Почва, строение почв.

Классификация почвенных загрязнений.

Формирование различных типов почв.

Почва, строение почв.

ЗЕМЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ И ОХРАНА ПОЧВ.

Лекция 4.

4. Эрозия почв. Меры охраны почв от эрозии.

5. Засоление и рекультивация земель.

Почва - это поверхностный слои земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растительности, животных, микроорганизмов, материнской породы и является самостоятельным природным образованием.

Основателем научного почвоведения является русский учёный В.В.Докучаев (1846-1903), который впервые дал определение понятиям: "почва" и "почвенный профиль", выявил главные отличительные свойства и раскрыл сущность почвообразовательного процесса. К пяти факторам почвообразования, установленным В.В.Докучаевым: материнской породе, климату, рельефу и времени, растительным и животным организмам - позже была добавлена вода (почвенная и грунтовая) и хозяйственная деятельность человека.

Любую почву можно рассматривать как гетерогенную систему, состоящую из трех фаз: твердой (минеральный скелет, органические и биологические компоненты), жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух).

Твердая фаза почвы содержит основной запас питательных ве­ществ для растений. Она состоит на 90 % и более из сложных минера­лов и примерно на 10 % и менее из органических веществ, которые иг­рают очень важную роль в плодородии почвы. Почти половина твердой фазы почвы приходится на связанный кислород, одна треть - на крем­ний, более 10 % - на алюминий и железо, и только 7 % - на остальные элементы.

Совокупность мелкораздробленных (коллоидных) частиц почвы и органических веществ составляет почвенно-поглощающий комплекс (ППК). Суммарный заряд ППК большинства почв отрицательный, и тем самым он удерживает на своей поверхности в поглощенном состоянии в основном положительно заряженные ионы - катионы.

Почвенный раствор - наиболее подвижная и активная часть почвы, в которой совершаются разнообразные химические процессы и из которой растения непосредственно усваивают питательные вещества. Элементы питания, находящиеся в почвенном растворе, наиболее досту­пны для растений.

Почвенный воздух служит основным источником кислорода для дыхания корней растений. Он отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа и несколько меньшим – кислорода.

Строение почв характеризуют сочетанием генетических горизонтов. Генетическими называют те горизонты, которые образовались в результате общего почвообразовательного процесса, так что формирование каждого из присутствующих в почве горизонтов тесно связано (или даже обусловлено) формированием других горизонтов. Это проще всего проиллюстрировать на примере строения некоторых почв. Если заложить почвенный разрез (выкопать яму) с вертикальной передней стенкой, то на последней станет отчетливо видна последовательность генетических горизонтов.

В результате перемещения и превращения веществ почва расчленяется на отдельные слои, или горизонты, сочетание которых составляет профиль почвы.

Поверхностный горизонт, подстилка или дернина, состоит большей частью из свежеопавших и частично разложившихся листьев, веток, останков животных, грибов и других органических веществ. Окрашен обычно в темный цвет - коричневый или черный. Лежащий под ним гумусовый горизонт А1, как правило, представляет собой пористую смесь частично разложившегося органического вещества (гумуса), живых организмов и некоторых неорганических частиц. Обычно он более темный и рыхлый, чем нижние горизонты. В этих двух верхних горизонтах сконцентрирована основная часть органического вещества почвы и корни растений. О почвенном плодородии многое может сказать ее цвет. Например, темно-коричневый или черный гумусовый горизонт богат органическими веществами и азотом. В серых, желтых или красных почвах органического вещества мало, и для повышения их урожайности требуются азотные удобрения.

В лесных почвах под горизонтом А1 залегает малоплодородный подзолистый горизонт А2, имеющий светлый оттенок и непрочную структуру. В черноземных, темно-каштановых, каштановых и других типах почв этот горизонт отсутствует. Еще глубже во многих типах почв расположен горизонт В-иллювиальный, или горизонт вмывания. В него вымываются и в нем накапливаются минеральные и органические вещества из вышележащих горизонтов. Чаще всего он окрашен в бурый цвет и имеет большую плотность. Еще ниже залегает материнская горная порода С, на которой формируется почва.

Все горизонты почвы представляют собой смесь органических и минеральных элементов. Свыше 50 % минерального состава почвы составляет кремнезем (SiO₂), остальную часть могут составлять глинозем, оксиды железа, магния, калия, фосфора, кальция. Органические вещества, поступающие в почву с растительным опадом, включают углеводы, белки, жиры, смолы, дубильные вещества. Органические остатки в почве минерализуются с образованием более простых веществ (вода, диоксид углерода, аммиак и др.) или превращаются в перегной, или гумус.

Посредством почвы - важнейшего компонента биосферы - осуществляются эко-логические связи живых организмов с литосферй, педосферой, атмосферой.

Важнейшим свойством почвы является плодородие.Плодородие почвы - это совокупность свойств почвы, обеспечивающая высокую урожайность сельскохозяйственных растений, а также биологическую продуктивность естественных фитоценозов. Плодородие почвы зависит от оптимального содержания в ней питательных веществ (азота, фосфора, калия, микроэлементов), степени увлажненности, правильных методов агротехники, отсутствия вторичного засоления, процессов эрозии и др. Плодородие почвы определяют по наличию в ней гумуса.

Гумус- высокомолекулярные темно-окрашенные органические вещества почвы. Состоит из гуминовых кислот, образуется в результате биохимического разложения растительных и животных остатков. Содержит элементы питания растений, которые после разложения гумуса переходят в доступную для них форму. От его качества зависит плодородие почвы.

Различают плодородие естественное и искусственное, естественное определяется, в основном природными факторами, а искусственное осуществляется внесением удобрений и проведением; комплекса агротехнических мероприятий (мелиорация, севообороты, снегозадержание, водосберегающие технологии полива и др.).

 

1. Формирование различных типов почв.

Экологическая обстановка в природных зонах тесно связана с разнообразием почв на земном шаре. Только по американской классификации выделено более 100 больших групп почв. В советской классификации почв (1977 г.) на территории бывшего СССР выделено более 250 почвенных подтипов, которые, в свою очередь, подразделены на роды и виды. Это удивительное разнообразие почв выражено в особенностях их профильного строения, в химическом составе и свойствах, в сложении, плотности и других свойствах.

Различные почвы формируются под воздействием двух разнонаправленных процессов: накопления органического вещества и его выщелачивания органическими кислотами, которые образуются при разложении мертвых остатков растений (особенно лесной подстилки). Процесс выщелачивания наиболее развит в подзолистых почвах, накопления — в черноземах. Серые лесные почвы характеризуются одновременно и накоплением, и выщелачиванием органического вещества. В переувлажненных почвах процесс накопления гумуса происходит даже более интенсивно, чем в черноземах.

Почвы РФ разнообразны. На равнинах в зоне степей преобладают различные варианты черноземов (типичные, выщелоченные, карбонатные, оподзоленные), в зоне лесостепи и зоне широколиственных лесов — серые лесные почвы (темно-серые, светло-серые, серые). В зоне тайги формируются подзолистые почвы, под сухими степями и полупустынями - каштановые. Особые почвы формируются в условиях переувлажненных местообитаний - влажнолуговые, лугово-болотистые, торфяно-глеевые. В речных поймах распространены слоистые почвы (в прирусловой пойме, где отлагается обильный наилок легкого механического состава) и луговые дерновые почвы (в центральной пойме). На выходящих из сферы заливания участках в зависимости от зонального положения поймы могут формироваться почвы от подзолистых до черноземных.

Почвы горных территорий в целом повторяют равнинные, но отличаются укороченностью почвенного профиля и скелетом (т. е. наличием в почве гальки-хряща). В степной зоне почвы могут быть солончаковатыми (соли сконцентрированы сверху) и солонцеватыми (над соленосным горизонтом расположен верхний слой незасоленной почвы мощностью от 5—10 до 50 см).

По наличию типов почв территория Омской области делится на три зоны: южная таёжно-лесная, лесостепная и степная,

Таёжно-лесная зона имеет наиболее ограниченную площадь сельскохозяйственных угодий, около 600 тыс. га, и пашни - 294 тыс. га или 14%. Эта зона наиболее понижена и заболочена, длительно переувлажнена, грунтовые воды залегают на глубине 1-3 м. Основной земельный фонд представлен подзолистыми, болотными и луговыми почвами. Как правило, кислые, маломощные, с низким запасом гумуса, азота и фосфора. Количество гумуса в почве не превышает 2,5-3,0%. Каждый гектар пашни требует известкования, комплексного окультуривания. Наиболее пригодные под земледелие массивы почвы располагаются по приречьям и на водоразделах. Поля сложной конфигурации имеют вкрапления мелких контуров леса, разобщены оврагами, болотами и лесными массивами. Зона слабо освоена.

Лесостепная зона занимает наибольшую часть территории области (51,3%), сложная по рельефу, характеристике залегания грунтовых вод, почвенным образующим породам, по сочетанию, зональных и интразональных факторов, приводящих к формированию исключительно комплексного почвенного покрова. В почвенном покрове зоны господствуют сочетания, образованные лугово-чернозёмными. чернозёмно-луговыми и луговыми почвами, а также комплексами солонцов. Среднее содержание гумуса в почвенном покрове колеблется в пределах 4,0-5,0%.

Степная зона занимаетвсего 8,6% территории области, но она наиболее освоена в сельскохозяйственном отношении и распахана. Распашка земли в отдельных хозяйствах достигает 95%. Целинная залежь юга области была освоена в 1954 году в девяти степных районах (Таврическом, Черлакском, Щербакульском, Нововаршавском, Одесском,Оконешниковском, Павлогорадском, Полтавском, Русско-Полянском). Омская целина - это 1400 тыс. га, введенных в пашню целинных и залежных земель.

 

1. Классификация почвенных загрязнений.

Охрана почв от загрязнения является важной задачей человека, так как любые вредные соединения, находящиеся в почве, рано или поздно попадают в организм человека.

Во-первых, происходит постоянное вымывание загрязнения в открытые водоёмы и грунтовые воды, которые могут использоваться человеком для питья и других нужд.

Во-вторых, эти загрязнения из почвенной влаги, грунтовых вод и открытых водоемов попадают в организмы животных ирастений, употребляющих эту воду, а затем по пищевым цепочкам опять-таки попадают в организм человека.

В-третьих, многие вредные для человеческого организма соединения имеют способность аккумулироваться в тканях и прежде всего в костях.

По оценкам исследователей в биосферу поступает ежегодно около 20-30 млрд. т твердых отходов. Из них 50-60% органических соединений, а в виде кислотных агентов газового или аэрозольного характера - около 1 млрд. т.

Загрязнения почвы трудно классифицируются, в разных источниках их классификация даётся по-разному. Если обобщить и выделить главное, то наблюдается следующая картина по загрязнению почвы:

1. Мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами. В эту группу входят различные по характеру загрязнители смешанного характера, включающие как твёрдые, так и жидкие вещества, не слишком вредные для организма человека, но засоряющие поверхность почвы, затрудняющие рост растений на этой площади.

Твердые отходы -твердые вещества, образующиеся в промышленном производстве, сельском и коммунальном хозяйстве и не используемые как сырье для производства. Наибольший вклад в накопление твердых отходов вносит промышленность: в результате производства образуются большие объемы шлаков, золы, пустой породы, шламов очистных сооружений и т. д. Большой объем твердых отходов образуется на предприятиях металлургического и строительного комплексов. В РФ к настоящему времени на санкционированных и несанкционированных свалках накоплено около 100 млрд т твердых отходов.

Особую опасность представляют токсичные твердые отходы (отходы промышленных производств, содержащие мутагенные и канцерогенные вещества, шламы гальванические, шламы коксохимических заводов и др. Правительство РФ в июле 1996 г. приняло «Постановление о государственном регулировании и контроле трансграничных перевозок опасных отходов», в котором приведен список твердых отходов, импорт (транзит) которых на (через) территорию РФ запрещен, а экспорт подлежит государственному регулированию. По производству токсичных отходов РФ не является лидером. Из 338 тыс. т опасных твердых отходов мира мы производим только 20 тыс. т (США — 275 тыс. т). Уменьшение объема промышленных твердых отходов - одна из задач ресурсосбережения. Поверхности, занятые твердыми отходами горнодобывающей промышленности (отвалы пустой породы), подвергаются рекультивации. Специальной задачей является переработка и хранение твердых отходов атомной энергетики, которые могут вызывать радиоактивное загрязнение территории. Существуют специальные экономические механизмы для стимулирования уменьшения объемов твердых отходов. К числу наиболее объемных фракций твердых отходов относится бытовой мусор. Основным видом твердых отходов в сельском хозяйстве является навоз, который сравнительно легко вовлекается в реутилизацию.

2. Тяжёлыми металлами. Данный вид загрязнений уже представляет значительную опасность для человека и других живых организмов, так как тяжёлые металлы нередко обладают высокой токсичностью и способностью к аккумуляции в организме. Наиболее распространённое автомобильное топливо - бензин -содержит очень ядовитое соединение - тетраэтилсвинец - содержащее тяжёлый металл, свинец, который попадает в почву. Из других тяжёлых металлов, соединения которых загрязняют почву, можно назвать Сd (кадмий), Сu (медь), Сr (хром), Ni (никель), Со (кобальт), Нg (ртуть), Аs (мышьяк), Мn (марганец).

3. Пестицидами. Эти химические вещества в настоящее время широко используются в качестве средств борьбы с вредителями культурных растений и поэтому могут находиться в почве в значительных количествах. По своей опасности для животных и человека они приближаются к предыдущей группе. Именно по этой причине был запрещён для использования препарат ДДТ (дихлордифенил-фихлорметилметан), который является не только высокотоксичным соединением, но также обладает значительной химической стойкостью, не разлагается в течение десятков лет. Следы ДДТ были обнаружены исследователями даже в Антарктиде! Пестициды губительно действуют на почвенную микрофлору: бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли.

4. Радиоактивными веществами. Радиоактивные соединения стоят несколько обособленно по своей опасности, прежде всего потому, что по своим химическим свойствам они практически не отличаются от аналогичных нерадиоактивных элементов и легко проникают во все живые организмы» встраиваясь в пищевые цепочки. Из радиоактивных изотопов можно отметить в качестве примера наиболее опасный - 905г. (стронций-90). Данный радиоактивный изотоп имеет высокий выход при ядерном делении (2-8%), большой период полураспада (28,4 года), химическое сродство с кальцием, а, значит, способность откладываться б костных тканях животных и человека, относительно высокую подвижность в почве. Совокупность вышеназванных качеств делают его весьма опасным радионуклидом. 137Сs (цезий-137), 144Сe (церий-144) и 36С1 (хлор-36) также являются опасными радиоактивными изотопами. Хотя существуют природные источники загрязнения радиоактивными соединениями, но основная масса наиболее активных изотопов с небольшим периодом полураспада попадает в окружающую среду антропогенным путём: в процессе производства и испытаний ядерного оружия, из атомных электростанций, особенно в виде отходов и при авариях, при производстве и использовании приборов, содержащих радиоактивные изотопы.

5. Минеральные и органические удобрения. Обеспечение населения продовольствием является одной из глобальных проблем современности. Сейчас эту проблему можно решить не за счет увеличения сельскохозяйственных угодий, а за счет интенсификации земледелия. Один из путей - использование минеральных и органических удобрений.

Организация охраны почв при широком использовании минеральных и органических удобрений должна быть направлена на сбалансированность вносимых масс удобрений, с учетом конкретных почв и растений. Внесение удобрений должно быть максимально приближено к тем стадиям развития растений, когда они наиболее нуждаются в данных питательных веществах. Основная задача охранных мероприятий должна быть направлена на предотвращение выноса удобрений с поверхностными и подземными водными стоками и на недопущение поступления избыточных количеств вносимых элементов в продукцию сельского хозяйства.

Пути попадания загрязнения в почву. Различные почвенные загрязнители, большинство из которых антропогенного характера, можно разделить по источнику поступления:

1. С атмосферными осадками. Многие химические соединения, попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками , выпадают в почву. Это, в основном, газы - оксиды серы, азота и др. Большинство из них не просто растворяются, а образуют химические соединения с водой, имеющие кислотный характер. Так и образуются кислотные дожди.

2. Осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей. Твёрдые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают непосредственно в виде пыли и аэрозолей. Такие загрязнения можно наблюдать визуально, например, вокруг котельных зимой снег чернеет, покрываясь частицами сажи. Автомобили, особенно в городах и около дорог, вносят значительную лепту в пополнение почвенных загрязнений.

3. При непосредственном поглощении почвой газообразных соединений. В сухую погоду газы могут непосредственно поглощаться почвой, особенно влажной.

4. С растительным опадом. Различные вредные соединения, в любом агрегатном состоянии, поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения поступают опять-таки в почву.

 

4. Эрозия почв. Меры охраны почв от эрозии.

Под эрозией почвы понимают многообразные процессы разрушения и сноса почвенного покрова (иногда и почвообразующих пород) потоками воды или ветром. В связи с этим различают водную эрозию и ветровую эрозию, или дефляцию. Часто ветровую эрозию называют еще эоловой (Эол - греческий бог ветров).

Водная эрозия почвы. Водная эрозия широко распространена и наиболее разрушительна. Она возникает на склонах, развивается при неправильной обработке земли. Известно три вида водной эрозии: плоскостной омыв; ручейковая (струйная) и оврагообразование.

В результате плоскостного смыва прежде всего разрушаются почвы с разряженным растительным покровом, при этом постоянно и понемногу смывается поверхностный слой почвы, что в начальных стадиях часто остается незамеченным. Начинается с того, что капли дождя, ударяясь о землю и, разбрызгиваясь, увлекают за собой мелкие частицы почвы, которые, удерживаясь в воде в подвешенном состоянии, забивают поры почвы жидкой грязью и созидают грязевые потоки, стекающие с поверхности.

Ручейковая эрозия развивается во время дружного таяния снегов и при сильных ливнях. Вместе с талыми и дождевыми вода-ми с полей ежегодно сносится в водоёмы тысячи тонн почвы, в которых содержатся биогенные (питательные) элементы - азот, фосфор, калий и др.

Образование оврагов происходит, когда ручейковая эрозия не ограничивается смывом почвы, а захватывает и материнские породы, проникает до твёрдых подстилающих пород. Если размыву ничто не препятствует, он превращает мелкие промоины в более глубокие, которые постепенно растут и превращаются в овраги.

Разновидностью водной эрозии является также ирригационная эрозия, которая возникает при поливе большими нормами воды, а также при нарезке борозд со значительным продольным ук-л;>ном.

Ветровая эрозия почвы.Ветровая эрозия, или дефляция (от 1-ггинского <1еЫаге - сдувать), наиболее сильно проявляется в южных степных районах нашей области. Ветровая эрозия свойственна, главным образом, обнаженной, сухой, распылённой почве. Она может возникать на любом поле с изрезанным растительным покровом, в том числе и на поле, где только что появились всходы культурных растений. Черноземы юга области, в основном, маломощные, пахотный горизонт не превышает 15-20 см. Необходимо учесть также, что температурный режим почв в связи с малой облесенностью совершенно иной, в отличие от других зон процессы минерализации здесь протекают несоизмеримо интенсивнее, что само по себе служит фактором излишнего окисления, вымывания и выветривания гумуса в виде продуктов распада. Земля при неправильном, неосторожном с ней обращении становиться игрушкой ветра. При ветровой эрозии ветер обычно перемещает по поверхности мелкие комочки почвы (менее 1 мм в диаметре). При усилении ветра эти комочки не только прокатываются по поверхности поля, но и перебрасываются в приземном слое воздуха скачками, каждый раз на 3-4 м. Такое перекатывание и перелетание напоминают зимнюю позёмку, когда ветер гонит снег по полю. Комочки почвы переносимые воздушными потоками, приобретают значительную разрушительную энергию.

Меры охраны почв от эрозии. Борьба с водной эрозией почв ведется разными способами. Наиболее эффективный противоэрозийный приём, обеспечивающий резкое сокращение стока воды, - безотвальная глубокая пахота. В этом случае почва больше вбирает в себя воды и дольше её удерживает. Растения на такой почве глубже пускают корни, имеет больший запас пищи, поэтому они сильнее развиваются и лучше защищают почву от смыва.

Для сокращения поверхностного стока и увеличения влагоёмкости почвы практикуют также вспашку с одновременной поделкой валов, микролиманов, прерывистых борозд и лунок, проводят снегозадержание. С этой целью на убранных полях оставляют стерню, разбрасывают по поверхности почвы солому, высевают поперёк поля с расстоянием в 50 м кулисы. Кулисы способствуют накоплению снега в малоснежную зиму до 45-47 см, в снежную до 64-92 см в сравнении с бескулисовым полем (11-16 см и 20-25 см.). Во всех районах проявления водной эрозии простейший и доступный приём ослабления поверхностного стока и повышения урожаев - обработка почвы и размещения сельскохозяйственных культур поперёк склонов.

Для борьбы с образованием оврагов успешно применяют простейшие гидротехнические сооружения (водоотводные валы, перемычки из хвороста), а также посадку деревьев, кустарников и травянистых растений. Роль растений двойная: они физически защищают почву от смыва и снижают скорость течения воды за счёт увеличения гидравлического сопротивления поверхности русла, что в свою очередь уменьшает смывающее и абразивное действие потока. Когда скорость воды значительно замедляется, происходит отложение илистых частиц, несущихся с водой. Наносы благоприятствуют росту растений. Для закрепления русла оврагов используют иву, тополь, бобовые и злаковые растения с мощной корневой системой, дающие прочную дернину.

Борьба с ветровой эрозией предусматривает:

1. Защиту полей от ветра;

2. Сохранение в почве влаги, так как влажная почва более прочная, на ней быстрее и гуще развиваются растения, которые препятствуют разрушительному воздействию ветра;

3. Соблюдение агротехнических правил и приёмов при обработке почвы.

Лесомелиоративные мероприятия по защите почв от ветровой эрозии предусматривают создание ветрозащитных лесных полос по границам полей севооборотов с расстоянием между ними 400-600 м. В настоящее время в области насчитывается 190 тыс. га