Экологические проблемы использования почв Белгородской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экологические проблемы использования почв Белгородской области

1. Литературный обзор

1.1 География почв

Общая площадь территории Белгородской области составляет 2713,4 тыс. га и входит в состав лесостепной и степной почвенных зон. Лесостепная зона (около 75% площади области) представлена наиболее плодородными почвами - черноземами типичными, выщелоченными и серыми лесостепными почвами, а в степной зоне - черноземами обыкновенными, карбонатными, остаточно-карбонатными (меловыми) и солонцеватыми. Как в лесостепной почвенной зоне, так и в степной, встречаются черноземно-луговые, пойменные луговые, болотные и балочные почвы.

Почва образовалась в результате взаимодействия природных факторов - почвообразующих пород, рельефа, климата, растительности, возраста, а также антропогенного фактора - хозяйственной деятельности человека.

Наиболее распространенными почвообразующими породами на территории области являются лессовидные суглинки и глины (2202,6 тыс. га), гораздо меньше покровных и палеогеннеогеновых глин (97 тыс. га), элювия мела (97,6 тыс. га), аллювиальных и делювиальных отложений (249 тыс. га), песков и супесей (59,9 тыс. га).

Рельеф области представлен южными и юго-западными отрогами Среднерусской возвышенности, где преобладает склоновый тип местности. Климат области умеренно-континентальный с теплым летом и сравнительно холодной зимой - среднегодовая температура воздуха составляет +5,9 °С, а годовое количество осадков колеблется в пределах 467-540 мм. Растительный покров природных зон области разнообразен и представлен травяным и лесным сообществами (естественные леса занимают 10,4% всей площади). Под травянистой растительностью сформировались черноземы, а древесной - серые лесостепные почвы. В настоящее время распаханность территории области очень высокая и составляет свыше 60% общей площади. Началом формирования почв на территории области можно считать период древнего голоцена - послеледниковое время (около 10-12 тыс. лет назад). Хозяйственная деятельность человека сказывается на формировании почв при распашке, уничтожении естественной растительности и замене ее культурной, применении удобрений, ядохимикатов, химической мелиорации, орошения, осушения и т.п.

В настоящее время вся территория Белгородской области обеспечена почвенным обследованием: каждое хозяйство имеет почвенные карты масштаба 1: 10 000, составлены почвенная карта области в масштабе 1: 200 000, карты эрозии, агроландшафтов, агроэкологического состояния почвенного покрова, кадастровой оценки и почвенно-эрозионного районирования.

Распространенными почвами на территории Белгородчины являются черноземы (типичные, выщелоченные, обыкновенные, оподзоленные), которые являются наиболее плодородными почвами области, их площадь составляет 1763,2 тыс. га (65,1% всей площади области), меньше серых и темно-серых лесостепных почв - 328,5 тыс. га (12,1%), балочных - 435,9 тыс. га (16,0%), луговых и лугово-болотных - 129,9 тыс. га (4,8%), лугово-черноземных - 34,6 тыс. га (1,3%), солонцов и песков по 4,4 тыс. га (0,2%). Всего на территории области выделено около 320 разновидностей почв.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Почвенная карта (с указанием почвенных разрезов)

1.2 Морфогенетические особенности почв

Почва. Это природное образование, состоящее из почвенных горизонтов, формирующихся в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под воздействием воды, воздуха и живых организмов.

Химический состав почвы. Почву образуют разнообразные по составу минеральные и органические вещества. При изучении химического состава почвы определяют следующие 11 элементов: Si, Al, Fе, Ca, Мg, К, Na, S, Т, Ti и Mn. Анализ данных химического состава позволяет установить общее содержание в почве того или иного элемента, степень обогащения им почвы и определить характер изменения его содержания с глубиной, а следовательно, установить направленность почвообразовательного процесса.

Для питания растений необходимы следующие элементы: N, Р, Ca, Mg, S и Fe. Часть из них присутствует в почве в большом, другая - в незначительном количестве. Чаще всего растения испытывают недостаток в азоте, фосфоре и калии. Содержание тех или иных элементов в почве различно и зависит от условий образования и свойств почвы. Так, черноземы содержат 0,4…0,5% N, 0,2…0,3% P2O5 0,1…0,3% SO3, в то время как в дерново-подзолистых почвах количество азота не превышает 0,1… 0,2%, фосфора - 0,1…0,3% и т.д. Степень обеспеченности почвы питательными веществами зависит не только от их содержания в почве, но и от формы химических соединений, в которых они находятся, так как доступность тех или иных соединений для растений различна.

Физические свойства почвы. К ним относятся плотность твердой фазы, объемная масса и пористость.

Плотность твердой фазы - это отношение массы почвы к массе равного объема воды. Плотность твердой фазы зависит от минералогического состава почвы и содержания в ней органического вещества. Плотностью сложения почвы называется единица объема сухой почвы в естественном (ненарушенном) сложений.

Объемная масса почвы - это масса 1 см? абсолютно сухой почвы в граммах при естественном сложении. Чем меньше объемная масса, тем богаче может быть почва водой и воздухом.

Пористостью (скважностью) почвы называют общий объем всех пор в почве, выраженный в процентах к ее общему объему.

Твердая часть почвы состоит из минеральных и органических веществ.

Минеральные вещества почвы. Они представляют собой измельченную в разной степени материнскую почвообразующую породу, на долю которой приходится 80… 97% всей твердой части. В результате выветривания в почвообразующей породе образуются простейшие соединения, легкорастворимые в воде. Минеральная часть почвы состоит из песка, пыли и глины. Все механические частицы размером от 0,01 до 1 мм называют песком, а менёе 0,01 мм - глиной. Соотношение в почвах частиц крупнее и мельче 0,01 мм характеризует их гранулометрический состав, который оказывает большое влияние на их свойства.

По механическому составу почвы подразделяют на песчаные связные (содержание глины 5…10%), супесчаные (глины 10…25%), легкосуглинистые (глины 20…40%), среднесуглинистые (глины 40…55%), легко - и тяжелоглинистые (глины 60…97%). Песчаные и супесчаные почвы называют легкими, так как они легко поддаются обработке, а суглинистые и глинистые - тяжелыми, так как их обработка связана с большими энергетическими затратами. Легкие почвы - рыхлые, хорошо пропускают влагу и воздух, весной быстро прогреваются. Но они плохо удерживают воду, бедны элементами питания. Тяжелые почвы - плотные, плохо пропускают влагу и воздух. Вода в них может застаиваться, а почва заболачиваться. Весной тяжелые почвы прогреваются медленно, поэтому их обработку начинают позднее. Содержание элементов питания в них выше, чем в песчаных и супесчаных почвах.

В твердую часть почвы входит также перегной, в котором содержатся многие элементы питания растений, но в недоступной для них форме. Под воздействием микроорганизмов медленно происходит переход их в доступную форму. Содержание перегноя в верхнем горизонте почв неодинаково и обычно колеблется от 1 до 5%, но иногда достигает и 15%. Чем больше перегноя в почве, тем она плодороднее.

Надо отметить, что в некоторых почвах содержание в твердой части минеральных веществ небольшое (15…20%). Это болотные или торфяные почвы, содержащие большие массы неразложившихся или полуразложившихся растительных остатков, пропитанных перегноем и обычно избыточно увлажненных. После осушения болотные почвы используют в сельском хозяйстве.

Жидкая часть почвы. Это вода и растворенные в ней вещества и соединения, образующие почвенный раствор, из которого растения получают необходимые элементы питания. Содержание воды в почвах может колебаться от десятых долей процента до 40…60%, что зависит от гранулометрического состава почвы и количества перегноя.

Газообразная часть. Это почвенный воздух, который заполняет все поры и пустоты почвы. Почвенный воздух отличается от атмосферного меньшим содержанием кислорода и большим диоксида углерода, который выделяют разлагающиеся растительные остатки и живые организмы при, дыхании, В почвенном воздухе обычно встречаются аммиак, иногда метан и другие газы. Чем влажнее почва, тем меньше в ней воздуха, так как вода вытесняет его из почвенных пор. Для нормального роста и развития растений содержание воздуха в почве не должно быть ниже 10… 15% ее объема.

Живая часть почвы. Она состоит из микроорганизмов, червей, личинок, насекомых и др. В каждом килограмме почвы находятся миллионы различных микроорганизмов. Они сосредоточиваются у корней растений, где добывают себе пищу из отмерших частей корней и создают новые органические вещества.

Состав почвы постоянно трансформируется под воздействием воды, тепла и живых организмов, при этом происходят изменения в ее физических свойствах и химическом составе. Кроме того, преобразовывает почву и человек, обрабатывая, удобряя и эксплуатируя ее.

Водные свойства почвы. Влагоемкостью называют количество воды, которое почва может удерживать в себе. Вычисляют влагоемкость (% к сухой почве) по формуле:

W= P/ V,

где P - пористость, % объема почвы;

V - плотность сложения, г/см?.

Влажностью называется общее количество воды, содержащееся в почве. Влажность - непостоянная величина и в одной и той же почве может колебаться от полной влагоемкости в дождливое время года до ничтожно малых величин в период засухи.

Водопроницаемостью почвы называется ее способность впитывать и фильтровать воду.

Воздушные свойства почвы. К ним относятся воздухоемкость и воздухопроницаемость.

Воздухоемкость - способность почвы содержать то или иное количество, воздуха.

Воздухопроницаемость - способность почвы пропускать через себя воздух. Она зависит от гранулометрического состава и структуры почвы. В целом количество воздуха в почве может колебаться от 0 до 40% объема почвы.

Тепловые свойства почвы. Основной источник теплоты для прогревания почвы - энергия Солнца, количество которой определяется географическим положением местности.

Теплоемкость - это количество теплоты в джоулях, которое необходимо для нагревания 1 г (массовая теплоемкость) или 1 см? (объемная теплоемкость) почвы на 1 °С. Она сильно колеблется не только от соотношения твердой, жидкой и газообразной фаз, но и от состава этих фаз. С увеличением влажности почвы теплоемкость быстро возрастает, поэтому песчаные легко пересыхающие почвы быстрее прогреваются («теплые» почвы), чем влажные глинистые («холодные» почвы).

Теплопроводность - способность почвы проводить теплоту от теплых слоев к холодным. Поэтому сухие и плотные почвы быстро проводят тепло, но и быстро его теряют, чего можно избежать, если верхний слой почвы взрыхлить (боронование, шлейфование и т.п.). Рыхлые, переувлажненные и богатые органическим веществом почвы медленно прогреваются, но дольше сохраняют тепло.

Притекающая к поверхности солнечная энергия не вся поглощается почвой (теплопоглощение), а часть ее отражается в пространстве и теряется безвозвратно.

Плодородие почвы. Это ее способность удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством воздуха, тепла и питательными веществами, необходимыми для нормальной жизнедеятельности.

Различают естественное (потенциальное) и эффективное (искусственное) плодородие почвы.

При правильном использовании и охране почв их плодородие повышается - происходит воспроизводство, плодородия. Интенсивное земледелие предполагает расширенное воспроизводство плодородия почв, что особенно важно, для почв с низким естественным плодородием. [2]

1.3 Структурное состояние и физическая характеристика почв

Почва характеризуется многими показателями и в первую очередь внешними или морфологическими признаками (от гр. morphe - форма и logos - понятие, учение).

Как природное образование почва обладает внешними признаками, отличающими ее от других природных тел, в частности от горной породы, из которой она образовалась.

В процессе почвообразования складывается мощность почвы и формируется важнейший внешний признак - строение почвенных горизонтов - распределение по профилю сверху вниз слоев или почвенных горизонтов, различающихся между собой по структуре, физическому и химическому составу, цвету и другим показателям Почвенные горизонты обозначают заглавными буквами латинского алфавита с индексами или без них. В почвах могут выделяться следующие горизонты. (рис. 2)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема строения различных почв: 1 - слаборазвитая почва на коренных твердых породах; 2 - слаборазвитая почва на рыхлых песчаных породах; 3 - развитая почва под степной растительностью; 4 - развитая почва под лесной растительноcтью

Ао - лесная подстилка, образующаяся на поверхности почвы и состоящая из неразложившихся или полуразложившихся травянистых растений и опавших лесных растительных остатков (листьев, хвои, веточек, кусочков коры и т.д.). Мощность этого слоя колеблется от 1… 2 до 15… 20 см;

А1 - перегнойный, или гумусовый, горизонт, который характеризуется накоплением органического вещества в виде перегноя. Этот слой самый темный, его цвет зависит от накапливающегося в нем перегноя. Мощность перегнойного горизонта обычно колеблется он нескольких сантиметров до 1 м и более в зависимости от вида почв;

А2 - влагопроницаемый, или элювиальный (от лат. eluere - вымывать, смывать), горизонт слой интенсивного разрушения минеральной части почвы, образующийся при вымывании продуктов разрушения. Органические остатки в этом слое не накапливаются. Этот слой имеет более светлую, белесую окраску, напоминающую цветом золу;

В-накопительный, или аллювиальный (от лат. alluvio - нанос), горизонт или слой вымывания, в котором осаждаются соединения, вымытые из верхних горизонтов. Этот слой более плотный и через него труднее просачивается вода. В нем накапливаются железо и алюминий, вымываемые из верхних горизонтов, поэтому этот горизонт нередко имеет красновато-бурую окраску. Мощность его в разных почвах колеблется от 5… 10 см до 1…1,5 м;

C - материнская порода, слабо измененная почвообразовательным процессом. В этом горизонте совсем нет перегноя, но содержатся соли: углекислый кальций, гипс и др. Мощность этого горизонта бывает различной.

В некоторых типах почв выделяют свои, только им присущие горизонты. Например, для болотных почв характерен глеевый (от англ. glade - болотистый участок) горизонт G. Он формируется в анаэробных условиях, т.е. при отсутствии доступа воздуха (от гр. anaerbios - где an - отрицание + aer - воздух + bios - жизнь), поэтому этот слой характеризуется большим количеством закисных форм железа.

Необходимо пояснить, что некоторых горизонтов в той или иной почве может и не быть.

Мощность и степень выраженности горизонта в различных почвах зависят от характера почвообразовательного процесса и степени его развития.

На всех почвах, которые обрабатывают почвообрабатывающими машинами, выделяют пахотный горизонт - Amax. По мощности он может быть равен горизонту А1 или меньше его. [3]

1.4 Агрохимическое состояние почв

Известно, что почва образуется в результате длительных процессов изменения материнской (почвообразующей) породы и содержит продукты выветривания этих пород, а также продукты разложения растительных и животных организмов. Такое сочетание продуктов выветривания и продуктов разложения образует чрезвычайно сложный химический состав и большое многообразие содержащихся в почве химических элементов.

В составе почвы обнаружены почти все известные химические элементы, но практический интерес представляют лишь немногие из них, необходимые для питания растений.

В основном в состав почв входят следующие элементы (в% к валовому количеству): кислород (содержится преимущественно в органическом веществе) - 55; кремний (значительная часть в кварце) - 20; углерод (в гумусе, органических остатках) - 2; водород (больше в гумусе) - 5; азот (в основном в гумусе) -0,1; фосфор (в гумусе, в минеральной части) - 0,08; сера (в гумусе) - 0,04; железо - 2; кальций - 2; магний - 0,6; калий - 1; натрий - 1.

При возделывании сельскохозяйственных культур необходимо знать не только содержание основных элементов питания в почвах, но и в каких соединениях они присутствуют, содержатся ли они в доступной для растений форме. Все эти вопросы изучает наука агрохимия, которая вооружает земледельца необходимыми знаниями.

Агрохимический состав почв очень разнообразен. Он зависит, прежде всего, от естественного плодородия почв, т.е. от зоны, в которой находится данная почва (зональный тип почв).

Почвы далеко не равноценны по плодородию, и агрохимический состав их очень различен. К примеру, общее содержание основных элементов азота, фосфора и калия в пахотном слое дерново-подзолистых почв в среднем составляет (в процентах): азота - 0,04 - 0,13, фосфора (в окислах) -0,02-0,15, калия (в окислах) -0,5-2,5, а в низинных торфах с травяной растительностью количество азота в десятки раз, фосфора в 2-5 раз больше, а калия в несколько раз меньше. Резко отличается содержание азота, фосфора и калия в почвах с разным механическим составом: например, в глинистых почвах, как правило, больше азота, чем в легкосуглинистых, а последние богаче песчаных. Это различие усиливается под влиянием естественной растительности.

Под хвойным лесом почвы бедны азотом, а в лиственных лесах, наоборот, содержание последнего выше, особенно если в них растет ольха, на корнях которой обитают клубеньковые бактерии, фиксирующие азот. Почвы смешанных лесов имеют более высокий общий запас азота в слое 30 и 50 см. В почвах болотного типа с низинным торфом количество азота, как это указывалось раньше, во много раз больше, чем в минеральных почвах.

Общие запасы питательных веществ в почве достаточно высоки. Чтобы иметь об этом представление, для наглядности произведем следующий расчет.

Обрабатываемый слой почвы в 30 см на площади 1 тыс. м? имеет вес 300 тыс. кг. В этом слое дерново-подзолистые почвы содержат: азота - до 390 кг, фосфора - до 450, калия - до 7500 кг. Еще больший запас питательных веществ содержится в корнеобитаемом слое. Необходимо иметь в виду, что корневая система овощных культур, например томатов, проникает за пределы 30-сантиметрового слоя. Для того чтобы оценить, насколько велики эти запасы, можно привести количество питательных веществ, которое выносят из почвы растения при получении средних урожаев. Так, например, растение томата при урожае 6 кг/м? выносит в среднем с площади 1 тыс. м?: азота - 19 кг, фосфора - 2,8 кг, калия - 30 кг. Таким образом, казалось бы, что в обрабатываемом слое почвы запасы питательных веществ обеспечат на многие десятилетия потребности выращиваемых культур.

Однако в действительности дело обстоит далеко не так. Получить хороший урожай только за счет естественных запасов почвы, не пополняя их за счет удобрений, практически невозможно, тем более на вновь осваиваемых почвах. Это объясняется прежде всего тем, что основная масса питательных веществ почвы находится в форме запасов, недоступных для использования растениями. Легкодоступных питательных веществ в десятки и сотни раз меньше, чем их общие запасы.

В почве идут непрерывные физико-химические и биологические процессы перевода ряда питательных веществ в недоступные или малодоступные для растений формы, идет вымывание питательных веществ атмосферными осадками, и при поливах происходит улетучивание азота за счет денитрификации и т.д. Азот содержится преимущественно в органической части, калий - в минеральной, а фосфор - и в органической и в минеральной частях. Органические соединения почвы доступны растениям в ничтожно малых количествах, для их использования на урожай они должны предварительно подвергнуться минерализации, т.е. разложению до простых солей или других форм, доступных растению.

Они либо закреплены в кристаллической решетке минералов, либо находятся в виде нерастворимых или слаборастворимых окислов и солей. Практически растениям доступны только те элементы, которые находятся в форме водорастворимых соединений или в форме соединений, растворимых в слабых кислотах, а также в поглощенном почвенными коллоидами состоянии.

К труднорастворимым минералам и солям относятся различные соединения кремния, алюминия, фосфорнокислое железо, фосфорит, углекислый кальций и магний и др.

2. Экологические последствия деградации почв

Современное состояние почв Белгородской области характеризуется проявлением деградации, которая может привести к потере способности выполнять ресурсо- и средовоспроизводящие функции. К сожалению, на территории области проявляется целая серия явлений деградации, связанных с различными нарушениями почвенного покрова и процессов, происходящих в них. Вот некоторые из них:

2.1 Причины уменьшения запасов гумуса

В Белгородской области одним из факторов, определяющими снижение содержания органического вещества в почве, являются отрицательный баланс гумуса.

Для поддержания бездефицитного баланса гумуса необходимо вносить в зернопропашных севооборотах 6-10 т подстилочного навоза на гектар пашни. В 2000-2004 гг. органических удобрений было внесено в среднем 1,2 т/га. Однако содержание органического вещества в почве наиболее интенсивно снижается в первые 10-15 лет после распашки из-за быстрого разложения лабильных форм, в дальнейшем этот процесс замедляется вследствие приближения к новому уровню равновесия. Подтверждением данному выводу служат данные агрохимического обследования за 2000-2004 гг., свидетельствующие о стабилизации содержания органического вещества в пахотном слое почв. Средневзвешенная величина данного показателя в VII цикле агрохимического обследования практически не изменилась по сравнению с предыдущими обследованиями и составила 4,9% (табл. 2).

В настоящее время наиболее хорошо обеспечены органическим веществом пахотные земли Ивнянского, Прохоровского и западная часть Губкинского районов на северо-западе области, Вейделевского и Ровеньского районов - на юго-востоке. На северо-западе области преобладают черноземы типичные и выщелоченные со средним содержанием органического вещества 5,3 -5,6%. На юго-востоке доминируют черноземы обыкновенные, где средневзвешенное содержание органического вещества составляет 5,2%. Бедны органическим веществом почвы пашни Старооскольского, Чернянского и Новооскольского районов, где распахано много серых лесных почв легкого гранулометрического состава. Средневзвешенное содержание органического вещества в пахотном слое почв этих районов составляет 4,1 - 4,9%. Центральные и восточные районы области занимают пахотные земли с содержанием органического вещества в пределах 4,9 - 5,1%. [5]

Таблица 2. Распределение пахотных почв Белгородской области по содержанию органического вещества, %

Циклы	Годы	Группировка почв по содержанию органического вещества, %	Средневзвешенное содержание, %
		очень низкое <2,0	низкое 2,1-4,0	среднее 4,1-6,0	повышенное 6,1-8,0	высокое 8,1-10,0	очень высокое >10,0
IV	1984-1989	1,4	16,6	67,1	14,8	0,1	-	4,9
V	1990-1994	1,2	19,5	70,6	8,6	0,1	-	4,8
VI	1995-1999	1,4	18,4	69,3	10,9	-	-	4,9
VII	2000-2004	1,05	17,2	74,7	7,05	-	-	4,9

2.2 Кислотность почв и ее причины

Продовольственная безопасность страны базируется на высокоэффективной системе земледелия, главным звеном которой является воспроизводство почвенного плодородия. Понятие плодородия почв и повышение урожайности тесно связано с регулированием кругооборота веществ в земледелии. Это особенно относится к такому важнейшему элементу, как кальций, который В.Р. Вильямс назвал «стражем» плодородия. В почве нет прочного механизма фиксации кальция, и этот элемент занимает первое место по миграции из корнеобитаемого слоя. Декальцирование черноземов является своеобразным «пусковым механизмом» их деградации. Недостаток кальция в почве обусловливает избыточную кислую среду для растений, снижение содержания и подвижности элементов питания, биологической активности почвы, уменьшение содержания гумуса, снижение (до 40 процентов) эффективности удобрений, ухудшение качества растениеводческой продукции. Сельскохозяйственное производство с устойчиво высокими урожаями культур ведет к резкому повышению расхода кальция и магния из почв. Этим и объясняется расширение площадей кислых почв.

За последние годы доля кислых почв в области увеличилась почти в два раза - с 22,9 до 41,9 процента. В результате чего недобор продукции растениеводства по самым скромным оценкам в пересчете на зерно составляет около 190 тыс. т/год.

Восполняются потери кальция в почве путем известкования. Наиболее высокие темпы известкования кислых почв были в 1984-1989 г. г. - 33 тыс. га/год. В настоящее время в области известкуется менее 2 тыс. га кислых почв в год. При современных объемах известкования доля кислых почв будет увеличиваться ежегодно на 1 - 2 процента.

В области 546 тыс. га кислых почв, для известкования которых потребуется около 2,5 млн. т карбоната кальция. В качестве известковых материалов целесообразнее всего использовать дефекат и мел.

В первую очередь предусматривается известкование сильнокислых, затем среднекислых и слабокислых почв. Наиболее выгодно начинать известкование с тех полей, где будут минимальные затраты на эту операцию. Очень эффективно проводить известкование вместе с внесением органических удобрений.

Важным фактором почвенного плодородия, оказывающим значительное влияние на формирование урожая сельскохозяйственных культур, является кислотность почв. На кислых почвах на 30 - 40 процентов уменьшается эффективность применения удобрений, в продукции интенсивно накапливаются радионуклиды и тяжелые металлы, ухудшается ее качество, снижается устойчивость агроценозов к неблагоприятным погодным условиям. В Российской Федерации более 20 млн. га пашни имеют кислую реакцию среды. Ежегодные потери урожая, обусловленные влиянием неблагоприятной кислотности почв на растения, оцениваются в пересчете на зерно в 10 - 12 млн. т.

В Центрально-Черноземных областях России, в частности в Белгородской области, одной из негативных тенденций современного земледелия является интенсивное подкисление черноземных почв. Долгое время считалось, что черноземы (выщелоченные и оподзоленные) в отличие от дерново-подзолистых почв не нуждаются в известковании. Однако материалы агрохимического обследования, многочисленных экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что в результате резко отрицательного баланса кальция и применения физиологически кислых удобрений увеличивается кислотность пахотных почв в Центрально-Черноземных областях.

Чрезмерное увеличение кислотности ухудшает состояние гумусного фонда почвы. Повышение подвижности гумуса вследствие возрастания его водорастворимой части является одним из негативных последствий этого процесса, так как приводит к обеднению органическим веществом пахотного слоя.

Экологическая роль кислотности определяется в первую очередь влиянием на доступность питательных веществ, развитие в почве микроорганизмов. В кислых почвах повышается растворимость соединений железа, марганца, алюминия, бора, меди, цинка. При избытке этих элементов продуктивность растений снижается.

Кислые почвы Белгородской области в основном представлены черноземами оподзоленными и выщелоченными, серыми и темно-серыми лесными почвами, которые преимущественно расположены в западных районах.

Степень кислотности зависит от многих факторов, но главным образом от климата, литологического состава почвообразующих пород, направления почвообразовательного процесса, степени эродированности и влияния хозяйственной деятельности человека.

Основная антропогенная причина увеличения кислотности пахотных почв в отрицательном балансе кальция. В почве нет прочного механизма фиксации кальция, и этот элемент занимает первое место по миграции из корнеобитаемого слоя. Недостаток кальция в почве обусловливает избыточную кислую среду для растений, снижение содержания и подвижности элементов питания, биологической активности почвы, уменьшение содержания гумуса, ухудшение физико-химических и физико-механических свойств почв. Сельскохозяйственное производство с устойчиво высокими урожаями культур ведет к резкому повышению расхода кальция и магния из почв. Этим и объясняется расширение площадей кислых почв, подлежащих известкованию.

Для обоснования изменения кислотности почв часто используют расчеты баланса кальция. Подобные расчеты, тем более проводимые для земледелия целой области, достаточно приблизительны и условны. Тем не менее они позволяют прогнозировать развитие ситуации. Можно выделить следующие основные статьи баланса кальция в земледелии Белгородской области.

Существенное влияние на подкисление почв оказывает применение физиологически кислых удобрений. Основным физиологически кислым удобрением, используемым в области, является аммиачная селитра. Для компенсации кислотности, вызываемой применением физиологически кислых удобрений, в 1984-1989 г. г. было необходимо вносить 40 кг/га окиси кальция, а в 2000-2004 г. г. только 15 кг/га.

Определенное влияние на подкисление почв вокруг индустриальных центров оказывает выпадение кислотных (pH 3 - 4) атмосферных осадков и серы (50 - 100 кг/га). Однако для условий Белгородской области эти факторы существенного значения не имеют.

Результаты лизиметрических опытов, которые проводились в основном в Нечерноземной зоне России и зарубежных странах, свидетельствуют об очень значительных (до 300 кг/га окиси кальция и более) потерях кальция с инфильтрационными водами. Подобных исследований в Белгородской области не проводилось, поэтому количественно оценить размеры вымывания кальция на черноземах довольно трудно. Однако данная статья расхода кальция является одной из основных для выщелоченных и оподзоленных черноземов, серых лесных почв, расположенных на водоразделах. Для эродированных почв, которых в области более половины, потери кальция в результате внутрипочвенной миграции минимальны.

Практически полное прекращение работ по известкованию кислых почв, существенное сокращение использования органических удобрений значительно ухудшило баланс кальция в современном земледелии, оказало большое негативное влияние на урожайность основных сельскохозяйственных культур, возделываемых в области (озимой пшеницы, ячменя, сахарной свеклы, кукурузы, подсолнечника), так как они чувствительны к повышенной кислотности. [6]

2.3 Техногенное загрязнение почв

Загрязнение почвенного покрова происходит практически при всех видах хозяйственной деятельности человека. Основными источниками загрязнения почв в Белгородской области являются промышленные отходы производства черных и цветных металлов, а также отходы химической промышленности и её продукция (органические химические соединения, продукты неорганической химии, ПАВ и др.

При производстве высокомолекулярных соединений источниками загрязнения почв являются мономеры, растворители, катализаторы, стабилизаторы, наполнители красители и т.д., а также непосредственно и сама продукция - лакокрасочные материалы (растворы смол или синтетических веществ в органических растворителях), пластмассы, резина, продукты переработки, в том числе химической, древесины и некоторые другие вещества.

Источниками загрязнений почв тяжелыми и цветными металлами являются комбинаты цветной металлургии, выбросы предприятий машиностроения и металлообработки, черной металлургии, химической и нефтехимической, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной, пищевой, строительных материалов, энергетики, топливной, производство красителей, чернил, стекла, резины, керамики, производство пигментов, защитных покрытий, аккумуляторов, сплавов и др.

Особо токсичное вещество - мышьяк попадает в почвы в результате внесения удобрений и обработки пестицидами и инсектицидами, а также при производстве пигментов, стекла, лекарств, инсектицидов, фунгицидов, редентицидов, дубильных веществ.

Общеизвестно о загрезнении почв химическими и биологическими препаратами (в т.ч. и удобрениями) используемыми в сельском хозяйстве.

2.4 Влияние орошения на почву

Орошение (ирригация) - подвод воды на поля, испытывающие недостаток влаги, и увеличение её запасов в корнеобитаемом слое почвы в целях увеличения плодородия почвы. Орошение, вместе с осушением, является основным видом мелиорации - гидротехническим. Орошение улучшает снабжение корней растений влагой и питательными веществами, снижает температуру приземного слоя воздуха и увеличивает его влажность.

Орошение относится к гидромелиорации, которая представляет собой ряд мер, направленных на долговременное улучшение водного режима почвы с целью повышения её урожайности. Гидромелиорация осуществляется путём строительства инженерных гидротехнических сооружений, с помощью которых осуществляется просчитанное изменение или регулирование водного режима территории. Если орошение требуется осуществлять в местности бедной водными запасами, то предварительно следует провести обводнение территории, так как постоянная транспортировка требуемых для орошения объёмов воды была бы чрезвычайно неэффективной и дорогостоящей. С помощью же обводнения обеспечивается поступление воды естественным ходом, что позволяет её использовать в дальнейшем непосредственно в оросительных системах.

Эффективным является использование орошения вместе с другими видами мелиорации, например, с агролесомелиорацией, которая включает в себя создания защитных лесополос и участков. При этом возможно достичь не только улучшения почвенных условий, но и изменения в лучшую сторону микроклиматических условий, когда улучшается местный влагооборот в целомя. В засушливых регионах только увлажнения почвы может быть недостаточно, так как при действии сухих ветров испарение с поверхности растений усиливается, и скорость подпитки из корневой системы может оказаться недостаточной, что приводит к увяданию. Также можно отметить такие виды мелиорации как опреснительные мелиорации, которые заключаются в выведении из почвы вредных солей, и тепловые мелиорации, когда полив культур производится тёплой водой.

Оросительные системы в общем случае состоят из нескольких компонентов:

Водоисточник - река, пруд, водохранилище, скважина, обеспечивающие требуемый объём воды

Водозаборное сооружение - регулирует забор воды в систему

Сеть линейных водопроводящих устройств - каналы, лотки, трубопроводы

Поливная сеть и устройства - непосредственно поливные полосы, борозды, чеки, ярусы, поливальные машины и устройства

Водосборно-сбросная сеть - для сбора и отвода поверхностного стока с участка

Дренажная сеть - для регуляции уровня подземных вод и отвода солей

Вспомогательные сооружения - для регулирования напора, расхода и объёма воды, очистные сооружения и пр.

Инфраструктура - дороги, лесополосы, сооружения энергоснабжения, производственные и жилые здания, пруды-накопители и пр.

Соответственно, можно выделить несколько типов оросительных систем в зависимости от применяемых компонентов. Например, если в качестве водозаборного сооружения используются насосные станции, то система является с механическим водоподъёмом, в отличие от самотечной системы. По типу открытости можно различить системы открытые, где используются каналы и лотки и закрытые, где используются трубопроводы. Также системы различаются по способу полива: поверхностного полива, дождевальные, рисовые, лиманного, капельного или внутрипочвенного орошения.

Изучение и прогнозирование свойств почвенной влаги является одной из важнейших задач в орошении, так как именно для её регулирования орошение и предназначено. К почвенной влаге относят влагу, содержащуюся в верхнем слое земли в пределах зоны аэрации. Ключевым параметром, характеризующим почвенную влагу, является её подвижность, в зависимости от величины которой почвенную влагу разделяют на кристаллизационную, твёрдую (лёд), парообразную, прочносвязанную, рыхлосвязанную и свободную. Задачей орошения является создание определённой влажности, которая бы обеспечивала максимальный урожай засеиваемой на данном участке сельскохозяйственной культуры. При этом выделяют несколько видов влажности почвы, что позволяет максимально точно рассчитывать её свойства:

Максимальная гигроскопичность позволяет оценить, сколько влаги может содержать почва прежде чем прекратится процесс впитывания

Наименьшая влагоёмкость показывает, сколько воды останется в почве, после того как стечёт вся гравитационная вода

Полная влагоёмкость определяет максимальное количество влаги, способное содержаться в почве

Влажность завядания - влажность, при которой прекращается процесс усвоения влаги из почвы определённым растением, соответственно, данная характеристика зависит не только от типа почвы, но и от сорта сельскохозяйственной культуры.

Скорость впитывания воды в почву можно определять по формуле:

, где

u - скорость впитывания, мм/мин.

- редукционный параметр

K - параметр, имеющий размерность скорости впитывания

t - время от начала впитывания

Проинтегрировав это выражение, можно получить слой впитавшейся влаги за время t

Для того чтобы не начался процесс ирригационной эрозии, требуется, чтобы вся поступающая влага впитывалась в почву.

Для оценки водоотдающих свойств тех или иных почв можно использовать коэффициент водоотдачи, который равен отношению объёма свободновытекающей из грунта воды к объёму этого грунта, выраженный в процентах. Значения коэффициента водоотдачи составляют от 0,01 для глин до 20 у мелкозернистых песков

К основным способам орошения относится:

ь полив по бороздам водой, подаваемой насосом или из оросительного канала;

ь разбрызгиванием воды из специально проложенных труб;

ь аэрозольное орошение - орошение мельчайшими каплями воды для регулирования температуры и влажности приземного слоя атмосферы;

ь подпочвенное (внутрипочвенное) орошение - орошение земель путем подачи воды непосредственно в корнеобитаемую зону;

ь лиманное орошение - глубокое одноразовое весеннее увлажнение почвы водами местного стока.

ь дождевание - орошение с использованием самоходных и несамоходных систем кругового или фронтального типа.

2.5 Переуплотнение почв

В условиях интенсивного ведения сельскохозяйственного производства значительно усиливается воздействие на почву ходовых систем сельскохозяйственных агрегатов. Чрезмерное уплотнение почвы, происходящее под интенсивным воздействием ходовых систем мощных тракторов, тяжелых сельскохозяйственных машин и транспортно-технических средств, стало серьезной угрозой плодородию почвы, приводит к её разрушению и является одной из причин развития эрозионных процессов. Неизменным спутником роста энергетической насыщенности машин является значительное увеличение их массы. Так, эксплуатационная масса трактора К-701 составляет 13,5 т, а посевного агрегата с ним и новой широкозахватных сеялкой СЗС-12, загруженной семенами более 25 т. Масса комбайна «Дон-1500» с заполненными бункерами составляет более 18 т.

Последствия уплотнения почвы:

1) при уплотнении увеличивается объемная масса и снижается пористость, что сдерживает развитие корневой системы (уменьшается общая масса и проникновение вглубь не только пахотного, но и подпахотного слоев), уменьшается влагообеспеченность растений;

2) происходит ухудшение водно-физических свойств почв, таких как влагоёмкость, пористость, скорость впитывания поливной воды, уменьшение водопроводимости, снижение нитрификационной способности;

3) снижается аэрация и биологические процессы;

4) усиливаются поверхностный сток воды и смыв мелкозема; в конечном итоге - снижение плодородия в среднем на 5-20%, а в редких случаях и более.

При разовых проходах тракторов по полю плотность почвы (чернозем типичный глубокий) может превысить 1,3-1,35 г./см? (верхняя граница оптимального уплотнения для большинства сельскохозяйственных культур), твердость - достичь допустимого предела (20 кг / см?), содержание воздуха в пахотном слое - снизиться ниже критического уровня (15%), а водопроницаемость почвы - уменьшиться до 40-30 мм / ч и ниже.

За период подготовки почвы до уборки урожая разнообразные машины проходят по полю 5-15 раз. Суммарная площадь следов ходовых систем нередко вдвое превышает площадь поля, а на поворотных полосах - в 6-20 раз. Вследствие этого резко ухудшаются такие важные для роста и развития растений свойства почвы, как плотность, твердость, воздухо- и водопроницаемость.

При взаимодействии грунтов с ходовыми системами мобильной техники (тракторов как базовых машин для бульдозеров, скреперов, грейдеров) почва деформируется. Степень этой деформации зависит от исходного ее состояния: плотности и влажности во время прохода техники, величины контактного давления на почву и кратности воздействия.

Степень деформации также зависит от времени года: установлено, что в зимнее время плотность почвы под колесами трактора увеличивается незначительно, а значит использование тяжёлой техники относительно безопасно в этот период. Рассматривая почву как трехфазную систему, этот факт можно объяснить тем, что жидкая фаза - вода, которая, будучи в жидком состоянии, обволакивает поверхность твердых частиц грунта наподобие смазки, снижает трение частиц грунта между собой, при приложении нагрузки способствует уплотнению. Превратившись в лёд, вода уже не снижает силу трения, а оказывает дополнительное сопротивление. Переуплотнение почвы наиболее опасно осенью и весной, когда почва бывает сильно насыщена водой. Летом степень переуплотнения зависит от выпавшего количества осадков (засушливое или дождливое лето).

Влажность почвы в момент воздействия на нее техники является важнейшим фактором, определяющим степень уплотнения при одной и той же нагрузке. Глубина деформации, определяемая выше названными факторами, а также единичной массой техники, давлением на ось и напряжением на глубине 50 см, варьирует от 20-30 до 50-60 см. Следствием этого является снижение урожайности зерновых и пропашных культур на 15-30% (контроль - участки с оптимальным уплотнением).

Плотность почвы повышается под воздействием техники от 0,05 до 0,4 г/см?, то есть величина прироста плотности изменяется от 3-4% до 35-40%, составляя в среднем 15-20%. Плотность почвы по следам движения сельскохозяйственной техники в пахотном слое составляет от 1,2-1,3 г/см? до 1,4-1,5 и 1,5-1,6 г/см?. Нормальная (или слабая) степень уплотнённости до 1,0-1,1 г/см?, такая плотность присуща окультуренным почвам. К переуплотненным относятся почвы с плотностью: 1,3-1,5 г/см? (средняя степень уплотнения) и 1,5-1,6 г/см? и выше (сильная степень уплотнения).

При средней степени уплотнения снижение урожая при прочих равных условиях достигает 20-30% на всех типах пахотных почв. При сильной степени уплотнения потери урожая могут достигать 50-60%. Последствия разового интенсивного уплотнения сохраняются в течение 2-5 лет. Многократное из года в год воздействие техники на почву ведет к «накоплению» уплотнения. Отметим, что уплотнение почв идет не только в вертикальном, но и в горизонтальном от центра следа направлении - на 35-70 см.

Однако переуплотнению почвы нельзя считать неизбежным, для его предотвращения необходимо. Борьбу с переуплотнением почвы возможно проводить при помощи следующих методов:

при ранневесеннем бороновании применять только гусеничные тракторы, имеют небольшое давление на грунт;

применять минимизацию обработки, сочетание операций, уменьшение глубины разрыхления, увеличение ширины захвата агрегатов;

все работы по возделыванию сельскохозяйственных культур проводить при физической спелости почвы и его влажности 20-22%;

предпочтительно использовать гусеничные тракторы, ограничивать применение колесных тракторов типа К-700;

исключать проходы сельскохозяйственных агрегатов и других машин по полю без надобности;

заправлять агрегаты семенами, удобрениями, топливом только на краю поля без заезда на него транспортных средств;

широко применять маршрутизацию движения машинно-тракторных агрегатов при выращивании сельскохозяйственных культур, то есть большинство технологических операций выполнять при движении агрегатов по одним и тем же путям;

разрыхлять и заравнивать следы от колес тракторов и сельскохозяйственных машин;

для повышения устойчивости почв против уплотнения шире применять обычные приемы окультуривания (внесение органических удобрений, кальцийсодержащих мелиорантов и др.), мульчирование поверхности почвы. [9]

В проблеме переуплотнения почв. важное значение, наряду с вопросами прогноза, снижения и предупреждения негативных явлений, приобретают вопросы их разуплотнения и саморазуплотнения. Основным приемом разуплотнения переуплотненных почв является механическая обработка, на долю которой приходится 50-60%. На долю другого важного фактора разуплотнения и саморазуплотнения - набухания при увлажнении приходится до 35% от общего уменьшения плотности и на долю замерзания - оттаивания -10-15%. Последствия разового интенсивного уплотнения сохраняются в течение 2-5 лет. Меры по снижению уплотняющего воздействия на почву и по их разуплотнению включают систему агротехнических, организационно-технологических и технических решений. Агротехнические мероприятия по повышению устойчивости почв к уплотнению и по их разуплотнению включают все приемы по поддержанию бездефицитного или (при необходимости) положительного баланса гумуса, применение разноглубинной качественной обработки при влажности физической спелости, глубокое рыхление. Организационно-технологические приемы снижения уплотняющего воздействия на почву включают использование технологий с минимально возможным проходом по полям тяжелой, особенно колесной, техники. Эти технологии должны включать минимализацию обработки, разделение техники на полевую и дорожную, перенос части операций по уборке зерновых и семенников многолетних трав на стационары, заправку машин горючим, сеялок зерном и т.п. на краю поля. Техническое решение проблемы связано с модернизацией ходовых систем существующей техники и разработкой новой техники с допустимым давлением на почву в соответствии с ГОСТ 26955-86. Эффективные пути решения технической задачи включают замену шин колесной техники на более широкие с низким давлением (45-60 кПа), применение пневмогусениц, снижение металлоемкости и т.д. [10]

Список литературы

почва загрязнение чернозем морфогенетический

1) Соловиченко В.Д. Красная книга Белгородской области / Соловиченко В.Д., Лукин С.В., Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В. - Белгород: Изд-во БелГУ, 2007. - 139 с.: 34 ил.

2) www.zol.ru

3) www.irkg.narod.ru

4) Лукин Д.Н. Мониторинг содержания органических веществ в пахотных почвах Белгородской области /Д.Н. Лукин // www.rusnayk.com - БГУ

5) www.sakon-region.ru / Долгосрочная целевая программа известкования почв на территории Белгородской области на 2010-1015 года

6) www.innovtech.ru

7) Агроэкология / В.А. Черникова, Р.М. Алексахин, А.В. Голубев и др.; Под ред. В.А. Черникова. - М.: Колос, 2000. - 536 с., ил.

8) www.uchebnikonline.ru

9) www.novrosen.ru

10) Экономическая география России / Ю.В. Бабина, В.В. Москвин.-М.: ГЕНФРА-Л, 1999. - 654 с.

11) Соловиченко В.Д. Почвенный покров Белгородской области и его рациональное использование /В.Д. Соловиченко, С.И. Титюнов. - Белгород, 2013.-418 с.

Размещено на Allbest.ru