Тема: Радиоактивность почв.

Лекция 1.

Тема: Лучистая энергия солнца - подпитка процессов

Почвообразования энергией .

План.

1.Процессы: выветривание, разложение растительных и животных остатков и образование гумуса, жизнедеятельность животных и бактерий.

2.Ритмичность  ЛЭС.

3. Атмосфера (источник вещества, т.е. атмосферной влаги).

Главным и практически основным источником поступления энергии в почву является солнечная радиация. Вся поверхность Земли получает в год от солнца по приблизительным оценкам 21-1020 Дж тепла. Основная часть этой энергии расходуется на формирование климата и океанических течений. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения) усваивают только от 0,5 до 5% солнечной энергии.

Энергетика почв связана с поступлением, преобразованием и отдачей солнечной энергии, и с биохимической аккумуляцией и миграцией веществ и с другими формами энерго-массообмена.

При почвообразовании и выветривании происходят существенные изменения также и в энергии минеральной части почвы. Они обусловлены разрушением первичных минералов, синтезом вторичных минералов и увеличением степени дисперсности первичных горных пород.

Общий запас аккумулированной в почве энергии слагается из запасов энергии в ее основных компонентах: органических и минеральных веществах, почвенном растворе, почвенном воздухе и живом органическом веществе, выросшем на данной почве.

Энергетический баланс почвообразования по В.Р. Волобуеву слагается из следующих величин:

1) энергетических затрат на физическое выветривание,

2) энергии разложения минералов в процессе химического выветривания,

3) энергетических затрат на ежегодную продукцию биомассы,

4) расхода энергии на суммарное испарение,

5) потерь энергии на механические миграции мелкозема и солей в почве,

6) энергии, расходуемой в процессе теплообмена в системе почва  атмосфера.

Таким образом, в естественных ландшафтах наименьшие суммарные затраты энергии на почвообразование (8-20 кДж/см2 в год) наблюдаются в тундрах и неосвоенных пустынях; средние затраты  в гумидных и семиаридных областях умеренного пояса (40-160 кДж/см2 в год) и наиболее высокие  в гумидных областях тропиков (246-287 кДж/см2 в год).

Морфологические признаки почвенного профиля

В результате почвообразовательного процесса из материнской породы формируется почва. Она приобретает ряд важных свойств и признаков, в ней возникают новые вещества, которых не было в почвообразующей породе. Почва расчленяется на генетические горизонты и приобретает только ей присущие внешние, или морфологические, признаки. Таким образом, почва отличается от почвообразующей породы не только плодородием, но и морфологическими признаками, по которым можно отличить почву от породы, а также одну почву от другой. По ним можно приблизительно судить о направлении и степени выраженности почвообразовательного процесса.

Основные представления о морфологии почв были даны В.В. Докучаевым и подробно разработаны С.А. Захаровым.

К главным морфологическим признакам почвы относятся: строение почвы; мощность почвы и отдельных ее горизонтов; окраска; механический состав; структура; сложение; новообразования и включения.

Строение почвенного профиля  это его внешний облик, обусловленный определенной сменой горизонтов в вертикальном направлении.

Обычно выделяют следующие горизонты: А  горизонт аккумуляции органических веществ, А2  элювиальный, В  иллювиальный, или переходный, О  глеевый, С  материнская порода, Д  подстилающая порода.

Мощность почвы и отдельных ее горизонтов – это толщина от ее поверхности вглубь до слабо затронутой почвообразовательными процессами материнской породы.

Окраска почвы – это существенный показатель процессов, происходящих в почве, и принадлежности ее к тому или иному типу. Многие почвы получили название в соотв. со своей окраской – подзол, краснозем, чернозем и т.д.

Механический состав – определяют визуально и органолептически, т.е. по внешним признакам и на ощупь. Применяют лабораторные методы для точности.

Структура – отдельности (агрегаты), на которые способна распадаться почва. Они состоят из соединенных между собой механических элементов.

Сложение – это внешнее выражение плотности и пористости почвы.

Новообразования и включения. Новообразования – это скопление веществ различной формы и химического состава, которые образуются и откладываются в горизонтах почвы. Различают новообразования химического и биологического происхождения.

Включения – это находящиеся в почве тела органического или минерального происхождения, возникновение которых не связано с почвообразовательным процессом (валуны; раковины и кости животных; кусочки кирпича, стекла, угля).

Организмы и их роль в почвообразовании и плодородии почв

В почвообразовании участвуют три группы организмов  зеленые растения, микроорганизмы и животные, образующие на суше сложные биоценозы.

Вместе с тем функции каждой из этих групп как почвообразователей различны.

ЗЕЛЕНЫЕ РАСТЕНИЯ являются единственным первоисточником органических веществ в почве, и основной функцией их как почвообразователей следует считать биологический круговорот веществ  поступление из почвы элементов питания и воды, синтез органической массы и возврат ее в почву после завершения жизненного цикла. Следствием биологического круговорота является аккумуляция потенциальной энергии и элементов азотного и зольного питания растений в верхней части почвы, обусловливающая постепенное развитие почвенного профиля и основного свойства почвы  ее плодородия. Зеленые растения участвуют в трансформации минералов почвы  разрушении одних и синтезе новых, в формировании сложения и структуры всей корнеобитаемой части профиля, а также в регулировании водно-воздушного и теплового режимов. Характер участия зеленых растений в почвообразовании различен в зависимости от типа растительности и интенсивности биологического круговорота.

МИКРООРГАНИЗМЫ. Основными функциями МО являются разложение остатков и почвенного гумуса до простых солей, используемых растениями, участие в образовании гумусовых веществ, в разрушении и новообразовании почвенных минералов. Важное значение имеет также способность некоторых групп МО к фиксации атмосферного азота.

ЖИВОТНЫЕ (простейшие, беспозвоночные и позвоночные).

Простейшие – жгутиковые, корненожки и инфузории. Роль простейших в почвенных процессах не выяснен. Возможно, что простейшие, поедая старые бактериальные клетки, облегчают размножение оставшихся и приводят к появлению значит. числа более молодых биологически активных особей.

Дождевые черви. Их роль разнообразна – улучшают физические свойства, структуру почвы и ее химический состав.

Проделывая ходы и норки, они улучшают физические свойства почвы: повышают ее пористость, аэрацию, влагоемкость и водопроницаемость. Обогащают почвы капролитами, что способствует росту количества гумуса, увеличению суммы обменных оснований, снижению кислотности почв и более водопрочной структуре.

Насекомые (жуки, муравьи и др.). Проделывая в почве многочисленные ходы, они разрыхляют почву и улучшают ее физические и водные свойства. Насекомые, активно участвуя в переработке растительных остатков, обогащают почву гумусом и минеральными веществами.

Позвоночные животные (грызуны) – роют в почвенной толще норы, перемешивая и выбрасывая на поверхность огромное количество земли.

Современное представление о гумусообразовании

Процесс превращения органических остатков в почве называется гумусообразованием, итогом которого является образование гумуса.

Превращение органических остатков в гумус совершается в почве при участии микроорганизмов, животных, кислорода воздуха и воды.

Превращение органических остатков в гумус (гумусообразование) является совокупностью процессов разложения исходных органических остатков, синтеза вторичных форм микробной плазмы и их гумификации. Схема по Тюрину:

Процессы разложения и минерализации органических остатков носят биокаталитический характер и протекают по следующей схеме при участии ферментов, выделяемых микроорганизмами.

Основное положение всех гипотез о гумификации  представление о гумификации как о системе реакций конденсации или полимеризации мономеров  относительно простых промежуточных продуктов разложения  аминокислот, фенолов, хинонов и т.д. (А.Г. Трусов, М.М. Кононова, В. Фляйг, Ф. Дюшофур).

Иная гипотеза гумификации была предложена в 30-х годах текущего столетия И.В. Тюриным. Он считал, что основной чертой гумификации являются реакции медленного биохимического окисления различных высокомолекулярных веществ, имеющих циклическое строение. К веществам, легко гумифицирующимся в почве, И.В. Тюрин относил белки растительного и микробного происхождения, лигнин, дубильные вещества.

Гипотеза И. В. Тюрина получила подтверждение и дальнейшее развитие в работах Л.Н. Александровой и ее сотрудников. Исследования показали, что гумификация является сложным био-физико-химическим процессом превращения высокомолекулярных промежуточных продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соединений  гумусовые кислоты. Гумификация  длительный процесс, в течение которого происходит постепенная ароматизация молекул гуминовых кислот не за счет конденсации, а путем частичного отщепления наименее устойчивой части макромолекулы новообразованных гуминовых кислот.

Гумификация развивается не только в почвах, но и на дне водоемов, в компостах, при формировании торфа, угля, т.е. везде, где накапливаются растительные остатки и создаются условия, благоприятные для жизнедеятельности микроорганизмов и развития этого процесса, очень широко распространенного в природе.

Условия, влияющие на процесс почвообразования и гумусообразования:

 

1. водно-воздушный и тепловой режимы почв,

2. состав и характер поступления растительных остатков,

3. видовой состав и интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов,

4. механический состав,

5. физико-химические свойства почвы.

 

В аэробных условиях при достаточном количестве влаги (60-80% полной влагоемкости), и благоприятной температуре (25-30°С) органические остатки разлагаются интенсивно, интенсивно идет минерализация промежуточных продуктов разложения и гумусовых веществ. В результате в почве накапливается мало гумуса и много элементов зольного и азотного питания растений (например, в сероземах и других почвах субтропиков).

Анаэробные условия тормозят процесс разложения и минерализации, активно идут процесс гумификации, в результате которых образуются устойчивые гумусовые вещества.

Гумусовые вещества возникают из белков, лигнина, дубильных вещества др. компонентов растительных, животных и микробных остатков.

На гумусообразование влияет химический состав разлагающихся органических остатков и видовой состав почвенных микроорганизмов, интенсивность их жизнедеятельности.

На гумусообразование влияет механический состав и физико-химические свойства почв:

1. в песчаных и супесчаных почвах  хорошая аэрация, быстрое разложение органических остатков и минерализация остатков и гуминовых веществ;

2. в глинистых и суглинистых почвах  процесс разложения органических остатков замедляется, гумусовых веществ образуется больше.

 

Лекция 2.

Тема: Радиоактивность почв.

План.

1. Естественная и искусственная радиоактивность почв.

2. Искусственная радиоактивность почв.

 

Радиоактивность почвы обусловлена содержанием в ней радиоактивных химических элементов. Различают естественную и искусственную радиоактивность почв.

Естественная радиоактивность вызывается естественными радиоактивными элементами.

Все естественные радиоактивные элементы делят на три группы:

1. Собственно радиоактивные элементы, все изученные изотопы которых радиоактивны. К ним относятся изотопы урана — радия, актиния и тория. Промежуточными - уран (238, 235U), торий (232Тh), радий (226Rа) и радон (222, 220Rп).

2. Изотопы «обычных» химических элементов, обладающие радиоактивными свойствами. К ним относятся калий (40К), рубидий (87Rb), самарий (147Sm), кальций (48Са), цирконий (96Zr) и др.

3. Радиоактивные изотопы, образующиеся в атмосфере под действием космических лучей, например тритий (3Н), бериллий (7Ве, 10Ве) и углерод (14С).

Естественная радиоактивность почв зависит главным образом от содержания урана, радия, тория и радиоактивного изотопа калия (40K). Их энергия излучения составляет около 98% суммарной энергии излучения всех природных радиоактивных элементов.

Валовое содержание радиоактивных элементов в почвах зависит в основном от почвообразующих пород.

Искусственная радиоактивность почв вызывается радиоактивными изотопами, которые образуются в результате атомных и термоядерных взрывов или являются отходами атомной промышленности.

Искусственные радиоизотопы, включаясь в биологический круговорот веществ, попадают через растительную и животную пищу в организм человека, накапливаются в костях и других тканях, вызывая радиоактивное облучение.

Наибольшую опасность в биологическом отношении представляют изотопы стронция (90Sr) и цезия (137Сs). Они представляют наибольшую опасность для человека из-за большого периода полураспада (28 лет у 90Sr и 33 года у 137Сs), высокой энергии излучения (оба они β-излучатели, а 137Сs, кроме того, и γ-излучатель), способности легко включаться в биологический круговорот и попадать в организм человека.