство физико-химических процессов, совершающихся в почве, в настоящее время приписывается деятельности почвенных микроорганизмов.

Рельеф местности — очень важный фактор в деле почвообразования. Крутизной склона обуславливается механическое действие проточной воды, то есть обогащение или обеднение почвы тонкими и растворимыми веществами, а положением склона относительно стран света - температура и влажность почвы, а следовательно, почти все внутренние (химико-биологические) процессы почвообразования. Рельеф оказывает косвенное влияние на формирование почвенного покрова. Его роль сводится, в основном, к перераспределению тепла и увлажнения.

Почвенным возрастом называется время, протекшее с момента выхода поверхностной горной породы из-под воды или льда, то есть от начала выветривания. Значение возраста в деле почвообразования для молодых почв, несомненно, для старых - проблематично. Одни полагают, что выветривание почв, накопление органических веществ, увеличение мощности и пр. - беспредельно, другие же, на основании некоторых вычислений, утверждают, что через известный промежуток времени наступает равновесие между приходом и расходом перегнойных и др. веществ в почвах, которые и делаются спелыми.

Решающее значение того, какие растения будут расти на такой почве, имеет природа горной породы. Главное значение имеют тут отличия в твердости, пористости, теплоемкости и теплопроводности. Главные горные породы это: гранит, известняк, доломит, песчаник, глинистый сланец, базальт и пр.

Песок состоит из отдельных зерен различных минералов, преимущественно кварца, а также роговой обманки, полевого шпата, слюды, иногда извести (напр. в коралловом песке, песке из вулканических продуктов и пр.) Достоинство песчаных почв, как питательной среды, находится в зависимости от химических свойств слагающих ее зерен: чистый кварцевый песок бесплоден, т. к. кварцевые зерна не подвергаются выветриванию и, вследствие этого, не могут служить пищей растению. Гумус с трудом образуется в сухой, рыхлой, песчанистой почве, т. к. органические части почвы при свободном доступе воздуха легко подвергаются окислению и разложению.

Глинистая почва отличается большой поглотительной способностью и гигроскопичностью (может поглощать из воздуха 5-6% водяных паров). Она трудно проветривается; обстоятельство это неблагоприятно для растений и ведет к образованию кислот и заболачиванию почвы. В основном в состав глинистой почвы входит глина, в свою очередь в состав глины входит каолин (водный силикатный глинозем), являющийся значимым питательным веществом для растений. В смеси с песком, гумусом и известью глинистая почва делается весьма плодородной.

Данный вид почвы образуется из растительных и животных остатков и отбросов и, преимущественно из животных экскрементов на разной степени разложения. В образовании его играют выдающуюся роль микроорганизмы (бактерии, грибы, монеры и др.), а также более крупные животные, преимущественно дождевые черви.

Гумусовые вещества образуют с трудно растворимыми питательными веществами растений легко растворимые соединения и исправляют, таким образом, питательное значение почв. Они существенно изменяют физические свойства почвы; применимо к минеральным почвам, они увеличивают ее поглотительную способность, тепло, водоемкостью и многое другое. К гумусовым почвам относятся торфяные и иловые почвы.

• Твердая часть почвы представляет собой минеральные и органические частицы, составляющие 80 – 98 % почвенной массы. Они состоят из песка, глины, илистых частиц, обломки и частички первичных минералов (кварца, полевых шпатов, роговых обманок, слюды и др.). Минералогический состав твердой части почвы включает в себя такие вещества как: Si, Al, Fe, К, Mg, Ca, С, N, Р, S и микроэлементы: Cu, Mo, I, В, F, Pb и многие другие.

Органический состав твердой части почвы представлен продуктами жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов (белки, углеводы, органические кислоты, жиры, лигнин, смолы), а также сложным комплексом гумусовых веществ, состоящим из углерода, кислорода, водорода, азота и фосфора.

• Жидкая часть почвы (почвенный раствор) - вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями. Воды в почве содержится от 0,1% до 60%. Жидкая часть участвует в снабжении растений водой и растворенными элементами питания.

• Газообразная часть (почвенный воздух) заполняет поры, не занятые водой. В состав почвенного воздуха входит углекислый газ, кислород, метан, летучие органические соединения и пары воды. Состав почвенного воздуха существенно отличается от атмосферного и зависит от протекающих процессов. Между почвенным и атмосферным воздухом происходит постоянный газообмен. Корневые системы высших растений и аэробные микроорганизмы энергично поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Избыток CO2 из почвы выделяется в атмосферу, а атмосферный воздух, обогащенный кислородом, проникает в почву.

Химические свойства почвы определяются процессами, происходящими в основном между ее твердой и жидкой частями. По закону действующих масс в почве образуются и поступают в раствор различные вещества, в ней устанавливается подвижное равновесие между твердой частью и почвенным раствором. Почвенный раствор образуется в процессе почвообразования в течение длительного времени в результате движения воды в почве и смачивания ее. Реакция почвенного раствора создается при взаимодействии почвы с водой или растворами солей, характеризуется концентрацией водородных и гидроксильных ионов. Реакция может быть кислой, щелочной или нейтральной. Различают активную (актуальную), возникающую за счет слабых кислот (главным образом углекислоты, органических кислот), кислых солей, минеральных кислот (H2SO4), и потенциальную кислотность.

Буферность - способность почвы противостоять изменению ее активной реакции (рН) при внесении в почву кислот или щелочей; она присуща твердой фазе почвы и зависит от ее химического, коллоидного и механического состава.

Физические свойства почвы разделяются на основные (объемный и удельный вес, пористость, пластичность, липкость, связность, твердость, спелость) и функциональные (водные, воздушные и тепловые). К последним относят способность поглощать (впитывать) выпадающие осадки или оросительную воду, пропускать, сохранять или удерживать ее, подавать из глубоких горизонтов к поверхности, снабжать ею растения и т.д. Вода значительно изменяет физические, химические, тепловые и воздушные свойства почвы. Физические свойства почвы, тесно связанные с другими ее свойствами, изменяются в соответствии с ходом почвообразования, а с изменением свойств изменяется и почвообразование.

Плодородие почвы - способность почвы удовлетворять потребности растений в питательных веществах, влаге, воздухе, биотической и физико-химической среде. Плодородие почвы обеспечивает урожай сельскохозяйственных культур, а также биологическую продуктивность дикой растительности.

Мы так часто слышим слова "земля кормилица", что почти не придаем им значения. А ведь правильнее было бы сказать, что растут деревья и трава, шумят леса и колышется в поле пшеница только благодаря тому, что у нас есть земля, а точнее почва. Образование почвы началось с появлением на Земле первых живых существ, так что именно им мы обязаны жизнью, и не только генетически. С давних времен люди знали, что окружающий их мир обладает удивительным свойством, которое было названо плодородием. Наиболее заметно, наиболее повседневно близко и понятно людям проявляла это свойство почва, которой своим существованием и развитием обязан современный растительный и животный мир. Она является необходимым условием для жизни растений, животных, человека. Возделывая сельскохозяйственные культуры, люди обратили внимание на то, что урожай, выращенный из семян одного и того же растения, оказывается неодинаковым на различных земельных участках.

Почве принадлежит важная роль и в природной среде обитания человека. Почва, относясь к категории невозобновимых природных ресурсов, является основным средством сельскохозяйственного производства. Международные декларации и соглашения по проблемам природопользования ("Всемирная стратегия охраны природы", "Всемирная почвенная хартия", "Основы мировой почвенной политики") утверждают значение почвы как всеобщего достояния человечества, рационально использовать и охранять которое должны все люди Земли.

В настоящее время проблема взаимодействия человеческого общества с природой приобрела особую остроту. Становится бесспорным, что решение проблемы сохранения качества жизни человека немыслимо без определенного осмысления современных экологических проблем. Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Кроме того, почва является важнейшим природным образованием.

Его роль в жизни общества определяется тем, что почва представляет собой основной источник продовольствия, обеспечивающий 95-97% продовольственных ресурсов для населения планеты. Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. кв.км или 86,5% площади суши. Пашня и многолетние насаждения в составе сельскохозяйственных угодий занимают около 15 млн. кв. км.(10% суши), сенокосы и пастбища - 37,4 млн. кв. км. (25% суши). Общая пахотная пригодность земель оценивается различными исследователями по-разному: от 25 до 32 млн. кв. км.

Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Современный почвенный покров формировался на протяжении тысячелетий, в условиях, которые в настоящее время полностью изменились. Отсюда неизмеримо возрастает значение правильного и эффективного использования и сохранения почвенных ресурсов.

Большинство микроорганизмов, обитающих в почве, — сапрофаги, которые не приносят вреда животным организмам. Вместе с тем постоянно или временно в почве обитают патогенные, болезнетворные микроорганизмы, возбудители инфекционных заболеваний. Вот они то и представляют опасность. К патогенным бактериям относятся возбудители таких опасных инфекционных заболеваний, как сибирская язва, газовая гангрена, столбняк, ботулизм.

Заражение человека через загрязненную почву может наступить при самых различных обстоятельствах: непосредственно при обработке почвы, уборке урожая, строительных работах и прочих условиях. К числу наиболее опасных болезней человека и животных относится сибирская язва. Возбудитель сибирской язвы — сибиреязвенная палочка, которая, попадая с мочой и испражнениями больных животных в почву, образует вокруг себя спору и в таком состоянии может сохраняться годами, особенно в каштановых и черноземных почвах. Животные, поедая корм, загрязненный этой палочкой, заражаются сибирской язвой. Человек заражается сибирской язвой, как правило, при контакте с больными или павшими животными, через продукты и сырье, полученные от больных животных (мясо, шерсть, шкура), а также при непосредственном соприкосновении с почвой.

Столбнячная палочка - спороносная палочка, представляющая опасность для человека. Заражение человека происходит через поврежденную кожу или слизистую при контакте с зараженной почвой. Столбнячная палочка является возбудителем ботулизма - тяжелого пищевого отравления. По силе своего действия на организм человека и животного этот токсин превосходит все другие бактериальные токсины и химические яды.

Из числа временных микроорганизмов, обитающих в почве, большую группу составляют возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры), бруцеллеза, туляремии, чумы, коклюша. Они попадают в почву только при определенных условиях (с выделениями больных, с нечистотами и т.д.). Нельзя сказать, что почва является благоприятной средой для их обитания. Некоторые из них погибают в виду недостатка питательных веществ, а некоторые способны сохраняться в почве до полу года.

Возбудители туберкулеза, проказы и дифтерии - при попадании в почву также представляют опасность. Обычно заражение человека кишечными инфекциями происходит через загрязненные овощи. Однако не меньшую опасность представляет вторичное загрязнение подземных и поверхностных вод. Палочки туберкулеза остаются жизнеспособными до 15 месяцев, дифтерийные палочки живут около двух недель.

Гельминтозы - болезни, вызванные внедрением в организм человека глистов-паразитов — гельминтов. Зрелые яйца могут попасть в организм человека через загрязненные руки, при употреблении загрязненных овощей и ягод, воды. Человек может заразиться, употребляя без достаточной термической обработки мясо больных коров и свиней.

Кроме всего прочего определенное влияние на здоровье человека может оказать химический состав почвы. Микроэлементы поступают в организм человека с растительной и животной пищей, отчасти с водой по схеме: почва — растение — организм животного. Уровень обеспеченности растительных и животных организмов микроэлементами зависит от содержания их, прежде всего в почве. Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит к недостатку или избытку их не только у травоядных, но и плотоядных животных, а также в организме человека. Это влечет за собой ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, в состав которых входят микроэлементы, нарушение процесса промежуточного обмена веществ, возникновение заболеваний.

Какая почва находится у нас на участке? Что за вещества содержатся в ней? Насколько безопасно использовать ее в сельскохозяйственных целях? Почва является весьма сложным биохимическим веществом, обладающим определенной инертностью по отношению к веществам, вносимым извне. Из-за этой инертности и буферности почвы в ряде случаев оказывается недостаточным внесение минеральных и органических удобрений для восполнения питательных элементов в растениях.

Дефицит же любого питательного элемента в растении приводит к заметным аномалиям в его росте и развитии. В такой ситуации не удается обычными агротехническими приемами добиться создания здорового и красивого сада. В этом случае актуальным становится исследование почвы. В настоящее время самым точным и надежным способом проверки почвы на качество, пригодность для использования - это ее химико-бактериологическое исследование. Благодаря аналитической химии на сегодняшний день мы можем провести абсолютно любую экспертизу почвы.

Почва — поверхностный слой Земли, обладающий плодородием. Почва является полифункциональной четырёхфазной системой, образовавшейся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов. Её рассматривают как особую природную мембрану (биогеомембрану), регулирующую взаимодействие между биосферой, гидросферой и атмосферой Земли. Формируется под влиянием климата, рельефа, исходной почвообразующей породы, а также живых организмов.

Химический состав почвы неоднороден и может существенно изменяться в зависимости от территорий. Почва активно подвергается воздействию со стороны хозяйственной и промышленной деятельности человека. В почву попадает целый ряд опасных загрязняющих веществ (очень распространено загрязнение почвы нефтепродуктами и тяжёлыми металлами). Их содержание строго нормируется санитарными нормативами.

Обобщив сказанное выше можно сделать вывод: результаты проведенного исследования почвы дают возможность установить химический состав и свойства почвы. Он позволяет выяснить общее содержание в почве С, N, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Р, S, K, Na, Mn, Ti и др. элементов, даёт представление о содержании в почве водорастворимых веществ (сульфатов, хлоридов и карбонатов кальция, магния, натрия и др.), определяет поглотительную способность почвы, выявляет обеспеченность почвы питательными веществами - устанавливает количество легкорастворимых (подвижных), усваиваемых растениями соединений азота, фосфора и калия , определяет находящиеся в почве тяжелые металла (Cd, Zn, Cr ,Co и т.д), оказывающие токсическое воздействие на человека; способствует определению групп растений, которые способны прижиться и благополучно произрастать на данной территории.

К сожалению, почва является вместилищем не только полезной микрофлоры и фауны, но и патогенной. Учитывая определенную эпидемиологическую роль почвы как фактора распространения некоторых инфекционных заболеваний животных и человека, в санитарно-противоэпидемической практике проводят ряд мероприятий, направленных на защиту почвы от загрязнения и инфицирования ее патогенными видами микроорганизмов. Среди патогенных обитателей почвы особое значение приобретают возбудители заболеваний человека. Наиболее уязвимы к ним дети.

Жизнедеятельность микроорганизмов в почве, их качественный и количественный состав определяется почвенными условиями: наличием питательных веществ, влажностью, аэрацией, реакцией среды и температурой. Большое влияние, как на общую численность, так и на соотношение отдельных систематических групп микроорганизмов оказывает тип почвы. В составе микрофлоры почвы выделяют следующие группы микроорганизмов:

Бактериологическое исследование почвы включает определение общего количества сапрофитных бактерий, БГКП (коли-титр и коли-индекс), клостридий (перфрингенс-титр), термофильных бактерий, нитрифицирующих бактерий, определение актиномицетов, грибов, сальмонелл, шигелл, возбудителей столбняка, ботулизма, бруцеллеза, сибирской язвы.

Как правило, на участках для детей выделяют площадку под подвижные игры, которая имеет деревянное или газонное покрытие. Но разве можно удержать маленький вихрь в замкнутом пространстве? Исследовательский интерес толкает детей на поиск приключений. Маленький ребенок на участке успевает побегать по газону, залезть на развесистое дерево, благополучно приземлиться на землю, поплескаться в мелководье пруда, поковыряться в почве цветника или декоративного огорода, перепробовать все яркие ягоды и плоды. Естественно, что в организм ребенка могут попасть и болезнетворные организмы. Исследование почвы на присутствие возбудителей заболеваний человека в подобных случаях имеет исключительное значение.

Почва - колоссальное природное богатство, обеспечивающее человека продуктами питания, животных - кормами, а промышленность сырьем. Веками и тысячелетиями создавалась она. Поэтому, охрана почвы, является одной из первостепенных задач Российского государства.