2.1 Климат и погодные условия

Предгорная часть степной зоны Челябинской области отличается достаточно теплым и умеренно засушливым климатом. Продолжительность периода активной вегетации растений колеблется от 125 дней на севере зоны (Верхнеуральский район) до 135 дней. Начинается он 5--11 мая и заканчивается 14--18 сентября. За это время сумма эффективных температур составляет 2200--2300°С. В то же время характерной особенностью погодных условий этой зоны являются возврат холодов и заморозков. Весной они случаются до 27--30 мая, осенью -- до 9--10 сентября, поэтому продолжительность безморозного периода здесь такая же, как в предгорных лесостепных районах -- 105--110 дней.

Агрометеорологи считают, что в степной зоне области теплом обеспечены все сорта культур средней полосы и раннеспелые сорта теплолюбивых культур.

Сумма осадков за период со среднесуточными температурами более 10°С составляет 220--230 мм, гидротермический коэффициент, как правило, не превышает единицы. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы к началу полевых работ колеблются от 15044а-севере зоны до 100--110 мм на юге, поэтому влагообеспеченность основных сельскохозяйственных культур составляет 50--60% от оптимальной потребности.

Устойчивый снежный покров в предгорной степной зоне устанавливается в середине ноября и сохраняется 140--150 дней. Характеризуется он незначительной мощностью (25--30 см), неравномерностью распределения, поэтому не обеспечивает благоприятных условий для перезимовки озимых культур [по Козаченко А. П., 1999].

2.2 Рельеф местности

Рельеф местности во взаимодействии с другими факторами играет существенную роль в развитии почвообразовательных процессов, в формировании тех или иных агрономических признаков почвы. В Зауралье он обуславливает многие закономерности в распределении почв. Чернозёмы, солонцы и другие типы почв приурочены к определенным формам рельефа.

Рельеф степной зоны равнинный. Также имеется травянистая растительность и водные объекты.

Поймы левобережья Тобола, Исети, Миасса и других рек имеют хорошо разработанные равнины, а их многочисленные мелкие притоки в пойменной части хорошо дренирует территорию, благодаря чему на поймах рек в северо-восточной части лесостепного Зауралья не встречаются солончаковые низины, которые столь характерны для поймы Тобола и Уя юго-восточного региона.

Абсолютные отметки равнинной территории Зауралья имеют значительные отличия. По данным топографической съемки, на пойме Тобола они колеблются в пределах 140-150 м, на водораздельных пространства в пределах Курганской области возрастаю до 170-180 м, а на территории Челябинской области достигают 200-210 м и более [по Кауричеву И. С., 1969].

2.3 Почвообразующие породы

Современный литологический состав рыхлых поверхностных пород и развитие гидрографической сети на территории Зауралья в значительной мере определенны геологическим прошлым. В мезозое территория Западной Сибири подвергалась тектонической депрессии, в результате деятельности дислокационных процессов образовалась Западно Сибирская низменность. Наступившее с севера мезозойское море заполнило образовавшуюся депрессию и вместе со следовавшим за ним палеогеновым морем сильно пенепленизировало поверхность. В неогене море отделилось от Северного океана и образовало замкнутый бассейн, который затем распался на ряд крупных озёр, исчезнувших к концу этого времени. Так что область Зауралья, охватывающая часть западносибирской плиты имеет палеозойское основание, покрытое чехлом мезозойских и кайнозойских отложений.

Эоценовое море и сменившие его в палеогене озерные бассейны заполнили западносибирскую депрессию мощным слоем рыхлых осадочных отложений, которые сохранились на поверхности до настоящего времени на Тобол-Миасском и Исеть-Миасском водораздельных пространствах и оказали большое влияние на формирование почвенного покрова. Они представлены преимущественно сизовато-серыми глинами монтмориллонитовой группы, так как содержат более 2% щелочей, 3% щелочно - земельных металлов и 7% железа.

Осадки неогеновой системы представлены зеленовато-серыми, грязно-зелёными или плотными неслоистыми голубовато-зелёными глинами аральской свиты (нижний-средний миоцен), которые содержат желваки, друзы, кристаллы, реже пластины гипса, и глинами жиландийской свиты с известковыми включениями в виде журавчиков. Осадки этой свиты, по всей видимости, образовались в засолённых озёрах и с ними нередко связаны солончаково-солонцовые почвы.

В конце плиоцена формировалась гидрографическая сеть с хорошо разработанными долинами. Палеогеновые и неогеновые отложения подвергались интенсивному размыванию, в процессе которого формировалась четвертичная система. В сухой послеледниковый период образовались отложения слоистых песков в приречных районах Тобола, Исети и других рек Зауралья.

Литолого-фациальный состав четвертичных осадков, образовавшихся в результате размыва исходных палеогеновых и неогеноных преимущественно глинистых пород, сравнительно выдержан и представлен алевритами и глинами полигенетического, озёрного и иллювиального генезиса. Их мощность колеблется от одного метра на водораздельных пространствах до десятков метров в приречных равнинах. На водораздельной приподнятой равнине залегают полигенегические и озёрные отложения, тогда как на низинной равнине сформировались осадки аллювиального и озёрного происхождения.

Развитие рельефа и формирование четвертичных почвообразующих пород протекали в геологическом плане не однотипно. Так, размыв неогеновых и палеогеновых глин на водораздельных территориях Зауралья был значительно больше, чем в центральной части Западно-Сибирской низменности, например, на Тобол-Ишимском водоразделе. Пестроцветные соленосные глины неогена и палеогена сохранились в Далматовском, Шадринском, Чашинском, Щучанском, в целинном районах Курганской области, а также в Октябрьском, Еткульском, Увельском, Красноармейском районах Челябинской области. Они стали причиной развития солончакового и солонцового процессов почвообразования.

И все же на территории Зауралья до реки Тобол материнские породы представлены преимущественно четвертичными аллювиальными, озерно-аллювиальными и делювиальными суглинками. Мощность и механический состав их колеблется. На междуречных пространствах они представлены сравнительно небольшой мощности тяжёлыми жёлто-бурыми суглинками или лёгкой глиной. Почвообрачующие породы верхних террас Тобола и его притоков - Исети, Миасса, Уя - сложены также аллювиальными и озёрно-аллювиальными отложениями тяжелосуглинистого гранулометрического состава, но небольшой мощности. Ближе к речным долинам мощность отложений увеличивается, гранулометрический состав облегчается до среднего и лёгкого суглинка, а в ряде случаев сменяется на слоистые жёлто-бурые пески. В районах зауральского пенеплена делювиальные, «зачастую щебнистые и опесчаненные суглинки верхней части рельефа сменяются на отложения тяжелосуглинистого гранулометрического состава [по Кауричеву И. С., 1969].

Тяжёлые жёлто-бурые суглинки и глины на междуречьях являются продуктами аллювиального характера, зачастую содержат кристаллы гипса и на глубине 120-150 см подстилаются плотными, водонепроницаемыми глинами неогена. Делювиальные и аллювиальные суглинки, как правило, богатые карбонатом кальция в форме белоглазки, желваков и прожилок, не содержат подвижных солей сульфатов и хлоридов, а если и имеют, то в результате вторичного засоления. Суглинистый гранулометрический состав этих четвертичных почвообразующих пород и большое содержание в них кальция способствовали формированию плодородных черноземных почв. Однако в местах близкого залегания соленосных третичных глин на плоских водораздельных пространствах привело к формированию солончаково-солонцовых почв и на этих породах.

2.4 Природная растительность и структура посевных площадей

Общеизвестно, что растительность является главным движущим фактором почвообразования. Возникновение современной растительности, помимо факторов общефизического порядка (климат, геоморфологические особенности территории и др.), связано с деятельностью человека. Им созданы пахотные угодья, широко распространенные в настоящее время залежи, а также своеобразный облик лесных участков.

На растительность человек оказывает ряд косвенных воздействий. Например, вырубка леса вызывает изменения в окружающей травянистой растительности, так как растительность попадает в иные условия увлажнения, освещения и т.д. И все же сохранившиеся естественные лесные, луговые, лугово-степные и степные растительные группировки в достаточно полной мере обеспечивают протекание природных процессов почвообразования и могут послужить эталоном для оценки почвенных процессов на пашне.

Лесная растительность. Природные условия Зауралья таковы, что позволяют одновременно существовать лесной и степной растительности.

Для лугово-степной и степной растительности характерно обильное развитие однолетних злаков и двудольных растений. Одни из них способны выдерживать продолжительные засухи и недостаток влаги, другие - менее ксерофитные и сильной засухи не переносят. Растения визуально с малозаметными признаками ксероморфизма встречаются чаще в южных районах региона, то есть там, где осадков меньше, засуха продолжительнее. Растения, приближающиеся к так называемым мезофитам, встречаются чаще в северных районах, где если и бывают засушливые периоды, то они не носят характера специфических и постоянных особенностей климата.

Агрофитоценозы. Основным пользователем почвенного покрова Зауралья являются сельскохозяйственные предприятия. Возделывается большое количество сельскохозяйственных культур. Но в структуре посевных площадей преобладают зерновые и однолетние кормовые культуры.

Основным источником пополнения органического вещества в почве являются корневые и другие растительные остатки. Смена природных фитоценозов культурной растительностью существенно сказалась на интенсивности аккумулятивного процесса почвообразования. У однолетних зерновых злаков, кормовых и пропашных культур, которые господствуют в структуре посевных площадей, корневые и другие растительные остатки составляют в среднем 40% от общей биомассы. И только после уборки урожая сеяных многолетних трав на корневые и поукосные остатки приходится 60%.

Возврат органического вещества при возделывании зерновых и однолетних кормовых культур в 1,5-5,6 раза меньше, чем в природных травяных экосистемах. Поэтому важной проблемой в земледелии является сохранение плодородия почв, так как по сравнению с естественными условиями круговорот органического вещества и элементов питания изменяется в неблагоприятную сторону. Различия между агрофитоценозами и природными растительными группировками наиболее значительно выявляются при сравнении количества массы подземной части растений - корней. У яровой пшеницы корневая система составляет 2,19-2,43 т/га, или 36,6-38,3 % от всей биомассы, у ячменя - 1,83-2,04 т/га (34,1-35,8 %), овса - 2,61 т/га (38,1 %), кукурузы - 1,86- 2,55 т/га (27,9-45,3 %), и однолетних трав -2,18- 2,47 т/га (46,1-53,8 %). Только у многолетних сеяных трав масса корней по весу значительно превышает надземные органы растений. Многолетние травы по этому показателю приближаются к природным травяным группировкам, у которых, на корневую систему и её остатки приходится 77,9-78,2%, на надземную часть - 21,8- 22,1%.

Земельные ресурсы. По данным Комитета по земельным ресурсам и землеустройству Челябинской области площадь пахотных земель на первое января 1999 года составила 3082,7 тыс. га.

Большую роль в формировании почвенного покрова Зауралья играют свойства почвообразующих пород. Участие в почвообразовании засоленных неогеновых и палиогеновых глин явилось причиной формирования солонцовых и солончаковых почв в виде небольших пятен и обширных массивов. Даже для чернозёмов южных характерно повышенное содержание обменного натрия и магния в иллювиальных горизонтах. Близкое к поверхности залегание грунтовых вод и временное сезонное переувлажнение территории за счет верховодки при бессточности равнины и низкой фильтрационной способности подстилающих пород способствует формированию гидроморфных почв [по Кауричеву И. С., 1969].

3. Характеристика почв и почвенного покрова

Почвообразовательный процесс-процесс - это превращение горной породы в почву, развивающийся на фоне биологического и геологического круговорота веществ, совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще.

В степной зоне протекают три основных почвообразовательных процесса.

Гумусоаккумулятивный (дерновый) процесс почвообразования наиболее активно развивается под лугово-степной растительностью. Её растительные остатки имеют зольность 7-8%, содержат 1,0-1,4% азота. Сумма t > 100 = 2000-4000 0С. Водный режим периодически промывной или непромывной.

Разложение органических остатков осуществляется бактериями до минеральных соединений и простых органических кислот. Одновременно происходит синтез гумусовых кислот, которые нейтрализуются щелочными соединениями, преимущественно кальцием, и накапливаются в верхних горизонтах почвы. В составе гумуса аккумулируются углерод, азот, фосфор, калий и другие органогенные элементы. Иллювиирование полуторных окислов и коллоидных частиц выражено слабо или отсутствует. Формируется почва чернозёмного типа с благоприятными для микрофлоры и корневой системы растений физическими, физико-химическими и химическими свойствами: плотностью сложения, водным и воздушным режимом, реакцией среды, запасом элементов питания. Её профиль состоит из следующих генетических горизонтов: А1 + АВ + В + ВС + С. Переход от одного горизонта в другой постепенный.

Солончаковый процесс - это накопление водорастворимых солей в профиле почвы - с поверхности или на какой-то глубине. Участвуют в засолении главным образом сульфаты, хлориды и соли угольной кислоты (сода): Na2SO4, NaCI, CaCI2, MgCI2, NaHCO3 и Na2CO3. Наиболее токсичной является сода - NaHCO3 и Na2CO3. Высоко токсичны соли соляной кислоты - NaCI, CaCI2, MgCI2.

Растения угнетаются при суммарном содержании солей более 0,4%. Предельно допустимая их концентрация зависит от типа засоления. Многие растения страдают от концентрации более 0,15% солей хлоридно-содового, сульфатно-содового, содово-хлоридного, содово-сульфатного и хлоридного типов засоления, концентрации более 0,40% - сульфатно-хлоридного и хлоридно-сульфатного - более 0,25% и более 0,40% при сульфатном типе засоления.

Отрицательное действие солей проявляется, когда они находятся на глубине выше 150 см.

Солонцовый процесс почвообразования - это накопление обменного натрия в почвенном поглощающем комплексе (ППК). Отрицательные свойства чётко проявляются при содержании этого катиона в ППК более 10%, а при содержании более 20% - формируется почва солонец. Для солонцов характерны плохие физические и водно-воздушные свойства, щелочная реакция почвенной среды. Профиль солонцов включает следующие генетические горизонты: А1 + В1(солонц.) + В2 (возможное наличие солей) + ВС + С [по Ганжаре Н. Ф., 2001].

3.2 Краткая характеристика основных почв

Чернозём- это тип почв, формирующихся под степной и лесостепной растительностью субореального пояса. Образуются в основном на карбонатных материнских породах -- лёссах, лёссовидных глинах и суглинках, иногда на более древних известняках, песчаниках, мергелистых глинах в условиях непромывного или периодически промывного водного режима. Для чернозёма характерно накопление органических веществ в гумусово-аккумулятивном горизонте, высокое содержание в нём гумуса, хорошо выраженная комковато-зернистая структура, высокое потенциальное плодородие

Чернозёмы обладают хорошими водно-воздушными свойствами, отличаются комковатой или зернистой структурой, содержанием в почвенном поглощающем комплексе от 70 до 90 % кальция, нейтральной или почти нейтральной реакцией, повышенным естественным плодородием, интенсивной гумификацией и высоким, порядка 15 %. Чернозём в своём составе имеет самое большое количество гумуса, что и определяет его высокие плодородные свойства. Так же чернозём содержит большое количество других полезных веществ, необходимых растениям: азот, сера, фосфор, железо. Из-за плодородности, чернозём всегда очень ценился во всём мире. И сейчас чернозём - лучший вид грунта для выращивания овощей, фруктов, ягод. Для некоторых растений в чернозём следует примешивать торф, песок или компост, для разрыхления почвы, так как сам по себе чернозём не отличается высокой рыхлостью.

Солонцами называют почвы, содержащие в поглощенном состоянии большое количество обменного натрия, а в ряде случаев и магния. Профиль их резко дифференцирован и характеризуется неблагоприятными агрономическими свойствами. В отличие от солончаков солонцы содержат водорастворимые соли не в самом верхнем горизонте, а на некоторой глубине. Профиль солонца разделяется на отчётливо выраженные горизонты: гумусово-элювиальный (надсолонцовый) (A1), солонцовый, или иллювиальный (B1), и подсолонцовый (В2), переходный к почвообразующей породе (С).

Гумусово-элювиальный горизонт комковатой или пластинчатой структуры, слоистый, пористый, обеднённый илистой фракцией, и поэтому более лёгкого механического состава, чем ниже расположенный горизонт. Цвет этого горизонта различный: у солонцов пустынно-степной и сухостепной зон он светло-бурый или буровато-серый (каштановый), в солонцах степной или лесостепной зон -- тёмно-серый, иногда чёрный. Мощность горизонта от 2--3 до 20--25 см. Солонцовый горизонт более тёмной окраски -- тёмно-бурый или бурый с коричневым оттенком, столбчатой структуры, реже призматической, ореховатой или глыбистой. Столбчатые отдельности легко распадаются на ореховатые, на гранях которых отмечается глянцевидная лакировка. В сухом состоянии плотный, трещиноватый, во влажном -- вязкий, бесструктурный, мажущийся. Мощность солонцового горизонта от 7--12 до 25 см и более.

Подсолонцовый горизонт более светлой окраски, призматической или ореховатой структуры, содержит гипс и карбонаты. За ним выделяется горизонт скопления легкорастворимых солей (Сс). В слабо осолоделых отмечается постоянно присыпка SiO2, придающая горизонту A1 белёсый оттенок, в осолоделых выделяется между верхним и солонцовым переходный горизонт А1А2, в сильноосо­лоделых-- A2 [по Кауричеву И. С., 1969].

4. Экологическая оценка агроландшафтов и почв хозяйств района

почва степной экологический посевной

Агроландшафт - антропогенный ландшафт, с преобладанием в их биотической части сообществ живых организмов, искусственно сформированных человеком (антропобиоценозов) и заменивших естественные фито- и зооценозы на большей части территории.

Основой экологической оценки агроландшафта служит оценка устойчивости современного ландшафта и его оптимизация.

Под оптимальным ландшафтом понимают такой ландшафт, структура и функции которого максимально соответствуют возможностям и потребностям нормального сбалансированного развития отдельных его компонентов или определённым целям его использования [по Шишову Л. Л., 1991].

Оптимизация ландшафта - комплекс мероприятий по сохранению или модификации существующих или формированию новых связей между различными составляющими ландшафта в целях его рационального использования, сохранения полезных свойств, предупреждения их возможной утраты, установление максимально полного соответствия природного потенциала ландшафта социально-экономическим функциям задаваемых ему человеком.

КЭСЛ интегрирует качественные и количественные характеристики абиотических (метод 1) и биотических (метод 2) элементов ландшафта.

1. Абиотический метод основан на определении и сопоставлении площадей, занятых различными элементами ландшафта, с учётом их положительного или отрицательного воздействия на окружающую природную среду (формула 1):

ТОО «Арсинское»КЭСЛ1= 0,70 - состояние нестабильное

ТОО «Астафьевское»КЭСЛ1= 0,39 - нестабильность хорошо выражена

ТОО «Нагайбакское»КЭСЛ1= 0,26 - нестабильность хорошо выражена

ТОО «Северное»КЭСЛ1= 0,46 - нестабильность хорошо выражена

2. Биотический метод. Биотические элементы ландшафта оказывают неодинаковое влияние на его стабильность. Для оценки необходимо учитывать не только их площади, но и внутренние свойства, а также качественное состояние (влажность биотопа, структура биомассы, геологическое строение, местоположение и т.д.). [по Синявскому В. А., Синявскому И. В., 2000]. Расчёт проводится по формуле 2.

ТОО «Арсинское» КЭСЛ2= 0,33 - состояние нестабильное

ТОО «Астафьевское» КЭСЛ2= 0,25 - состояние нестабильное

ТОО «Нагайбакское» КЭСЛ2= 0,22- состояние нестабильное

ТОО «Северное» КЭСЛ2= 0,28- состояние нестабильное

КЭСЛ1 и КЭСЛ2 в целом отражают нестабильное состояние агроландшафтов в сельскохозяйственных предприятиях Нагайбакского района. Экологическую устойчивость почв можно наблюдать в таблице 1

Таблица 1 - Экологическая устойчивостьагроэкосистем

Дополнительные расчеты представлены в приложении 1

Вывод: В хозяйствах Нагайбакского района наблюдается нестабильность агроландшафта, что говорит об экологической неустойчивости района в целом.

4.2 Оценка экологического состояния почв на основе определения почвенно-экологического индекса