Материал: Химия Почв рефер

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ –

МСХА имени К.А.Тимирязева»

(ФГБОУ ВО РГАУ – МСХА имени К.А.Тимирязева)

Кафедра почвоведения, геологии и ландшафтоведения

Реферат

по дисциплине: Химия почв

на тему: «Сульфатное засоление»

Выполнила:

студентка 301 группы

факультета ПАЭ

Проверил Савич В. И.

Москва 2017

Оглавление

Введение 3

Классификация засоления 4

Растения засолённых почв 6

Влияние засоления на физиологические процессы 10

Методы борьбы с засолением почвы и повышения солеустойчивости растений 17

 Заключение 20

Список используемой литературы 22

22

Введение

Засоленные почвы широко распространены во многих странах мира. Они занимают около 25% поверхности суши, включая половину всех орошаемых земель, причем площади засоленных территорий постепенно увеличивается.

В районах недостаточного увлажнения вода, выпадающая в виде осадков, не вымывает из почвы всех образующихся при выветривании минеральных солей, что приводит к обогащению ими почвы. Особенно много солей накапливается в понижениях, куда стекают дождевые воды, оставляющие при испарении растворенные в них вещества. По берегам морей в почве также имеется избыток солей. Еще большее скопление солей в солончаках делает их совершенно непригодными для культурных растений.

В наше время во всех орошаемых районах мира почва становится более соленой. Поскольку в условиях сухого климата фактически вся поливная вода испаряется, засоленность почвы увеличивается, несмотря даже на то, что оросительная вода обычно содержит лишь незначительное количество солей. Соли остаются в почве. Их количество медленно возрастает и, наконец, достигает концентрации, при которой начинается повреждение растений. В это время нужно или прекратить использовать почвы для выращивания сельскохозяйственных растений, или промыть их большим количеством воды для удаления солей.

Однако большие количества воды для промывания почвы в орошаемых зонах часто недоступны. Кроме того, неумелое орошение и внесение повышенных доз минеральных удобрений часто приводит к засолению. В связи с этим вопрос о солеустойчивости растений становится все более актуальным.

Классификация засоления

Классификация почв по степени засоления- это подразделение почв по содержанию легкорастворимых солей в профиле в целом или в корнеобитаемом слое на слабо, средне, сильно и очень сильно засоленные. Количественные показатели степени засоления для разных типов засоления различны.

Засоленные почвы классифицируют по химизму, по степени и генезису за­соления, по глубине залегания солевых горизонтов.

Существуют разные типы засоления, различающиеся по химизму: хлоридное (NaCl), сульфатное (Na₂SO₄), карбонатное (NaHCO₃) и смешанное. Преобладающим катионом в таких почвах является натрий, но встречаются также карбонатно-магниевое и хлоридно-магниевое засоление. Высокая концентрация солей в почвах не только затрудняет поступление воды, но может прямо повреждать растения и даже нарушать структуру почвы, снижая ее пористость и ухудшая водопоглотительные свойства. Во влажных районах преобладает хлоридное засоление, в степях и пустынях – сульфатное и карбонатное.

Химизм засоления определяется составом анионов и ка­тионов. В наименование типа засоления включают те анионы, содержание которых превышает 20% суммы анионов. Преобладающий анион в названии ставят на последнее место. Содержание анионов СО3 в расчет не включается, так как С03 входит в общую щелочность.

По генезису засоление почвы делят на реликтовое (остаток прошлых эпох) и современное соленакопление.

По степени засоления различают практически незасоленные, слабозасоленные, среднезасоленные почвы и солончаки (табл.1) [1].

Рассматривая преимущества и недостатки оценки засоления почв по результатам анализа почвенных растворов, Н. Г. Минашина и Г. К. Гаврилова отмечают: 1) выделение почвенных растворов трудоемко, требует высокой квалификации аналитика; 2) свойства почвенных растворов динамичны, концентрация солей меняется в зависимости от влажности почв, концентрации С02, атмосферного давления, температуры почвы, биохимических реакций и пр.; 3) соли, находящиеся в твердых фазах почв, не извлекаются полностью при выделении почвенных растворов.

Таблица 1 - Способность культурных растений выдерживать засоление

Значительное количество легкорастворимых солей может образоваться при извержении вулканов.

Причиной накопления солей может быть и ветер, дующий с моря на сушу и захватывающий капельки воды с высокой концентрацией солей, то есть импульверизация. Возможен эоловый перенос солей с поверхности солончаков на незаселенные территории, а также биологический путь их накопления. Корни солянок достигают соленосных горизонтов, транспортируя соли к поверхности. После отмирания и минерализации надземных частей растений соли накапливаются в поверхностных горизонтах (иногда до 110 кг солей на 1 га за год).

Для подгорных шлейфов характерно намывное засоление поверхностными склоновыми водами, размывающими выходы соленосных пород. В поймах и дельтах рек отмечается пульсирующее засоление, то есть после весеннего паводка происходит вымывание и смывание солей, а в жаркое лето соли подтягиваются к поверхности, засоляя почвы.

В районах орошаемого земледелия значительные площади заняты вторично засоленными почвами вследствие бездренажного орошения, больших потерь на фильтрацию на полях, строительства оросительных каналов без гидроизоляции, применения для орошения минерализованной воды.

Растения засолённых почв

Засоление наносит больший вред сельскому хозяйству, чем засуха и морозы, так как действует постоянно, а не периодически. Из-за засоленности почв ежегодно теряются миллионы тонн сельскохозяйственной продукции.

Засоление почв губительно для растительности. Ряд сельскохозяйственных культур отличается устойчивостью к засолению при сравнительно невысокой концентрации солей.

Растения, приспособленные к существованию в условиях избыточного засоления, называют галофитами (от греч. «galos» — соль, «phyton» — растение). Это солеустойчивые растения, произрастающие на различных почвах по берегам соленых озер и морей, и особенно на засоленных почвах в степных и пустынных областях. Они отличаются от гликофтов — растений незасоленных водоемов и почв — рядом анатомических особенностей и особенностей обмена веществ. Галофиты защищаются от избыточной концентрации солей тремя основными способами: 1) поглощением большого количества солей и концентрированием их в вакуолярном соке, что приводит к созданию высокого осмотического давления; 2) выведением поглощаемых солей из клеток вместе с водой с помощью специализированных солевых желёзок и удалением избытка солей с опавшими листьями; 3) ограниченным поглощением солей клетками корней 2.

По мнению ученых, высокая солеустойчивость галофитов может быть связана с рядом защитно-приспособительных физиологических особенностей клеток (высокая обводненность цито плазмы, способность связывать токсические соли органическими веществами клетки и т. д.) 3.

Все галофиты можно разделить на три группы:

1) Настоящие галофиты (эвгалофиты) — наиболее солеустойчивые растения, накапливающие в вакуолях значительные концентрации солей. Некоторые солянки накапливают до 7 % солей от массы клеточного сока, в результате чего водный потенциал клеток сильно уменьшается и вода поступает в них даже из засоленной почвы. Соль накапливается в вакуолях, поэтому ее высокое содержание не влияет на цитоплазматические ферменты. К этой группе относятся преимущественно солянки (семейство маревых или лебедевых - Chenopodiaceae), растущие на мокрых солончаках, по берегам морей, соленых озер. Примерами таких растений могут служить солерос, сведа морская, сарсазан, некоторые виды тамарикса и др.

2) Солевыделяющие галофиты (криптогалофиты), поглощая соли, они не накапливают их внутри тканей, а выводят из клеток с помощью секреторных желёзок (гидатод), расположенных на листьях. Солевыделяющие галофиты освобождаются от поступающих солей за счет выделения ионов против градиента концентрации. Эти функции выполняют мембраны специализированных клеток. Они поддерживают концентрацию натрия и хлора в цитозоле на низком уровне.

У видов лебеды поглощенные соли с транспирационным током доставляются сначала по сосудам, а потом по симпласту в живые пузыревидные клетки – трихомы, имеющиеся в эпидерме стеблей и листьев. В пузыревидной клетке ионы секретируются в крупную центральную вакуоль. Когда солей становится много, трихомы лопаются, и соль выходит на поверхность листа или стебля. На месте лопнувших образуются новые клетки. Поскольку от мезофилла до пузыревидных клеток имеется значительный градиент концентрации солей, перенос ионов в их вакуоли является активным процессом, т.е. требующим затраты энергии.

У видов тамарикса (гребенщик) имеются железки, которые секретируют соль наружу. Такая железка представляет собой комплекс из 8 клеток, из которых 6 являются секреторными, а две – базальными, собирательными. Из клеток мезофилла соль поступает в железку через собирательные клетки и движется по железке от клетки к клетке по плазмодесмам. Она накапливается в везикулах, которые потом сливаются с плазмалеммой. В результате соль выходит сначала в клеточную стенку, а потом через поры наружу. В сухую погоду растение покрывается сплошным слоем выделившихся из их клеток солей, часть которых сдувается ветром, часть смывается дождями.

К этой группе галофитов относятся распространенные в степях и пустынях виды лебеды, кермеков и гониолимона, тамарикс и другие растения.

3) Соленепроницаемые галофиты (гликогалофиты) приспосабливаются к произрастанию на за соленных почвах благодаря накоплению в тканях органических веществ. Накопление солей в клетках так же опасно, как и для гликофитов. Высокое осмотическое давление в их клетках поддерживается за счет продуктов фотосинтеза, а не минеральными соля ми. Клетки этих растений малопроницаемы для солей.

Низкий водный потенциал в клетках корней, необходимый для поступления воды из засоленного почвенного раствора, создается благодаря накоплению в клетках сахаров, свободных аминокислот и других совместимых осмолитов. Осмотический потенциал в клетках этих растений иногда достигает очень низких значений. Так, своеобразным чемпионом в этом отношении является лебеда скученнолистная, растущая в штате Аризона. Для растений этой группы характерна высокая степень интенсивности фотосинтеза – как обязательное условие для накопления сахаров. Представители этой группы: полынь соляная, кохии.

Эволюция этих растений привела к тому, что данные факторы стали для них необходимыми условиями существования. У большинства галофитов семена прорастают при пониженной концентрации солей, затем проростки постепенно приспосабливаются к засолению, а для взрослых растений высокое содержание солей в почве является обязательным условием их развития.

Поскольку галофитам трудно получать воду из засоленной почвы, они стремятся сохранить уже имеющуюся, уменьшая транспирацию с помощью толстой кутикулы, погруженных устьиц, водозапасающей ткани в листьях, т.е. они обладают некоторыми признаками ксерофитов.

Влияние засоления на физиологические процессы

Некоторые соли лишь обезвоживают протопласт клетки, другие вызывают ряд токсических эффектов (табл.2). Это свидетельство того, что жизнедеятельность клеток зависит от ионов [4].

Таблица 2 - Причины вредного влияния солей

Засоление приводит к созданию в почве низкого водного потенциала, поэтому поступление воды в растение сильно затруднено. Важнейшей стороной вредного влияния солей является также нарушение процессов обмена. Работами физиолога Б. П. Строганова показано, что под влиянием солей в растениях нарушается азотный обмен, что приводит к интенсивному распаду белков, в результате происходит накопление промежуточных продуктов обмена веществ, токсически действующих на растение, таких как аммиак и другие, резко ядовитые продукты. В условиях засоления отмечено образование таких токсичных продуктов, как кадаверин и путресцин, являющихся аналогами трупного яда 5. На фоне сульфатного засоления накапливаются продукты окисления серосодержащих аминокислот (сульфоксиды и сульфоны), которые также являются ядовитыми для растений. Повышенная концентрация солей, особенно хлористых, может действовать как разобщитель процессов окисления и фосфорилирования и тем самым нарушать снабжение растений макроэргическими фосфорными соединениями. Под влиянием солей происходят нарушения ультраструктуры клеток, в частности изменения в структуре хлоропластов, происходит набухание гранул и ламелл у хлоропластов 6.

Наиболее устойчивыми к солям являются митохондрии. Однако солевой стресс может способствовать их набуханию, что сопровождается разобщением окислительного фосфорилирования и нарушением проницаемости мембран. Нарушение сопряженности окисления с фосфорилированием, в свою очередь, лишает растительный организм механизма аккумулирования энергии. При этом опасным для растительной клетки является то, что АТФ-азная активность переноса энергии меняет свое направление и из поставщика АТФ превращается в его потребителя. Таким образом, в растительном организме наступает «энергетический голод». Особенно это проявляется при хлоридном засолении.

Показано неблагоприятное влияние ионов в повышенных концентрациях на число делящихся клеток в меристеме и их размеры, отмечено увеличение времени митотического цикла и метафазы.

Вредное влияние высокой концентрации солей связано с повреждением поверхностных слоев цитоплазмы, вследствие чего возрастает ее проницаемость, теряется способность к избирательному накоплению веществ. Соли поступают в клетки пассивно вместе с транспирационнным током воды. Поскольку в большинстве случаев засоленные почвы располагаются в районах, характеризующихся высокой летней температурой, интенсивность транспирации у растений очень высокая. В результате солей поступает много, и это усиливает повреждение растений.

Надо учесть также, что на засоленных почвах большая концентрация натрия препятствует накоплению других катионов, в том числе и таких необходимых для жизни растения, как калий и кальций.

Снижение продуктивности растений в условиях хлоридного засоления определяется угнетением их роста, который является интегральной характеристикой реакции растений на изменение окружающей среды. Степень угнетения растений и снижения биомассы находится в прямой коррелятивной зависимости or концентрации соли в субстрате и продолжительности засоления. Некоторые авторы утверждают, что главной причиной замедления ростa растений в условиях засоления следует считать не прямое влияние избытка солей в их тканях, а ослабление способности корней поставлять в побеги необходимые для их роста продукты метаболизма. В частности, подчеркивается, что угнетение роста растений в начале онтогенеза является следствием торможения поступления и превращения отдельных элементов минерального питания 7.