Главная База знаний "Allbest" Сельское, лесное хозяйство и землепользование Деградация и охрана почв Белгородской области

Деградация и охрана почв Белгородской области

Земельные ресурсы и почвенный покров Белгородской области. Структура земельного фонда по категориям земель. Общая оценка уровня деградации почвенного покрова. Факторы и виды деградации почв. Основные мероприятия по охране почвенного покрова области.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 02.01.2015
Размер файла 1,2 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Во временном аспекте, длительности, постепенности наступления деградационных изменений существуют два основных проявления деградации:

· Накопление деградационных признаков до критического состояния, когда процессы становятся необратимыми. Это изменение почв фактически представляет собой "медленную" катастрофу. Такая тенденция наблюдается в настоящее время, по мнению ученых практически более чем на 80% пахотных земель. Этот вид "накопительной" деградации происходит в случае длительной интенсивной эксплуатации почв как постоянного технологического ресурса в технологиях сельского, лесного и некоторых других производств.

· Частичное или полное разрушение почвенного тела как неизбежный этап промышленных технологий природопользования, осуществляемый в течение сравнительно короткого промежутка времени и приводящий к моментальному разрушению природных объектов и почв в том числе. Такое проявление деградации (разрушения) носит локальный характер и опасно главным образом быстротой и полнотой проявления. Как правило, это относится к ряду производств несельскохозяйственного направления, когда почвы неизбежно разрушаются в соответствии с принятыми технологиями природопользования - горное дело, дорожное строительство, различного рода свалки и хранилища отходов, магистральный трубопроводный транспорт и т.д.

Крайней степенью физической деградации является полное уничтожение почвы как природного объекта, вплоть до состояния горной породы или в ландшафтном плане до состояния абиотической пустыни.

Химическая деградация почв включает изменение многих почвенных свойств вследствие различных причин природного и антропогенного происхождения. Все факторы и причины химической деградации разделяют на две группы. Первая из них охватывает те изменения почв, которые вызваны сельскохозяйственными процессами. Вторая вызвана химическим загрязнением почв в результате развития различных промышленных производств, транспортом или поселением человека (Лозановская и др., 1988).

Потеря гумуса. В большинстве случаев для пахотных почв снижение содержания органического вещества можно считать негативным явлением. Только частичная потеря органического вещества торфяными или торфянистыми почвами иногда может рассматриваться с положительной стороны. При хорошо спланированном культурном земледелии и высоких урожаях в почве иногда наблюдается и накопление гумуса, но редко. Следует обратить внимание и на то, что качественный состав гумуса может изменяться в любую сторону, с повышением или понижением в его составе гуминовых кислот. Предсказать ожидаемые изменения довольно трудно, поскольку они зависят как от набора возделываемых культур, так и химизации земледелия и применяемых мелиоративных приемов.

Кислотные и щелочные дожди. Это типично техногенное (или антропогенное) явление, обусловленное накоплением в атмосфере оксидов серы, азота, ионов хлора или фтора, а также пылевидных выбросов цементных и других заводов. При взаимодействии таких выбросов в воздухе с парами воды накапливаются кислоты, реже основания, которые вместе с осадками всех видов поступают на поверхность почвы и затем просачиваются вниз по почвенному профилю. Однозначно оценить роль таких выпадений практически невозможно. Положительную сторону этого явления можно наблюдать, если на поверхность почв с кислой реакцией поступают основания, а кислые осадки выпадают на поверхность большинства степных карбонатных почв.

Горнодобывающая промышленность. Добыча и переработка различных полезных ископаемых характеризуется многочисленными и разнообразными химическими процессами, которые сопровождаются или скоплениями различных отвалов условно так называемой "пустой" породы или выбросами в атмосферу различных газов. В атмосферу поступают различные соединения углерода, серы, азота, другие вещества. Они воздействуют на почвы или непосредственно в газовой форме (поглощаясь почвенным покровом) или предварительно взаимодействуют с парами воды и выпадают на поверхность Земли в виде дождя и снега.

Металлургическая промышленность. Этот вид производства поставляет в природную среду очень большое количество отходов, различных и по составу, и по количеству. Поэтому степень воздействия многих заводов может быть весьма различной. Что зависит как от количества отходов, так и от их состава. Поэтому характер и степень воздействия таких заводов можно оценить только для конкретных комбинатов, хотя их общее влияние очень велико.

Нефть и нефтепродукты. Общеизвестны большие потери нефти и нефтепродуктов при добыче, переработке, хранении и транспортировке. При загрязнении почв нефтью в них возрастает доля углеводородов, снижаются подвижность и доступность многих элементов питания растений, изменяются величины рН и окислительно-восстановительных потенциалов, изменяется химический состав почвенного воздуха.

Химическая деградация почв неизбежно происходит при их обычном сельскохозяйственном использовании, но такую деградацию сравнительно легко приостановить или даже преодолеть, используя обычные удобрения или мелиоративные средства.

Деградация биологических свойств почв. При любых видах деградации почв первыми на них реагируют именно организмы. С одной стороны они стремятся благодаря изменению своей активности поддержать равновесие, с другой - они первыми страдают от нарушений. В первую очередь нарушается биоразнообразие, происходит его обеднение, идет перегруппировка популяций, изменяются доминирующие и часто встречающиеся виды, некоторые виды вообще исчезают, могут появляться и новые виды, часто вредные.

Сохранение стабильности и нормального функционирования биоты обеспечивается огромным микробным пулом, отличающимся как большим общим запасом микрооорганизмов (микробной биомассой), так и огромным качественным разнообразием (микробным генофондом). В составе пула большинство организмов находится в состоянии анабиоза и выходит из него в случае необходимости проведения коррекции в функционировании биоты. С уменьшением пула микроорганизмов и его разнообразия происходят и функциональные нарушения, например способности к азотфиксации, гумусообразованию и структурообразованию, гипертрофируются такие функции, как скорость разложения органического вещества, нитрификационная и денитрификационная способность. Появляются новые отрицательные свойства, например появление потенциальных патогенов, аллергенов и фитопатогенов, образование фитотоксинов. В некоторых случаях наблюдается деградация микробного комплекса из-за загрязнения его посторонними непочвенными организмами, например фекальными или микробами с микробиологических производств (антибиотиков, белково-витаминных концентратов, ферментов и некоторых химикатов).

Почвенные организмы страдают от всех видов деградации. При ветровой или водной эрозии почв организмы частично или почти полностью теряются, причем для восстановления биоты требуется восстановление самой почвы.

Почвенные организмы резко реагируют на деградацию химического состояния почв. Особенно сильно сказывается загрязнение тяжелыми металлами, пестицидами, подкисление почв, уменьшение содержания гумуса и т.д. Однако организмы являются и мощным фактором борьбы с химической деградацией почв, так как они могут очищать почву от нефти и пестицидов, способствовать образованию органо-минеральных соединений, содержащих тяжелые металлы. Они также способствуют передвижению таких соединений вниз по почвенному профилю, либо заключению их в пленки и агрегаты, где они не могут проявлять своего токсичного действия. Способность микроорганизмов к метилированию тяжелых металлов и некоторых других элементов приводит к их удалению из почвы в виде летучих соединений. Почвенные организмы способны разрушать все вредные природные органические соединения и большинство токсичных искусственных органических веществ.

Физическая деградация почв, особенно уплотнение и разрушение почвенной структуры, а также изменение водного режима приводит к разбалансированию микробиологических процессов, господству анаэробных условий, развитию денитрификации, образованию токсичных веществ коренному изменению почвенной биоты.

Эрозия почв. Под эрозией почвы понимается совокупность взаимосвязанных процессов отрыва, переноса и отложения почвы (иногда материнской и подстилающей породы) поверхностным стоком временных водных потоков и ветром (Кузнецов, Глазунов, 2004). Распространение эрозионных процессов на поверхности Земли принимает катастрофический характер. Причины распространения эрозии почв довольно разнообразны. Их можно распределить по пяти группам так называемых факторов эрозии: климатические, топографические, почвенные, биогенные и антропогенные. При анализе влияния факторов эрозии почв на интенсивность эрозионных процессов следует иметь в виду, что она зависит от соотношения эродирующего воздействия потока воды и капель дождя (или ветрового потока) и способности почвы сопротивляться этим воздействиям, т.е. от ее противоэрозионной (или противодефляционной) стойкости. Величины эродирующего воздействия водного и воздушного потоков зависят, прежде всего, от их скоростей. Противоэрозионная и противодефляционная стойкости почв зависят, соответственно, от размера водопрочных агрегатов и комковатости сухой почвы, а также от сцепления их друг с другом.

Непосредственное влияние на интенсивность эрозионных процессов оказывают следующие факторы:

· климатические - интенсивность и продолжительность дождя или снеготаяния, температура воздуха, скорость, направление и время проявления ветра;

· топографичсские - длина, крутизна, форма, экспозиция и микрорасчлененность склонов, площадь водосбора и глубина местного базиса эрозии, характер рельефа (холмистость, наличие ветровых коридоров и др.);

· свойства почвы - водопроницаемость, противоэрозионная стойкость (способность почвы сопротивляться смывающему действию воды или сдувающему действию ветра), зависящая от водопрочности структуры, межагрегатного сцепления и плотности агрегатов;

· биогенные факторы - создание почвенными беспозвоночными сети каналов и пор, оструктуривание почв, защитная роль растительности, проявляющаяся в снижении скорости ветра и влиянии на температурный и водный режим почвы.

Влияние хозяйственной деятельности человека на процессы эрозии трудно переоценить. Действие этого фактора проявляется опосредованно, через другие факторы эрозии почв. В процессе хозяйственной деятельности человек коренным образом изменяет соотношение факторов эрозии почв, причем окончательный эффект этого воздействия бывает неблагоприятным, что сопровождается ускорением развития эрозии почв. Ускоренная эрозия почв в современных условиях чаще всего бывает следствием нерациональной хозяйственной деятельности. Ее причинами могут быть как отсутствие научно обоснованных рекомендаций по рациональной хозяйственной деятельности, так и невыполнение имеющихся рекомендаций.

Гидрологический фактор деградации почв обусловлен неблагоприятной трансформацией их водного режима, вызванной неадекватным применением гидротехнических, мелиоративных, дорожно-строительных и других индустриальных мероприятий. Проявляются такие негативные процессы, как заболачивание (в том числе вторичное), засоление, ускоренное разложение органического вещества, интенсивный вынос гумусовых веществ и таких элементов, как медь, магний, железо, алюминий, марганец, усиление процессов оглеения, уплотнение и дезагрегирование почв и др.

Деградационные явления приводят к изменению морфологии почвенного профиля, влияют на интенсивность тех или иных элементарных почвенных процессов, и, как следствие, меняют классификационное положение почв, структуру почвенного покрова и, наконец, снижают плодородие почв.

Глава 3. Механические нарушения почв

Механические нарушения почв и почвенного покрова связаны, как правило, с разработкой различного рода полезных ископаемых, строительством дорог, газо- и нефтепроводов, различного рода коммуникаций. Деградационные процессы наблюдаются также на пастбищах.

Масштабы деградации вследствие перечисленных видов антропогенных воздействий настолько велики и сам характер нарушений столь разнообразен, что возникает необходимость последовательного изучения различных типов нарушений, их классификации, установления закономерностей воздействия на почвы и окружающую среду в целом. Одновременно встают задачи сведения к минимуму механических нарушений и проблемы рекультивации земель, восстановления нормального функционирования почв и экосистем.

3.1 Нарушения почв при добыче полезных ископаемых

Самые грандиозные по своим масштабам нарушения возникают в промышленности, энергетике и при добыче полезных ископаемых. Во всех случаях нарушений последействия могут носить разнообразный характер, но в своей принципиальной основе они сводятся к следующим. Во-первых, эти нарушения приводят к отчуждению земель, причем иногда на многие годы или столетия. Это, прежде всего, земли занятые под строениями гражданского или промышленного характера. Обширные пространства между ними могут быть в функциональном отношении доведены до фонового уровня при правильной рекультивации. Значительное отчуждение земель возможно в процессе разработки карьеров при открытой добыче полезных ископаемых. Отчуждение земель происходит при строительстве шахт; причем это сопровождается появлением новых форм рельефа. Отвалы образуются и при функционировании горно-обогатительных фабрик.

Не менее опасно и косвенное воздействие механических нарушений. В их числе снижение уровня грунтовых вод вследствие выборки пород и образования карьеров, изменение гидрохимического состава природных вод. Существенным является выпадение пыли и усиление целого ряда эрозионных явлений, включая водную эрозию и дефляцию. Причиной этих явлений может служить изменение растительного покрова, смена видового состава и характера рельефа.

Белгородская область сейчас и на перспективу ориентирована на развитие горно-рудной промышленности. Влияние предприятий этой отрасли существенно осложняет экологическую обстановку. Разработка руд стала вторжением в природный комплекс территории, вызвав ряд острейших конфликтов природного, экономического и социального характера.

В настоящее время только площадь прямого нарушения земель карьерами в Губкинском и Старооскольском районах области по некоторым данным достигает 16 тыс. га (Петин и др., 2002). Наращиваются темпы добычи железной руды в Яковлевском руднике.

Крупной проблемой рационального использования минеральных ресурсов является более полное использование вскрышных пород Лебединского и Стойленского ГОКов. Складированные в отвалах десятки и сотни млн. т породы представляют собой техногенные месторождения. Проблема утилизации глин, песков, мела, мергелей с отвалов требует срочного решения. Кроме того, продолжается складирование окисленных железистых кварцитов, для которых пока не выработано экономичной технологии обогащения.

Массовая разработка мела, песка, глины малыми карьерами, которых в области насчитывается более 300, хотя и не приводит к появлению антропогенного рельефа большого площадного распространения, но значительно усиливает агрессивность экзогенных процессов - оползневых, обвально-осыпных, просадочных, эрозионных и др.

Таким образом, добыча полезных ископаемых приводит к нарастанию пересеченности рельефа; он становится менее благоприятным для проживания и хозяйственной деятельности населения.

Разработка полезных ископаемых влияет на воздушный бассейн. К примеру, для предварительного разрушения железистых кварцитов и вмещающих скальных пород проводятся взрывные работы. На них расходуются десятки тысяч т взрывчатых веществ. В то же время только один массовый взрыв в карьере может рассеивать в радиусе 3-4 км до 800 т пыли и до 700 м3 газов. К выбросам пыли при взрывах добавляется и пыление незадернованных отвалов.

По данным НИИ КМА, вокруг промышленной площади Лебединского ГОКа на удалении 150 и 300 м ежегодно оседает пыли соответственно 607 и 469 кг/га. Средние многолетние выбросы пыли и вредных газов оцениваются примерно в 30 тыс. т/год (Петин и др., 2002).

По другим данным ежегодные выбросы от деятельности АО "Оскольский электромеханический комбинат" составляют 28,7 тыс. т. На расстоянии 1; 2; 3 и 4 км от промышленной площадки данного комбината на 1 га земли оседает соответственно 401, 226, 97 и 47 кг пыли, содержащей значительное количество тяжелых металлов (Путятина, Колесников, 2010).

Кроме того, промышленные разработки оказывают влияние на поверхностные и подземные воды. Потребности области в воде покрываются главным образом за счет подземных вод. При добыче руды необходимо пройти слои водоносных горизонтов. В результате такой технологии запасы подземных вод на территории Лебединского и Стойленского карьеров истощены в радиусе около 200 км2, а их уровень понизился до 200-250 м, образуя депрессионную воронку. Меньшее по площади, но более крупное по глубине понижение уровня подземных вод (до 500 м) отмечено на Яковлевском руднике. В результате происходит нарушение водного баланса территории, ее обезвоживание.

Другое направление влияния добычи руды на поверхностные и подземные воды - накопление отходов обогащения (пульпы) в хвостохранилищах ГОКов. Из-за фильтрации воды из хвостохранилищ под ними образовался купол высотой 25 м, в котором повышена минерализация воды вследствие загрязнения.

Разработка полезных ископаемых оказывает прямое влияние на почвы. Закладка карьера начинается с того, что снимается черноземный слой и складируется около карьера в отвалы. Так почва исключается не только из хозяйственного использования, но и из природного комплекса. По некоторым данным в области складировано более 5,9 млн. м3 плодородного слоя почв. Комплекс мероприятий по восстановлению продуктивности нарушенных земель значительно отстает от необходимого объема их проведения.

При горнодобыче повышаются выбросы пыли в атмосферу и все загрязняющие воздух вещества выпадают на почву. В таких условиях формируются техногенные аномалии, где содержание железа, меди и цинка в почвах выше зональных в два-три раза. В пределах зоны запыления почв не рекомендуется использовать растительность на корм скоту в радиусе 5-7 км от карьеров.

Влияя на все компоненты природного комплекса, горнодобыча приводит к формированию нового типа ландшафта. Идет "цепная реакция": добыча руды - изменение рельефа - изменение состава воздуха - изменение водного баланса территории и ухудшение свойств подземных вод - нарушение почвенного покрова - изменение растительного и животного мира - трансформация ландшафта лесостепи в антропогенный ландшафт с господством карьерно-отвальных комплексов. Иногда этот ландшафт приобретает вид "бедленда" - "дурных земель", т.е. местность становится полностью непригодной для хозяйственной деятельности.

Специфика расположения Лебединско-Стойленской группы КМА привела к тому, что горнодобывающие предприятия непосредственно примыкают к участку "Ямская степь" заповедника "Белогорье" и отчасти находятся в его охранной зоне.

3.2 Восстановление техногенных ландшафтов

При экологической перестройке природно-техногенных ландшафтов необходимо изучать и новую структуру почвенного покрова с учетом присутствия нарушенных, насыпных, примитивных и других новообразованных почвогрунтов.

При различных типах механических нарушений почв следует уделять внимание проблемам рекультивации техногенных ландшафтов. Под рекультивацией понимается "комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды в соответствии с интересами общества" (Моторина, Овчинников, 1986).

Рекультивация обычно проходит в два этапа: технический и биологический. На первом этапе рекультивации происходит восстановление прежних форм рельефа насколько это возможно, а также строительство дорог и гидротехнических сооружений. На этапе биологической рекультивации проводится комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на создание и восстановление плодородия почв. Перед проведением рекультивационных работ необходимо определить перспективы использования восстановленных земель и оптимальные структуры площадей, подлежащих рекультивации.

Рекультивация требует определенных технологий, среди которых можно выделить разравнивание поверхности, нанесение плодородного слоя мощностью до 1 м, регулирование водного и питательного режима. Нередко рекультивация требует глубокой обработки, внесения разнообразных удобрений, правильного подбора культур, агротехнических приемов. Без нанесения плодородного слоя использование земель возможно только в тех случаях, когда породы представлены относительно плодородными породами, такими, например, как лессы, лессовидные суглинки или песчаные отложения. Следует подчеркнуть своеобразие темпов почвообразования и особенностей эрозионных процессов, происходящих в техногенных ландшафтах (Бурыкин, 1986).

Существует определенная временная последовательность в технологии создания рекультивируемых земель. В первые годы обычно выращивают многолетние бобовые травы, при этом нормы высева трав увеличивают на 30-50 %. Опыт восстановления почв на различных участках угольных, железорудных и других бассейнов показывает, что необходимость в экранировании токсичных пород требует насыпного слоя от 20 до 80 см. При рекультивации земель в пределах угольных бассейнов показано, что выгоднее выращивать технические, зерновые и зернобобовые культуры. Так при увеличении плодородного слоя только на 10 см прибавка ячменя составляет 2,4 ц/га, а люцерны 3,6 ц/га. Во всех случаях признана роль свойств не только самого плодородного слоя, но и подстилающего субстрата (Бурыкин, 1991).

Одной из моделей рекультивации предлагается создание рекультивированных "почв" на плодородных породах без их предварительного землевания, без покрытия их гумусированным слоем чернозема (Стифеев, 1993 и др.). Такие "почвы" целесообразно использовать только под кормовые угодья с введением на них специальных фитомелиоративных севооборотов, до предела насыщенных бобовыми травами, обеспечивающими урожайность сена 3-5 т/га. При подборе видов растений для рекультивации должны учитываться их биологические и экологические особенности, в первую очередь устойчивость к неблагоприятным условиям водно-минерального питания.

На рекультивированных землях рядом автором рекомендованы ассортименты древесных, кустарниковых пород для создания рекультивационных насаждений (Методические рекомендации…, 1990 и др.). Неплохие результаты дает опыт лесопосадок.

К настоящему времени в КМА накоплен опыт облесения песчаных, мергелевых пород. Неплохие результаты дает облепиха при закреплении склонов. На крутых склонах хорошо себя зарекомендовали дикорастущие травы - синяк обыкновенный, донник желтый. Разработана методика посадки древесных и кустарниковых пород и ухода за ними.

В последние годы появились работы сотрудников Белгородского госуниверситета по воспроизводству почв в техногенных ландшафтах (Голеусов, Лисецкий; 2009). В результате модельных исследований на карьерно-отвальных комплексах Лебединского ГОКа (Губкинский район) и ОАО "Белгородский цемент" (Белгородский район) авторы пришли к следующему заключению: воспроизводство почв в условиях самозарастания отвалов вскрышных пород в техногенных ландшафтах протекает в достаточно экстремальных условиях, однако, в большинстве случаев к 30-40-летнему возрасту молодые почвы имеют морфологически хорошо выраженный профиль. Среди почвенных генетических горизонтов наибольшее развитие получают гумусовые.

Морфология профилей новообразованных почв техногенных геосистем сильно зависит от типа материнской породы. Лучше всего профиль почв формируется на суглинистых и супесчаных породах, менее развиты почвы на песках, глинах, меловых и плотных кристаллических породах.

Максимальная скорость формирования гумусового горизонта характерна для почв 20-50-летнего возраста, но для почв разного литологического типа максимумы скоростей не совпадают во времени.

Несмотря на высокие темпы почвообразования на начальном этапе, к 40-50-летнему возрасту почвы достигают немногим более 10 % морфологической зрелости фоновых почв. Поэтому как считают авторы, ожидать полного природного восстановления нарушенного почвенного покрова в техногенных ландшафтах в сколько-нибудь приемлемые сроки не приходится. Однако уровень функционирования молодых почв позволяет создавать довольно значительную продукцию фитоценозов, интенсивно преобразовывать субстрат. Почвы техногенных ландшафтов уже в 15-летнем возрасте устойчиво выполняют главные экосистемные функции: разложение органического вещества, депонирование элементов-биофилов и др. Кроме того, они в сочетании с хорошим задернением в значительной степени снижают интенсивность денудационных процессов.

Таким образом, основные проблемы при механических нарушениях разделяются на несколько важнейших направлений, среди которых существенное значение принадлежит вопросам экологического характера. При решении последних изучение процессов почвообразования приобретает особое значение. Фактически на это направлена большая часть работ, проводимых в области рекультивации, так как восстановление нормального функционирования почвенного покрова является основой и критерием завершенности рекультивации при механических нарушениях.

Глава 4. Физическая деградация почвы

4.1 Критерии и параметры допустимых антропогенных нагрузок на физическое состояние почв

Физическая деградация почв - это некоторое негативное изменение комплекса физических свойств или физического состояния почв, характеризуемого определенными количественными параметрами.

Набор показателей, характеризующих физическое состояние почв достаточно велик, оценочная значимость и их величины различны. Для определения процесса физической деградации почв используют ряд показателей. Это, во-первых, фильтрационная способность, агрегатный состав и водопрочность, водоудерживающая способность и влагопроводность. К ним относят физико-технологические параметры: твердость, сопротивление сдвигу, внутреннее сцепление, трение почва-почва и почва-металл, характеристика абразивных свойств, липкость, пластичность, тепловые, электрические и магнитные свойства.

Фактически физические свойства почвы в основном определяются состоянием почвенной структуры. Под структурой почвы в данном случае понимается пространственное распределение почвенных фазовых компонентов: твердых, жидких и газообразных. Этим распределением определяется строение порового пространства почвы.

Для диагностики физического состояния и, следовательно, уровня физической деградации почв некоторые ученые считают важным определение таких характеристик, как пористость агрегатов или фрагментов в сухом состоянии, размером 3-5 мм, коэффициент текстурной усадки и межагрегатную пористость (Добровольский, 2002).

Эти показатели отражают такие свойства почв как гранулометрический состав, минералогический состав, содержание органического вещества, состав обменных катионов, характер структурообразующих коллоидов и являются прямыми характеристиками почвенной структуры. Кроме того, они определяют структуру порового пространства, её динамичность под воздействием климатических и антропогенных факторов, а также большинство свойств почвы: водоудерживающую способность, влагопроводность, водопроницаемость, фильтрацию и др. Любое воздействие деградационных факторов, так или иначе, отражается на этих параметрах.

В этом плане достаточно показательной характеристикой физического состояния почв является плотность почвы в целом, которая, по мнению многих ученых, может быть принята за обобщенный показатель физического состояния почв. Она отражает пористость почвы, стабильность структурной пористости, плотность твердой фазы и набухаемости.

При оценке проявления деградаций выделяется несколько степеней: деградации нет, слабая деградация, средняя, сильная и экстремальная. Для каждой степени даются количественные изменения конкретного свойства. В иных классификациях оценки даются по уменьшению или усилению того или иного количественного признака (свойства) почвы (табл.4.1).

Для оценки физического состояния почв и эффективности многих агрономических приемов наиболее часто используют показатели структурного состава ("сухое" и "мокрое" просеивание), коэффициента структурности, плотности сложения и водопроницаемости. По справедливому утверждению Н.А. Качинского "окультуренная почва - это структурная почва". Наиболее агрономически ценная комковато-зернистая структура имеет размеры агрегатов от 0,25 до 10 мм.

Существенную роль в предохранении почв от разрушения играет водопрочность структурных агрегатов - способность их противостоять разрушающему действию воды.

Таблица 4.1 Показатели и критерии физической деградации почв (Деградация и охрана почв, 2002)

Показатель

Степень деградации

0

1

2

3

4

Институт охраны природы

1. Мощность органогенного горизонта (снижение на долю мощности)

<0.1 А

(0.1-0.2) А

(0.3 - 0.5) А

(0.6-1.0) А

>А

2. Мощность абиотического наноса, см

<1

1-3

4-10

11-20

>20

Методика Роскомзема и др.

1. Уменьшение содержания физической глины на величину (% от исходного)

<5

5-15

16-25

26-32

>32

2. Увеличение равновесной плотности сложения пахотного слоя почвы (% от исходного)

<10

10-20

21-30

31-40

>40

Комковато-зернистое состояние почвы придаёт ей относительно рыхлое сложение, высокую пористость (больше 45 %), облегчает прорастание семян и распространение корней растений, уменьшает энергетические затраты на механическую обработку почвы. Структурная (комковато-зернистая) почва имеет хорошую водопроницаемость, в связи с чем на ней слабо выражен поверхностный сток, а, следовательно, она лучше противостоит водной эрозии. В такой почве повышается влагоёмкость, в ней больше накапливается воды, необходимой для роста и развития растений, происходит меньшее испарение влаги.

Интегральной величиной, характеризующей структуру почвы, является коэффициент структурности, показывающий отношение содержания комковато-зернистой структуры к суммарной величине пылеватой и глыбистой фракций. Большая величина коэффициента структурности указывает на лучшую структурность почвы, её более благоприятные для развития растений агрофизические свойства.

Для правильного выбора мер воздействия на почву необходимо, прежде всего, определить уровень ее окультуренности, т.е. степень приспособленности к выращиванию сельскохозяйственных культур. Как правило, критерием оценки окультуренности почв считают урожайность культур.

Сотрудники Всероссийского НИИ земледелия и защиты почв от эрозии обобщили экспериментальный материал и выработали диагностические критерии по основным показателям агрофизических свойств черноземов (Черкасов с сотр., 2005). Они считают, что полученные результаты можно использовать при мониторинге и управлении агрофизическим состоянием почв. По их данным в качестве основных критериев могут служить показатели, характеризующие структуру почвы. Известно, что важнейшими количественными характеристиками почвенной структуры являются плотность сложения и структурно-агрегатный состав. Вместе с тем, эти показатели весьма нестабильны, что обусловлено сезонной динамикой, связанной с механической обработкой почвы орудиями, видом сельскохозяйственной культуры, процессами набухание-усадка и др.

Для более полной оценки степени окультуренности почв, по мнению упомянутых авторов, следует использовать критерии, которые характеризуют различные уровни структурной организации почвы (по Воронину, 1986): молекулярно-ионный, уровень организации почвенных частиц, агрегатный структурный уровень, горизонтный структурный уровень. Некоторые из них мы прокомментируем.

На горизонтном структурном уровне основные изменения в пахотном слое отражают плотность сложения и структурно-агрегатный состав. По величине этих показателей степень окультуренности средне - и тяжелосуглинистых черноземов предлагается дифференцировать на три уровня: высокий, средний и низкий (табл.4.2.). В качестве диагностических показателей взяты: равновесная плотность сложения, содержание водоустойчивых агрегатов размером более 0,25 мм, содержание воздушно-сухих агрегатов размером 10-0.25 мм.

Таблица 4.2 Диагностические критерии уровней окультуренности черноземов типичных по агрофизическим свойствам в пахотном слое по Черкасову и др., 2005)

Уровень окульту-

ренности

Равновесная плотность, г/см3

Структурно - агрегатный состав, %

Плотность (dv, г/см3) и пористость агрегатов (Па, %)

воздушно - сухие агрегаты 10 - 0,25 мм

водоустойчивые агрегаты более 0,25 мм

10-20 мм

5-7 мм

dv, г/см3

Па, %

dv, г/см3

Па, %

Высокий

1,0-1,15

70-80

50-60

1,35 - 1,50

42-45

1,45 - 1,60

39-43

Средний

1,15-1,25

60-70

40-50

1,50 - 1,60

39-42

1,6-1,7

36-39

Низкий

>1,25

<60

<40

>1,60

<39

>1,7

<36

Агрегатный структурный уровень хорошо характеризует плотность и пористость агрегатов различного размера.

Наши личные эксперименты и литературные данные свидетельствуют, что основными свойствами и показателями почв, определяющими степень воздействия сельскохозяйственной техники на почву, являются гранулометрический состав, содержание и качественный состав органики, структурное состояние, плотность и влажность почв. В связи с этим можно заключить, что присущие типичным черноземам соответствующие показатели предполагают их высокую способность противостоять деформациям.

Сотрудники ВНИИЗ и защиты почв от эрозии установили верхнюю границу оптимальной плотности сложения тяжелосуглинистого типичного чернозема, которая составляет 1,2 г/см3. Таким образом, эту величину можно использовать для оценки степени воздействия сельскохозяйственных движителей на почву.

В.В. Медведевым (1988) установлены допустимые давления ходовых систем тракторов на чернозем типичный в зависимости от влажности и плотности сложения.

4.2 Современное физическое состояние почв

Нами проведено сравнительное исследование некоторых физических показателей чернозема типичного мощного тяжелосуглинистого целинного заповедника "Ямская степь" и многолетней пашни (табл.4.3).

Таблица 4.3 Физические показатели чернозёма целины и пашни

Генетические

горизонты (индексы

и мощность), см

Глубина отбора почвы, см

Плотность,

г/см3

Коэффициент

структурности,

ед.

Целина

Ад 0-5

-

-

-

А 5-50

20-30

1,00

6,3

А/ВК 50-90

60-70

1, 20

4,1

ВСК 90-130

100-110

1,40

2,0

130-200

140-150

1,50

1,6

Многолетняя пашня

А пах.0-30

20-30

1,25

3,8

А/ВК 50-90

60-70

1,36

2,5

ВСК 90-130

100-110

1,45

1,8

130-200

140-150

1,50

1,5

Как видим, при сельскохозяйственном использовании чернозем уплотняется, его структурное состояние ухудшается. Плотность сложения пахотного слоя чернозема заметно увеличилась. На пашне уплотнен даже и более глубокий слой почвы. Так, на глубине 50-90 см все еще заметно увеличение плотности. Лишь на 1-метровой глубине различия в плотности незначительны. Плотность сложения целины варьировала в пределах 1,05-1,10 г/см3, а пахотного аналога чернозема - заметно больше - 1,25-1,30.

В структурном составе почв также заметна разница. Коэффициент структурности в почве целины в 2 раза больше, чем на пашне. Это означает, что пахотная почва имеет менее благоприятную в агрономическом отношении структуру. Эта разница сохраняется до глубины 90 см. Ниже по профилю почвы структурный состав сравниваемых объектов выравнивается.

По нашим данным в целинном типичном черноземе Белгородской области содержание агрегатов агрономически ценного размера составляет 75-80 %. Это по известным параметрам довольно высокий уровень плодородия почвы. В то же время определение количества ценных агрегатов в пахотном черноземе показало, что здесь их заметно меньше - 60-65 %. Оставшаяся часть - это пылеватые частицы размером меньше 0,25 мм и глыбистые частицы больше 10 мм, которые в большей степени определяют отрицательные физические характеристики.

Подобная закономерность отмечена в черноземе целины и пашни и по содержанию водопрочных агрегатов. Как показали эксперименты, содержание водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм на целине достигает 50-55 %, в то время как на пашне их обнаруживалось только 30-35%.

При длительном использовании чернозема в пашне, соответствующим образом снижается и такой важный в агрономическом отношении показатель, водопроницаемость. Так, в целинном типичном черноземе она составляет 70-75 мм/час, а в пахотном варианте только 50-55 мм/час.

Таким образом, на пашне проявляется явное ухудшение агрономически важных физических свойств в сравнении с целиной. Почва пашни более распылена, глыбистая, уплотнена и меньше фильтрует влагу. Все сказанное относится к пахотному слою почвы. Глубже пахотного слоя существенных различий в агрофизических показателях (по структуре и плотности) между целинными и распаханными почвами не наблюдается.

Приведенные данные свидетельствуют, что пахотные почвы в настоящее время подвержены значительной физической деградации, что может вызвать ряд нежелательных процессов в самой почве и в целом снизить их производственную и экологическую функцию.

4.3 Последствия физической деградации почв

Деградация почв означает неспособность их выполнять свои функции: экологическую, производственную и санитарно-эпидемическую. Физически деградированные почвы являются экологически опасным природным объектом. Крайняя степень физической деградации - физическое уничтожение почвы как природного объекта - базового компонента природной среды.

Получение продукции на физически деградированных почвах требует применения повышенных доз минеральных удобрений и мелиорантов. Происходит перегрузка почвы, а соответственно и получаемой продукции, по отдельным токсическим компонентам.

Физически деградированные почвы прекращают выполнение роли естественного физико-химического фильтрационного буфера, увеличивая, таким образом, опасность от многих видов химического загрязнения природной среды.

Почвы с неблагоприятными физическими свойствами обладают пониженной способностью к накоплению и сохранению влаги, что увеличивает вероятность засух, локального заболачивания, проявления ветровой и водной эрозии. Повышенный поверхностный сток осадковых и талых вод из-за снижения водопроницаемости физически деградированных почв обусловливает снос агрохимикатов в общую гидрографическую сеть, заиливание малых рек, общее загрязнение естественных водоемов со всеми вытекающими экологическими последствиями.

Выражением физической деградации также считают слитизацию почв. Теоретическая основа данного явления заключается в следующем.

К свойствам, способствующим слитогенезу, относят тяжелый гранулометрический состав, особый водный режим, невысокое содержание органического вещества при значительной доле негидролизуемого остатка и др. (Деградация и охрана…, 2002). Явление слитизации часто проявляется при осолонцевании почвы, при поливах минерализованными водами, при механическом разрушении структуры почвы под воздействием тяжелой сельскохозяйственной техники, несоблюдения норм агротехники и т.д.

Образование слитости почв некоторые ученые объясняют с энергетических позиций (Березин и др., 1994). Сущность таких взглядов состоит в том, что капиллярное давление почвенной влаги определяется энергетическими характеристиками двойного электрического слоя поверхности твердой фазы почвы: энергией диффузной части и емкостью адсорбционного слоя. Эти параметры зависят от таких свойств почвы, как минералогический и гранулометрический составы, содержания и качества органического вещества, емкости обмена и состава поглощающего комплекса.

Энергетическое состояние почвы связывают с наличием в почве органического вещества. Увеличение содержания органического вещества ведет к снижению поверхностной энергии. Оно в данном случае выступает как поверхностно активное вещество (ПАВ), снижающее поверхностную энергию. Органическое вещество, обладающее гидрофобными свойствами, при взаимодействии с минеральными компонентами снижает величину общего заряда и стабилизирует почвенную структуру.

Проявление слитости часто обнаруживается при использовании оросительной воды повышенной минерализации. В таком случае энергетическая характеристика твердой фазы зависит от состава обменного комплекса и отдельных ионов. Так, увеличение обменного натрия увеличивает поверхностную энергию, что приводит к понижению пористости почвы в сухом состоянии и резко повышенной способности к набуханию. Введение кальция в обменный комплекс уменьшает поверхностную энергию и обеспечивает определенную стабильность почвенной структуры. Магний в целом оказывает отрицательное воздействие на структуру, но в меньшей степени, чем натрий.

Бесструктурность или слитость, характерные для физически деградированных почв, вызывает необходимость увеличения числа и интенсивности почвообрабатывающих операций для создания и поддержания приемлемого рыхления пахотного слоя, что влечет за собой дальнейшее разрушение почвенной структуры.

Слитые набухающие почвы характеризуются резко пониженной аэрируемостью порового пространства при любых значениях влажности. В результате возникает явление анаэробиозиса даже при недостатке воды в поровом пространстве. Усиливает слитизацию не только неблагоприятный водный режим, но и обработка влажной почвы почвообрабатывающими орудиями (Добровольский и др., 2002).

Известно, что экологическая значимость территорий в значительной мере определяется биологическим качеством почв, обеспечивающим нормальное функционирование экологических систем. Выполнение почвой ее биологической функции определяется физическим состоянием почв. Она должна иметь хорошо развитое поровое пространство и структуру, обеспечивающие оптимальный водно-воздушный режим, благоприятный для жизнеобеспечения почвенной биоты и сельскохозяйственных культур.

В связи с этим важно прокомментировать использование средств интенсификации в земледелии нашей страны. В течение ряда десятилетий в России осуществлялась система эксплуатации почв, основанная на двух направлениях: максимальной химизации для обеспечения растений питательными веществами и применении высокопроизводительной почвообрабатывающей техники. Считалось, что физическое состояние почв может в полной мере создаваться и поддерживаться применением механической почвообработки мощной техникой для рыхления, вспашки, культивации и прочих жестких операций. На самом деле этим необратимо разрушается почвенная структура и вполне интенсивно происходит физическая деградация почв. Более того, при нарушении физических условий быстро уничтожается биологический потенциал почвы.

Примером может служить уникальный опыт, описанный в научном издании (Деградация и охрана почв…, 2002). Внесение избыточной дозы гербицида симазина на черноземе типичном Тамбовской области привело к практически полной стерилизации почвы. В течение последующих лет хорошо оструктуренный чернозем превратился в глыбистый "чернозем" с крайне неблагоприятными физическими свойствами. Как утверждают авторы, "восстановления" почвы не произошло не только за последующие три десятилетия, но оно остается проблематичным и в дальнейшем.

Следовательно, выход из данного представления в использовании почв должен базироваться на активизации биологической активности почвы. А это означает минимально необходимое применение "химизации" и почвозащитных агротехнологий, физически щадящие системы обработки почв.

4.4 Приемы улучшения физического состояния почв

Благоприятные физические свойства почв - одно из необходимых условий их плодородия, получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур. Еще в работах А.А. Измаильского (1949), П.А. Костычева (1951), а также современных ученых убедительно показано, что длительное и интенсивное сельскохозяйственное использование почв в пашне приводит, как правило, к ухудшению агрофизических свойств.

Причину этого явления часто связывают с интенсификацией земледелия. В первую очередь указывают на отрицательное влияние высоких доз минеральных удобрений, уплотняющее действие почвообрабатывающих машин и агрегатов. Однако, как свидетельствуют наблюдения, физическая деградация почв имеет место и при низкой культуре земледелия. Примером может служить сокращение необходимых объемов внесения органических удобрений, несоблюдение основ чередования культур, некачественная и несвоевременная обработка почв и др. Нарушения физического состояния почв, как нами было отмечено, проявляются в первую очередь в пахотном слое. Происходит разрушение структуры, повышение плотности сложения, которые осложняют водный, воздушный, питательный и другие режимы почв.

В специальной литературе имеется достаточно сведений о влиянии минеральных удобрений на агрофизические свойства почв. Установлено, что одностороннее применение минеральных удобрений в высоких дозах, как правило, ухудшает агрофизические свойства почв, а применение органических удобрений, наоборот, сказывается положительно (Ковда 1981; Медведев, 1988; Каштанов, Явтушенко, 1997; Уваров, 1997; и др.).

По данным сотрудников ВНИИЗиЗПЭ (2005) влияние минеральных удобрений на изменение агрегатного состава темно-серых лесных почв отрицательно сказалось уже после окончания 1-ой ротации 5-польного севооборота. При внесении высоких доз минеральных удобрений содержание глыбистой фракции (>10 мм) увеличилось в слое почвы 10-30 см до 20,3 - 22,4 %, а на неудобренных вариантах оно составило 17,0-18,7 %. После 2-ой ротации эти различия сохранились. Полученные результаты авторы объясняют ослаблением связей между элементарными частицами при усилении минерализации органического вещества почвы под влиянием минеральных удобрений.

За десятилетний период этого эксперимента достоверно уменьшилась водопрочность агрегатов почвы. Если в начале севооборота сумма агрегатов размером более 0,25 мм составила 36,7-35,6 %, то в конце ротации она была 26,3-29,9%. Соответственно этому понизился и коэффициент водоустойчивости с 0,6-0,5 до 0,5-0,4.

В результате 10-летнего применения минеральных удобрений, когда суммарная доза составила N600-800 Р500-800 К280-500 кг/га по д. в., плотность почвы увеличилась. На удобренном варианте она достигла величины 1,25-1,30 г/см3, в то время как на контроле она оставалась в пределах 1,21-1,23 г/см3. Согласно приведенной градации (табл.4.3) почва под влиянием минеральных удобрений перешла из средней степени окультуренности в более низкую.

Наоборот, органические удобрения улучшают физическое состояние почв. По данным опытов сотрудников ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии (Масютенко и др., 2008), внесение органических удобрений повышало содержание агрономически ценной структуры почвы (агрегатов от 1 до 5 мм). Как считают авторы, агрогенные факторы (вид севооборота и органические удобрения), оказывают положительное влияние на содержание и состав водоустойчивых агрегатов. Их количество увеличивается. При этом более значительным было влияние правильного севооборота. стационарном опыте лаборатории плодородия почв и мониторинга Белгородского научно-исследовательского института сельского хозяйства около 15 лет изучается влияние таких агрономических приемов как севообороты, способы основной обработки почвы и удобрения на некоторые физические показатели чернозема типичного. За основу были приняты следующие диагностические показатели почвы: структура, плотность сложения, водопроницаемость, влагоёмкость. Рассмотрим результаты исследований по влиянию агротехнических приемов на изменение коэффициента структурности почвы (табл.4.4).

Первое, что заметно в структурном составе почвы, это ухудшение ее в пахотном слое в 1,5 раза по сравнению с подпахотным. Далее, вид севооборота также оказывает влияние. Для верхнего слоя почвы (0-10 см) на неудобренном варианте предпочтительнее структурный состав в зернотравянопропашном севообороте. Естественно, что включение в его состав эспарцета в течение двух лет оструктуривает почву. Наоборот, в севооборотах с увеличением доли пропашных культур структурный состав ухудшается.

Таблица 4.4 Влияние вида севооборота, способа основной обработки почвы и удобрений на коэффициент структурности чернозёма типичного

Внесено удобрений

на 1 га

севооборотной площади

Глубина

слоя

почвы, см

Виды севооборотов

зернотравя-

нопропашной

зернопро-

пашной

зернопаро-

пропашной

навоз, т

NPK, кг д. в.

*В

Б

М

*В

Б

М

*В

Б

М

0

0

0-10

3,3

3,6

4,1

2,7

2,9

3,3

2,6

2,8

3,1

10-20

3,7

3,8

4,0

3,0

3,1

3,2

3,3

3,4

3,6

20-30

3,8

4,0

4,3

3,7

3,7

3,8

3,6

3,7

3,8

30-40

4,4

4,6

4,5

4,7

4,9

4,8

4,6

4,5

4,6

1. N84P144K144

2. N124P144K144

3. N108P144K144

0-10

3,5

3,7

4,4

3,0

3,2

3,6

2,8

3,4

3,5

10-20

3,8

3,9

4,2

3,5

3,6

3,8

3,3

3,7

4,0

20-30

4,1

4,2

4,3

3,9

4,1

4,2

4,0

4,3

4,3

30-40

4,8

4,9

5,0

4,8

5,1

5,2

5,6

5,1

5,0

16

0

0-10

3,8

4,0

4,6

3,2

3,4

3,7

3,0

3,5

4,0

10-20

4,0

4,1

4,4

3,6

3,8

3,9

3,4

3,8

4,1

20-30

4,1

4,2

4,6

4,1

4,3

4,3

3,8

4,5

4,6

30-40

5,0

5,1

5,3

4,9

5,1

5,3

5,2

5,3

5,4

1. N84P144K144

2. N124P144K144

N1 3. N108P144K144

0-10

4,0

4,2

4,6

3,6

3,8

4,0

3,5

3,7

4,1

10-20

4,2

4,3

4,7

3,8

4,0

4,2

3,6

4,2

4,5

20-30

4,4

4,6

4,9

4,5

4,2

4,6

4,4

4,8

5,0

30-40

5,4

5,5

5,6

5,5

5,7

5,7

5,5

5,6

5,7

* Способы основной обработки почвы: В - вспашка, Б - безотвальная обработка, М - минимальная обработка.

На структурное состояние почвы влияет и способ основной обработки. Многолетний опыт показал, что при минимальной обработке почвы величина коэффициента структурности возрастает по сравнению с глубоким вариантом обработки и особенно со вспашкой. Однако такая закономерность проявляется лишь в верхней части обрабатываемого слоя.

Заслуживают особого внимания данные по испытанию минеральных удобрений. При их внесении отмечено увеличение абсолютных величин коэффициента структурности. Так что факта ухудшения структурного состава почвы под влиянием минеральных удобрений не наблюдается.

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены