Охрана почв. Учебник

Савич В.И., Седых В.А., Гераськин М.М.

Возрастное ограничение: 0+ Жанр: Наука Издательство: Проспект Дата размещения: 04.07.2016 ISBN: 9785392213658 Язык: Объем текста: 360 стр. Формат: epub

Оглавление

Введение

I. Законы экологии и земледелия, определяющие генезис, эволюцию, плодородие и деградацию почв

II. Зоны экологического неблагополучия на территории России

III. Свойства, процессы и режимы почв как показатели, определяющие их плодородие и деградацию

IV. Почвообразовательные процессы и их влияние на плодородие и деградацию почв

V. Влияние антропогенного воздействия на деградацию почв

VI. Влияние сельхозиспользования на плодородие и деградацию почв

VII. Критерии деградации почв

VIII. Геохимические барьеры и их роль в оптимизации обстановки при деградации почв

Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу

IV. Почвообразовательные процессы и их влияние на плодородие и деградацию почв

IV.1. Агроэкологическая оценка подзолообразования

Агрономическая, экологическая и экономическая значимость проблемы

Кислотно-основной режим почв в значительной степени определяет их генезис, плодородие и экологические функции. Показатель рН почв колеблется от 2,5 до 11. Оптимальное для развития растений значение рН составляет для большинства сельскохозяйственных культур от 5,5 до 7,5. Однако некоторые культуры требуют специфических значений рН (например, чай — около 4). Оптимальные значения рН для большинства агрономически ценных групп микроорганизмов также колеблются в пределах от 6 до 7. В зависимости от рН среды в значительной степени изменяется содержание гумуса и его подвижных форм, содержание подвижных и водорастворимых форм соединений элементов питания и токсикантов, их миграционная способность в почвенном профиле и в ландшафте.

Выделяются следующие природные факторы подкисления почв: кислые, бескарбонатные почвообразующие породы; корневое питание растений; разложение растительных остатков; выщелачивание оснований; природные, кислые выпадения. Среди антропогенных факторов подкисления выделяются следующие: изменение систем землепользования и агротехнологий, мелиоративные мероприятия, нерациональное применение удобрений (форм и доз), индустриальные и городские отходы и сточные воды, жидкие и твердые кислые атмосферные выпадения.

По данным агрохимслужбы России на 1 января 1992 г. из 14,1 млн га обследованной в Центральном Нечерноземье пашни кислые почвы составляют 56%. В Центральном Черноземье выявлены 5,2 млн га кислых почв, что составляет 49,6% общей площади обследованных земель. Подкисление почв приводит к резкому снижению их биопродуктивности, к деградации самих почв и биоты водоемов, к увеличению загрязнения почв и вод водорастворимыми формами соединений тяжелых металлов.

Устойчивость почв к подкислению в значительной степени определяет их экологические и агрономические функции. Устойчивость обусловлена твердой, жидкой и в меньшей степени газообразной фазами почв; органическими, минеральными и органоминеральными компонентами, а также ферментативной и микробиологической активностью.

Агроэкологическая оценка подзолообразования и часто связанного с ним временного анаэробиозиса обусловлена, с нашей точки зрения, следующими факторами.

Агрономическая роль подзолообразования обусловлена следующими процессами: 1) подкислением среды, 2) падением плодородия; 3) падением урожая сельхозкультур; 4) потерей биофильных элементов при их миграции в воды; 5) ограничением в наборе выращиваемых культур; 6) меньшей устойчивостью почв к эрозии; 7) загрязнением сельхозпродукции и вод свинцом, кадмием, железом, марганцем, алюминием; 8) изменением в неблагоприятную сторону соотношения железа к кальцию; 9) повышением содержания и подвижности железа, алюминия, марганца; 10) необходимостью более частого известкования и увеличением доз мелиоранта; 11) снижением азотфиксации и нитрификации; 12) преобладанием в почве трудноусвояемых фосфатов железа и алюминия; 13) потерей оструктуренности почв; 14) образованием уплотненного иллювиального горизонта; 15) уменьшением биоразнообразия; 16) уменьшением емкости поглощения почвами катионов и влажности почв.

Рассматриваемые вопросы

1. Причины деградации почв при их подкислении и развитии подзолообразования.

2. Изменение свойств, процессов и режимов почв при подкислении и подзолообразовании.

3. Пути оптимизации обстановки и охраны почв на кислых почвах.

Причины деградации почв при их подкислении и развитии подзолообразования

Подзолообразовательный процесс, очевидно, может протекать под влиянием ряда факторов, значимость которых зависит от конкретных ситуаций. Гедройцем К. К. предлагалась водородная теория подзоло­образования. Ремезов Н. П. считает фактором подзолообразования ион аммония, а в последующих работах автор считал важнейшим условием разложения минералов микроорганизмы.

Роде А. А. (1937) в монографии «Подзолообразовательный процесс» отмечает, что важным фактором в развитии подзолообразования является отставание скорости разложения растительного опада от скорости выщелачивания продуктов разложения. Чем в большей степени выражено это отставание, тем больше остается в подстилке свободных органических кислот, приводящих при миграции к оподзоливанию. В 1944 г. Роде А. А. выдвинул гипотезу об оподзаливающей роли живых корневых систем растений при поглощении растениями катионов в обмен на Н+.

В основу теории подзолообразовательного процесса, по Вильямсу В. Р., лежит признание ведущей роли растительности, определяющей особенности водного режима и биохимии среды. Это обусловлено кислым составом опада растений, преимущественно грибным типом разложения опада в связи с его кислой реакцией и наличием дубильных веществ, нисходящим током воды к основной массе корневых систем на глубине 50–100 см.

В основе теории Яркова С. П. (1954) лежит тезис о ведущей роли в образовании подзолистых почв окислительно-восстановительных условий. Наличие в верхних горизонтах временного анаэробиозиса приводит к образованию органических кислот. Данный процесс сменяется затем нисходящим током воды, аэробным разложением, миграцией (Пономарева В. В., 1954).

Кауричев И. С., в продолжение исследований Яркова С. Н., обосновал влияние смены окислительно-восстановительных условий на расшатывание кристаллических решеток минералов и их разложение.

Развитие подзолообразования усиливается при большем образовании фульвокислот и низкомолекулярных органических кислот, что, несомненно, обусловлено химическим и биохимическим составом опада и развитием бактериальной и грибной микрофлоры. Ведущую роль в развитии подзолообразования играет и промывной тип водного режима при усилении его за счет всасывающего действия корней на определенной глубине почвенного профиля. Однако в условиях влажных тропиков и субтропиков развитие подзолообразования наблюдается далеко не всегда.

Развитие анаэробных условий приводит в основном к увеличению доли образования низкомолекулярных кислот, что усиливает развитие подзолообразования, но не является необходимым требованием. Это хорошо иллюстрирует образование подзолов на песках в районах Карелии.

Очевидно, развитие подзолообразования обусловлено сочетанием определенных факторов: промывного типа водного режима, наличия кислого опада с большой долей дубильных веществ, значительным влиянием на разложение растительных остатков грибной микрофлоры, отсутствием карбонатности пород и малых количеством оснований в них. Большое значение в процессе подзолообразования имеет учет нескольких факторов геохимических, климатических, растительных ассоциаций и их сукцессий, состава опада и условий его разложения, устойчивости почв к кислотному гидролизу, продолжительности воздействия на почву факторов подзолообразования.

Эффект действия внешних факторов на развитие подзолообразования зависит от устойчивости почв, очередности воздействия факторов, последовательности протекания реакций оподзаливания, чередования отдельных этапов эволюции почв. Например, подзолообразование может развиваться на исходных породах, на пойменных почвах, при опускании уровня грунтовых вод и изменении русла реки, на гидроморфных почвах после опускания уровня грунтовых и поверхностных вод; на дерновых и дерново-подзолистых почвах при смене травянистой растительности и смешанных лесов на хвойные и т. д. Особенности подзолообразования проявляются на песчаных, глинистых, карбонатных породах.

Развитие элювиального процесса определяется экстенсивными и интенсивными параметрами мигрирующих почвенных растворов: рН и содержанием кислых функциональных групп, константами устойчивости образующихся комплексов двух- и поливалентных катионов с органическими лигандами и количеством лигандов в растворе, участвующих в комплексообразовании, константами полувосстановления Fе, Мn, S, NО3, функциональных групп органических соединений и количеством восстановленных соединений в мигрирующих растворах.

Действие растительности на развитие подзолообразования определяется массой опада, химическим и биохимическим составом опада, параметрами его кислотно-основного, окислительно-восстановительного состояния и комплексообразованием. Поэтому в ряде случаев под хвойным лесом с рН опада около 3 оподзаливание слабее, чем под смешанным лесом. Указанные параметры зависят и от сукцессионных изменений растительного покрова и связанных с ними сукцессионных изменений микробиологической активности почв. При этом причина определяет следствие, но следствие влияет на причину. Так, растительность определяет изменение свойств почв, но и изменение свойств почв влияет на сукцессию растительного покрова и биоты почв.

Образование иллювиального горизонта в подзолистых почвах и осаждение там полуторных окислов обусловлено механическим барьером, сорбционными барьерами по типу физико-химической поглотительной способности, осадкообразования, комплексообразования. Осаждение в этом горизонте железа и марганца обусловлено увеличением в нем Еh и переходом Fе2+ в Fе3+ и Мn2+ в Мn4+. Осаждение железа, марганца, алюминия связано также с образованием осадков их гидроокисей при более нейтральных значениях рН в этих горизонтах, по сравнению с А0А1. Увеличение содержания илистой фракции в горизонте В (частично в связи с лессиважем) приводит к возрастанию в нем и емкости поглощения катионов, а следовательно, сорбций по типу ионного обмена Fе2+, Мn2+, А13+. При движении вниз по профилю водорастворимых органических веществ происходит их интенсивное насыщение железом, марганцем, алюминием и выпадение комплексов в осадок в виде органоминеральных пленок на гранях структурных отдельностей.

Грани и слои структурных отдельностей имеют неодинаковый химический состав, обусловленный нисходящей, восходящей и боковой миграцией в почвах, разным составом мигрирующих вод в отдельные годы и сезоны, с изменением массы растительного опада и степени разложения органического вещества при сукцессии растительного покрова.

Факторы деградации

Деградация почв под влиянием протонной нагрузки обусловлена кислотными осадками, внутренними источниками протонов в почве, подкислением среды при сельскохозяйственном использовании почв. Образование кислотных осадков обусловило окисление в воздухе окислов азота и серы.

Концентрация SO2 в мкг/м3 в городе составляет 50–100; над океаном — 0,1; концентрация азота в воздухе городов достигает 10–100 мкг / м3; над океаном — 0,25. Концентрация кислот в атмосферном воздухе достигает 0,1 мг/м3. По данным Парамоновой Т. А., для региона восточной Литвы среднегодовое поступление сульфатов и нитратов с осадками соответственно 19,5 и 12,0 кг/га. По данным Ulrich B. Z., протонная нагрузка на почву в районах выпадения кислых осадков составляет 4–6 кмоль Н+ на 1 га. При этом рН осадков часто достигает 3–4. Кислотность атмосферных осадков, поступающих в почву, существенно меняется при их прохождении через кроны деревьев (на 0,2–0,6 ед. рН), при этом существенно увеличивается (на 10–30 мг/л) и их минерализация.

В литературе при оценке устойчивости почв к кислотным осадкам учитывают только протонную нагрузку — количество ионов водорода, попадающих в почву. Однако устойчивость почв к воздействию кислых осадков в значительной степени зависит от комплексообразующей способности кислых продуктов. Конкурирующее комплексообразование усиливает разрушение твердой фазы почв. Поступающие в почву с кислыми осадками ионы водорода являются катализаторами дальнейших биологических процессов подкисления почв. В почвенном покрове увеличивается доля хвойных пород, более устойчивых к подкислению, что способствует образованию более кислого опада. Кислая реакция среды верхнего горизонта приводит к увеличению роли в разрушении продуктов опада грибной микрофлоры, что в конечном итоге также ведет к образованию более кислых продуктов. Подкисление почв приводит к разрушению структуры почв и, как следствие, к развитию временного анаэробиозиса, сопровождающегося образованием низкомолекулярных карбоновых кислот.

Поступление кислых продуктов в почву возможно не только за счет кислых осадков, но также при поглощении корнями растений катионов в обмен на Н+, выделяемых корнями; при внесении физиологически кислых удобрений типа (NH4)2SO4, при развитии определенных групп ферментов и микроэлементов, при протекании в почве ряда физико-химических реакций. Внутренними источниками протонов являются преимущественное поглощение растительностью анионов, по сравнению с катионами; минерализация, трансформация и окисление органического вещества, окисление азотистых и некоторых других соединений.

Буферность почв к подкислению

Буферность почв к протонной нагрузке может быть выражена величиной ΔН+почв/ ΔНдобавл, где ΔН+(д) — изменение количества добавленных к почве ионов водорода мг-экв/100 г почв; ΔН+почв — изменение количества поглощенных почвой ионов водорода. Так как в почве существуют различные функциональные группы, обладающие буферностью в разных диапазонах рН, то правильнее использовать интегральную зависимость: для заданных интервалов Н+добавл или Н+почв. Изменение количества в почве поглощенных ионов водорода влияет на разные свойства почв Х = f ·(H+). Поэтому для практических целей в ряде случаев перспективны зависимости типа ΔрНпочв / ΔН+добавл; ΔАlпочв / ΔН+добавл; ΔХпочв / ΔН+добавл, где Х — функциональное свойство почвы, имеющее большое практическое значение в конкретной ситуации.

Буферность почв к воздействию кислотных осадков или кислых продуктов, поступающих в почву и образующихся в почве, зависит от буферности почв к протонной нагрузке — ΔХпочв / ΔНдобавл; к восстановлению — ΔХпочв/ΔRedдобавл; к воздействию лигандов, обладающих комплексообразующей способностью — ΔХ/ΔКкомп. В свою очередь, действие на почву протонной нагрузки определяется рН среды и количеством кислых продуктов.

Буферность почв к ионам водорода неодинакова для разных типов почв, горизонтов. По данным Ивановой С. Е., запасы буферных компонентов к кислоте составляли в органогенных горизонтах 50…300 ммоль / м2; а в минеральных — 1000…7000 ммоль/м2. По данным Bache B. W., буферная емкость карбонатных почв составляла до 1000 экв/м2; а для некарбонатных почв — от 10 экв/м2 для песчаных почв до 100 экв/м2 для торфяных почв. При выражении буферности в мг-экв на 100 г почвы она составляла 8…34 (Mantylahti V.). Буферность выражается и в мг-экв Н+ на 1 кг почвы для сдвига рН на 1 единицу. По данным Federer C., эта величина достигала 100 мг-экв/кг (очевидно, что в разных интервалах рН эта величина будет неодинаковой). Binkley Dan оценивает буферность по скорости снижения способности почв к нейтрализации кислот (1,3 кмоль/га ежегодно); скорости снижения содержания обменных оснований в почве (2,2 кмоль/га ежегодно). Ниже приведена классификация буферных систем почв к подкислению.

Таблица 5

Буферные системы нейтрализации протонов в почвах (Ulrich B.)

Устойчивость почв к протонной нагрузке увеличивается с утяжелением гранулометрического состава, емкости поглощения, доли минералов с высокой емкостью катионного обмена, с увеличением содержания гумуса, суммы поглощенных оснований, СаСО3, MgCO3, с увеличением буферности почв в кислом интервале, чаще с увеличением рН среды. Устойчивость почв к протонной нагрузке уменьшается с увеличением подзолистого горизонта и степени оподзоленности, с увеличением продолжительности временного анаэробиозиса, с уменьшением рН опада и увеличением в нем доли дубильных веществ и смол, с увеличением массы опада, на вогнутых склонах и понижениях, при усилении промывного типа водного режима, при усилении элювиального процесса под определенными насаждениями, при увеличении комплексообразующей способности мигрирующих кислых продуктов (при усилении деградации почв и компонентов биогеоценоза по другим параметрам).

Изменение свойств почв, процессов и режимов в результате их деградации в связи с подкислением и развитием подзолообразования

Подкисление почв вызывает существенное изменение их свойств. Отмечается снижение минерализации органического вещества до углекислого газа, скорости аммонификации, существенное изменение подвижности железа, марганца, алюминия, вымывание из почв кальция, магния, калия, натрия; изменение емкости поглощения почв. При этом характер происходящих изменений в разных почвах неодинаков.

При постепенном подкислении почв за счет кислых осадков последовательно протекают следующие химические процессы. При рН = 5,6 происходят преимущественно реакции ионного обмена; при рН = 3,5 — реакции ионного обмена с вероятным последующим гидролизом соединений алюминия и частичное растворение гидроксидов алюминия; при рН = 2,5 кроме перечисленных реакций происходит частичное разрушение алюмосиликатов и переход в раствор больших количеств алюминия, железа, марганца; при рН = 1,5 дополнительно наблюдается адсорбция сульфатов и протонирование органических анионов (Елизарова Э. Г., Орлов Д. С.). По данным авторов поступление кальция и магния в раствор после обработки почв кислыми осадками осуществляется в результате двух последовательных реакций: быстрой — обменной и медленной — трансформации решеток глинистых минералов. Однако в разных типах почв преобладающие при подкислении реакции отличаются.

Характер взаимодействия кислотных осадков с почвой зависит от преобладания в почвах органических или минеральных компонентов, рН и Eh почв, генетических особенностей почв. В лесных подстилках подзолистых почв протон кислоты связывается с анионом угольной кислоты и органическими анионами. Способность почвенного раствора нейтрализовать кислоту может быть ориентировочно оценена по содержанию в растворе кальция, магния, калия.

Предельно допустимые уровни воздействия

Предельно допустимые уровни воздействия протонной нагрузки на почву различаются для кислотных выпадений, доз физиологически кислых удобрений или кислых отходов сельскохозяйственного и промышленного производства, концентраций ионов водорода, появляющихся в почвах в результате протекающих почвообразовательных процессов и принятых систем земледелия. При этом предельно допустимыми являются значения рН, содержание ионов водорода в почве и их доля среди обменных катионов в ППК. С агрономической точки зрения неблагоприятными для выращивания большинства сельхозкультур являются почвы с рН(КС1) менее 5,5 и степенью насыщенности основаниями менее 75%. В этом случае рекомендуется известкование почв.

Среди методов определения критических нагрузок выделяют следующие: подсчет выноса элементов в процентах от их поступления; оценку изменения молярных соотношений между элементами питания; определение степени угнетения растительности и флористического состава напочвенного покрова; использование балансового метода и расчет критических нагрузок с помощью математических моделей. Существуют различные классификации чувствительности почв к кислым осадкам. По классификации McFee величину предельной кислотной нагрузки относят к емкости поглощения почв.

Пороговые значения протонной нагрузки составляют, по данным различных авторов, следующие величины. Для серой лесной почвы и чернозема соответственно: 882 и 912 к-экв/га в год (Елизарова Э. Г., Орлов Д. С.). Для дерново-подзолистых почв — 2…6 к-экв/га в год (Киселева В. В.). Для чувствительных к подкислению почв — 117 к-экв/га в год (Leyine). По данным Киселевой В. В., протонная нагрузка от НПО «Азот» в период интенсивного загрязнения в десятки раз превосходила скорость освобождения кальция, магния, калия при выветривании минералов и составляла 30 к-экв/га в год. После снижения загрязнения протонная нагрузка в большинстве профилей дерново-подзолистых почв не превышала 0,5 к-экв/га в год, что меньше или равно скорости освобождения катионов при выветривании. По данным указанного автора, критические нагрузки в зависимости от свойств почв и экосистем составляют 0,3…3 кг/га для протонов и 3…50 кг/га — для азота.

На основании определения рН почв для целей сельскохозяйственного использования составляют картограммы кислотности почв в масштабе 1 : 10 000; 1 : 5000; 1 : 25 000. На основании таких картограмм рассчитывают дозы и количество извести, которые необходимо внести на отдельные поля, севообороты, хозяйство. Для оценки общей ситуации с подкислением почв составляются обзорные карты степени кислотности отдельных районов, областей. Они позволяют определить территории с наиболее неблагополучным кислотно-основным состоянием почв как с точки зрения выращивания сельскохозяйственных культур, так и с точки зрения экологической оценки почв. На основании анализа свойств почв и интенсивности выпадения кислотных осадков составляются карты-схемы опасности деградации почв за счет подкисления.

Градации степени деградации почв в связи с их подкислением и развитием подзолообразования

Учитывая ухудшение плодородия почв при подкислении, в литературе приводятся коэффициенты продуктивности для почв разной степени подкисления. Так, по данным сборника «Природно-техногенные воздействия …» (2000), установлены следующие коэффициенты.

Пахотные земли — при слабой степени подкисления урожай сельхозкультур, устойчивых к подкислению, не снижается — К = 1; для менее устойчивых К = 0,90–0,95; при средней степени подкисления эти коэффициенты равны соответственно 0,90–0,95 и 0,80–0,85 на почвах черноземной зоны и 0,80–0,85; 0,70–0,75 — на серых лесных и дерново-подзолистых почвах. При сильной степени подкисления на почвах черноземной зоны коэффициенты для более устойчивых к подкислению культур составляют 0,70–0,80; для серых лесных и дерново-подзолистых почв 0,60–0,70. Для кормовых угодий — слабая степень подкисления — К = 1; средняя степень подкисления на черноземах — К = 0,90–0,95; на серых лесных и дерново-подзолистых почвах К = 0,80–0,85. Для лесных угодий К = 1.

Гришина Л. А. (1994) приводит следующую систематизацию почв по чувствительности к действию подкисления. Чувствительные почвы — умеренно кислые с рН более 4 и менее 6; с емкостью катионного обмена менее 6,2 мг-экв/100 г в слое 0–25 см; некарбонатные песчаные с рН примерно 6; умеренно кислые песчаные и опесчаненные с содержанием гумуса менее 200 т/га. Слабо чувствительные почвы — с емкостью катионного обмена 6,2–15,4 мг-экв/100 г; некарбонатные глинистые с рН около 6; окультуренные с рН около 5, кислые с рН менее 5; умеренно кислые легкосуглинистые на лессах с содержанием гумуса менее 200 т / га; умеренно кислые суглинистые и глинистые с содержанием гумуса более 200 т/га. Нечувствительные к подкислению почвы — нейтральные с рН более 6 и сильно кислые с рН менее 4; почвы с емкостью катионного обмена более 15 мг-экв/100 г, карбонатные (Bache B. W., 1980; McFee W. W., 1983; Wilkander L., 1979; Varallyay G., 1989).

Критические нагрузки к подкислению почв зависят и от их минералогического состава. По Nilsson, Greenfield (1988) очень чувствительные к подкислению почвы содержат в основном минералы кварца, К-полевые шпаты. Критическая нагрузка (КН) на них до 20 кмоль Н+ на км2 в год. Чувствительные к подкислению почвы содержат в основном минералы мусковит, плагиоклазы, биотит. КН на них 20–50 кмоль Н+ на км2 в год. Средней чувствительности к подкислению почвы содержат в основном минералы: биотит и амфиболы. КН = 50–100. Для слабо чувствительных к подкислению почв характерно преобладание минералов: пироксенов, эпидота, оливинов. КН = 100–200. Для нечувствительных к подкислению почв характерно преобладание карбонатов. Критическая нагрузка на них Н+ превышает 200 кмоль/км2 в год.

Влияние подкисления на ценность почв, их плодородие как средство сельскохозяйственного производства обусловлено: 1) влиянием на урожай; 2) влиянием на качество урожая; 3) влиянием на содержание подвижных форм элементов питания; 4) влиянием на содержание подвижных форм токсикантов; 5) влиянием на другие агрономически важные свойства почв (физико-химические, физико-механические, протекторные функции, биоту и т. д.); 6) влиянием на эволюцию почв; 7) влиянием на эффективность вкладываемых фондов; 8) влиянием на состав вод; 9) влиянием на приземный состав воздуха; 10) влиянием на устойчивость почв к различным видам деградации.

Пути оптимизации обстановки

При подкислении почв и развитии подзолообразования производят известкование почв при рНКС1 < 5,5 и степени насыщенности основаниями менее 75%. Дозы извести рассчитывают по гидролитической кислотности, плотности почв, мощности пахотного слоя, по рН и гранулометрическому составу почв, по величине ΔрН на 1 т СаСО3, характерной для конкретных почв, севооборотов и климатических условий. При более низких значениях рН почв более тяжелого гранулометрического состава, при загрязнении почв тяжелыми металлами дозы СаСО3 выше. Временное избыточное увлажнение при промывном типе водного режима способствует подкислению почв, и его устранение уменьшает интенсивность подзолообразования.

В значительной степени уменьшает интенсивность развития подзолообразования правильная агротехника, применение физиологически щелочных удобрений и системы севооборотов с увеличенной долей многолетних трав. При этом, с одной стороны, корневые системы трав подтягивают Са, Мg, К из нижних горизонтов в пахотный слой, с другой стороны, с увеличением массы корней увеличивается биохимическое выветривание и переход Са, Мg, К из необменного в обменное состояние.

Нерешенные вопросы

Развитие подзолообразования обусловлено сочетанием факторов, роль которых для разных конкретных условий отличается. При расчете доз извести не учитывают растворимость СаСО3 в конкретных условиях, константы обмена Са на Н и в заболоченных почвах — на Fе2+ и А13+, скорость процессов, изменение эффекта известкования от влажности, температуры, комплексообразующей способности водорастворимых органических веществ почвенных растворов.

Контрольные вопросы для проверки знаний

1. Перечислите причины развития подзолообразования и подкисления почв.

2. В чем суть изменений свойств, процессов и режимов почв при подзолообразовании и подкислении?

3. Охарактеризуйте устойчивость отдельных типов почв и почв разного гранулометрического состава к подкислению.

4. Какие способы расчета доз извести вам известны?

Задания для самостоятельной работы

1. Обоснуйте наиболее вероятные причины развития подзолообразовательного процесса.

2. Предложите новые методы оптимизации свойств кислых почв.

Список рекомендуемой литературы

1. Козловский Ф. И. Современные естественные и антропогенные процессы эволюции почв. М.: Наука, 1991. 196 с.

2. Пономарева В. В. Теория подзолообразовательного процесса. М.; Л.: Наука, 1964. 375 с.

3. Почвообразовательные процессы / под ред. М. С. Симаковой, В. Д. Тонконогова. М.: Почв. ин-т им. В. В. Докучаева, 2006. 510 с.

4. Роде А. А. Генезис почв и современные процессы почвообразования. М.: Наука, 1984. 255 с.

5. Савич В. И. Физико-химические основы плодородия почв. М.: РГАУ-МСХА, 2013. 431 с.

6. Седых В. А., Савич В. И. Агроэкологическая оценка почвообразовательных процессов. М.: РГАУ-МСХА, 2014. 400 с.

7. Шильников И. А., Сычев В. Г., Зеленов Н. А., Аканова Н. И. Известкование как фактор урожайности и почвенного плодородия. М.: ВНИИА, 2008. 340 с.

8. Ярков С. П. Почвы лесолуговой зоны. М.: 1961, 318 с.

IV.2. Агроэкологическая оценка оглеения почв

В мире очень влажные почвы составляют 596 млн га, или 4% от общей площади суши (Розанов А. Б., Розанов Б. Т.). Примерно 1/3 территории России относится к землям избыточного увлажнения. В первую очередь это относится к почвам таежно-лесной зоны. Избыточное увлажнение почв этой зоны — одни из наиболее важных факторов, лимитирующих плодородие почв и урожай сельхозкультур.

Агрономическая, экологическая и экономическая значимость проблемы.

Агрономическая значимость проблемы обусловлена следующими причинами.

1. Происходит ухудшение газового режима почв — снижение содержания кислорода, повышение содержания углекислого газа, метана, NH3 и других восстановленных газообразных форм азота, сероводорода.

2. Наблюдается снижение окислительно-восстановительного потенциала, гН2.

3. Появляются токсичные для растений, биоты, биогеоценоза неорганические и органические соединения.

4. Накапливаются до токсичного уровня соединения Fe, Mn, Al.

5. В ряде случаев наблюдается избыточная щелочность.

6. Возникает нарушение соотношения подвижных, водорастворимых, усвояемых форм элементов.

7. Наблюдается обеднение микробиологического пула, изменение его состава.

8. Увеличивается дисперсность почв, их липкость, твердость, способность к коркообразованию.

9. Отмечается образование более фульватного гумуса, увеличение его подвижности, общая потеря гумуса.

10. Как правило, происходит ухудшение агрономически ценной структуры почв.

11. Наблюдается ухудшение воздухопроницаемости, уменьшение аэрации.

12. В связи с увеличением дисперсности и плотности происходит и увеличение поверхности почв, более прочное связывание с почвой воды. Поэтому избыточно увлажненные почвы весной могут страдать от избытка влаги, но в период подсыхания в первую очередь страдают от недостатка влаги, так как влажность завядания в них значительно выше.

13. Существенное изменение происходит и в сорбционных свойствах почв — увеличивается количество восстановленных веществ и буферность по отношению к окислению, возникает сорбционная емкость по отношению к окислительным соединениям. Отрицательный заряд твердой фазы увеличивается, что приводит к росту селективности по отношению к катионам. В почвенном поглощающем комплексе наблюдается высокий процент содержания поглощенных Fe2+, Mn2+, NH4+ (в почвах рисовников до 50% от емкости поглощения). В данной ситуации концентрация Fe, Mn в почвенном растворе контролируется не только эффективными произведениями растворимости их осадков, но в значительной степени и эффективными константами их ионного обмена.

14. Большое агрономическое значение имеет изменение подвижности элементов питания. Отмечается уменьшение обеспеченности растений калием в связи с его вымыванием, блокированием в межпакетном пространстве минералов гидрооксидами. Уменьшение обеспеченности почв азотом отмечается как в связи с процессом денитрификации, так и в связи с ингибированием микроорганизмов соединениями Fe, Al, Mn, восстановленными продуктами; в связи с более низкой температурой избыточно увлажненных почв. В то же время образование фосфатов Fe2+, Mn может привести и к лучшей их доступности по сравнению с фосфатами окисных соединений железа.

15. Растения испытывают и непосредственное влияние продуктов анаэробиозиса. Это проявляется в гипоксии — недостатке кислорода, в ухудшении усвояемости элементов питания при более низкой температуре, в неблагоприятном изменении констант обмена в системе «корни — почвенный раствор», в ингибировании корневых систем рядом токсичных соединений.

Экологическая значимость проблемы обусловлена тем, что окружающая среда также испытывает отрицательное влияние продуктов анаэробиозиса. Это проявляется в появлении восстановленных продуктов, а также токсичных концентраций в грунтовых водах, что ведет к нарушению экологического баланса. Усиленные миграционные потоки приводят к накоплению в пониженных элементах рельефа значительного количества Fe, Al, Mn и других элементов, что коренным образом меняет геохимическую ситуацию. Развитие анаэробных условий приводит к усиленной миграции в атмосферу NH3, оксидов азота, сероводорода, метана и ряда других газообразных продуктов.

Экономическая значимость проблемы обусловлена уменьшением числа степеней свободы хозяйственного использования почв, потерей урожая и ухудшением его качества, затратами на оптимизацию обстановки при влиянии оглеения на компоненты окружающей среды.

Рассматриваемые вопросы

1. Причины деградации почв при развитии избыточного увлажнения, анаэробиозиса, оглеения.

2. Изменение свойств, процессов и режимов почв в результате оглеения для промывного и непромывного типов водного режима, в зависимости от сочетания свойств почв.

3. Параметры оценки состояния почв избыточного увлажнения и градации степени деградации почв.

4. Использование в сельхозпроизводстве почв избыточного увлажнения.

5. Пути оптимизации состояния компонентов ландшафта при развитии на территории почв избыточного увлажнения.

Причины деградации почв при развитии избыточного увлажнения, анаэробиозиса, оглеения

Оглеение наступает при длительном переувлажнении почвы и недостатке кислорода. В связи с этим происходит ряд изменений минералогического состава почвы и ее минеральной части. В условиях длительного избыточного увлажнения наступает недостаток кислорода для микроорганизмов и растений. Окисные минеральные и органические соединения превращаются в закисные. В связи с гидролизом и гидратацией образуется повышенное количество подвижных и агрессивных фракций органических соединений. Повышенное количество этих агрессивных фракций в сочетании с действием иона Н+ и восстановленных форм органических продуктов вызывает разрушение кристаллических решеток минералов. Этому способствует и восстановление в кристаллической решетке ионов Fe3+ и Mn4+.

Зайдельман Ф. Р. (1998) отмечает три фактора, определяющие возникновение глееобразования в почвах: переувлажнение, наличие органического вещества, способного к ферментативному разложению, и гетеротрофной анаэробной микрофлоры. Эти факторы являются определяющими условиями для возникновения глееобразования в кислых, нейтральных и щелочных почвах, свободных от сульфатов, независимо от приуроченности почв к природным зонам. Этот процесс усиливается при орошении, переуплотнении, подтоплении почв, в сезоны интенсивного выпадения атмосферных осадков.

Автор выделяет следующие группы почвообразующих пород, обусловливающих характер изменений почв при восстановительных условиях и глееобразовании: 1) породы, обогащенные сульфатом натрия; 2) породы, обогащенные сульфатом кальция; 3) породы, обогащенные карбонатом кальция; 4) кислые и нейтральные породы. На указанных разных породах отмечаются следующие генетические особенности почвообразования: 1) возникновение сульфидных почв, появление соды, возможность осолодения; 2) обогащение почв сульфидом железа, накопление извести; 3) формирование карбонатных и нейтральных почв; 4) формирование элювиальных кислых почв.

Процесс усиливается при увеличении элюирования из кристаллических решеток минералов катионов, т.е. при подкислении и комплексообразовании, что способствует диспергированию почв.

Следует отметить, что при избыточном увлажнении почв возможно протекание нескольких процессов, обусловленных типом водного режима и свойствами почв. Во-первых, возможно избыточное увлажнение почв при достаточном количестве воды в почве и в воде кислорода (например, сразу после дождя и в прирусловой части поймы, при богатстве кислородом грунтовых вод).

Во-вторых, возможно наличие анаэробных условий и избытка воды, но при разном сочетании других факторов, определяющих протекание почвенных и почвообразующих процессов: а) при достаточном количестве органического субстрата как источника энергии и высокой микробиологической активности; б) при низкой микробиологической активности в связи с недостатком органического материала, низкими температурами, буферностью почвы в отношении элементов питания, загрязнением почв; в) при усреднении образующихся продуктов анаэробиозиса сульфатами (при содержании в почвообразующих породах значительных масс сульфатов кальция и магния, натрия; при наличии сульфатных грунтовых вод; при значительном количестве в почвенных водах и воздухе сероводорода.

В-третьих, возможно создание анаэробных бескислородных условий без избытка воды (при большой плотности почв и затрудненной диффузии газов; при пропитке почв другими газами, например летучими углеводородами, вблизи газопровода и т. д.).

Уровни воздействия будут меняться в зависимости от типа водного режима — промывного и непромывного. В одном случае продукты анаэробиозиса или оглеения могут выноситься за пределы почвенного профиля, в другом — нет. Развитие процесса зависит и, в целом, от степени открытости системы — возможности удаления продуктов реакций. Это определяется также наличием и определенных геохимических барьеров, предоставленных почвенными горизонтами, наличием бактериальных фильтров в почвенном профиле.

Таким образом, в естественных условиях в почвах возможно развитие анаэробиозиса, оглеения, избыточной влажности почв. При этом характер изменений почв будет определяться как свойствами почв и в значительной степени их ферментативной и микробиологической активностью, так и степенью открытости почвенной системы.

Изменение свойств, процессов и режимов почв в результате оглеения

Несомненно, оглеение будет оказывать влияние на урожай культур, и, как следствие, на стоимость земель. В литературе приводятся поправочные коэффициенты на развитие оглеения при вычислении стоимостной оценки земель. Эти показатели приведены в представленных ниже таблицах (Природно-техногенные воздействия…, 2000).

Таблица 6

Поправочные коэффициенты на развитие оглеения и эрозии при вычислении стоимостной оценки земель. Коэффициенты на гидроморфизм

Наука Савич В.И., Седых В.А., Гераськин М.М. Охрана почв. Учебник

Наука Савич В.И., Седых В.А., Гераськин М.М. Охрана почв. Учебник

В учебнике изложены основные причины деградации почв и способы их охраны и оптимизации обстановки при разном уровне интенсификации сельскохозяйственного производства. Акцентировано внимание на проблемных ситуациях и не решенных пока вопросах, связанных с плодородием почв.<br> Охрана почв повышает экологическую и экономическую эффективность использования земель.<br> Предназначен для обучения широкого круга специалистов в области почвоведения, агрохимии, земледелия, экологии, землеустройства и стоимостной оценки земель. <br><br> <h3><a href="https://litgid.com/read/okhrana_pochv_uchebnik/page-1.php">Читать фрагмент...</a></h3>

Внимание! Авторские права на книгу "Охрана почв. Учебник" (Савич В.И., Седых В.А., Гераськин М.М.) охраняются законодательством!