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

VI. Влияние сельхозиспользования на плодородие и деградацию почв

VI.1. Охрана почв при применении химических средств защиты растений

Агрономическая, экологическая и экономическая значимость проблемы

Агрономическая значимость проблемы обусловлена потерями урожая в связи с развитием болезней растений и распространением вредителей.

По оценке ФАО (1989) каждый год от насекомых-вредителей, болезней растений и сорняков мировое сельское хозяйство несет убытки в 75 млрд долларов. Потенциальные потери урожая в России достигают 71,3 млн т зерновых единиц: на долю возбудителей болезней приходится 45,1% потерь, сорных растений — 31,4%, вредителей растений — 23,5% (Соколов М. С. и др.).

Большое количество питательных веществ непроизводительно отчуждается из удобрений и почвы сорняками. При средней засоренности посевов сорняки выносят не менее 200 кг/га NPK. При засоренности в России 98% площадей общий вынос питательных веществ сорняками составляет 10–12 млн т в год, или около половины питательных веществ производимых в стране минеральных удобрений (Минеев В. Г.).

Экологическая значимость проблемы обусловлена загрязнением почв, растений, вод, животных, воздушной средыпри применении ядохимикатов.

Защита растений от вредителей и болезней, уничтожение сорняков создает условия для формирования высоких урожаев сельхозкультур. Однако использование пестицидов приводит к существенным негативным последствиям для многих компонентов экосистемы. В 1987 г. 30% продуктов питания в России содержали концентрацию пестицидов, опасную для здоровья. Систематическое применение гербицидов (подряд три года и более) полностью снижает эффект от нового, более эффективного сорта или гибрида (Шатилов И. С.).

Установлено, что от прямого отравления пестицидами в мире ежегодно погибает около 10 тысяч человек, гибнут леса, птицы, насекомые. Значительная часть пестицидов оказывает мутагенное действие. В настоящее время отмечаются высокие загрязнения почв фосфорорганическими пестицидами (фозалоном, метафосом), гербицидами (2,4-Д, трефланом, трихлорацетатом натрия и др.).

Экономическая значимость проблемы обусловлена соотношением выгод от устранения вредителей и болезней и экономических убытков, необходимых для оптимизации экологической ситуации в агрофитоценозах и биогеоценозах.

Рассматриваемые вопросы

1. Агрономическая, экологическая и экономическая значимость применения средств защиты растений.

2. Классификация средств защиты растений, градации загрязнения.

3. Прогноз поведения средств защиты растений в почвах.

4. Пути оптимизации обстановки при необходимости применения средств защиты растений.

Классификация средств защиты растений

Общепринятое название химических средств защиты растений — пестициды. Они подразделяются на гербициды, используемые для борьбы с сорняками; инсектициды — для борьбы с вредными насекомыми; фунгициды — для борьбы с грибными болезнями растений и различными грибами; зооциды — для борьбы с вредными позвоночными; родентициды — для борьбы с грызунами; бактерициды — для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями растений; алькоциды — для уничтожения водорослей и корней растительности в водоемах; дефолианты — для удаления листьев и ботвы; десиканты — для подсушивания листьев перед уборкой; ретарданты — для торможения роста растений и повышения устойчивости их к полеганию. В ряде стран с развитым сельским хозяйством от общего объема средств защиты растений гербициды составляют 65%; инсектициды — 10%; фунгициды — 20%. Пестициды применяются в различных формах: пыль, порошки, гранулы, капсулы, растворы, суспензии, аэрозоли, пены, газы, пары, пасты и т. д.

Существуют следующие системы классификации пестицидов по степени опасности для живых организмов. Токсиколого-гигиеническая классификация, разработанная под руководством Медведя Л. И., предусматривает деление пестицидов на четыре класса опасности по токсичности и другим свойствам, в том числе по отдаленным последствиям. Экотоксикологическая классификация, предложенная Соколовым М. С. и Стрекозовым Б. П., основана на оценке степени отрицательного действия пестицидов на биоту (в баллах) по признакам: персистентности в почве, транслокации в растениях, биоаккумуляции по трофическим цепям, токсичности для полезной фауны. Целесообразно пользоваться шкалой интегральной классификации, включающей две категории показателей: токсиколого-гигиеническую (категория А) и экотоксикологическую (категория Б), согласно уравнению: Со = (КА + КБ) — 1. По этой шкале предусматривается семь степеней опасности: пестициды 1 и 2 степени характеризуются как очень опасные, 3 степени — опасные, 4 и 5 — умеренно опасные, 6 и 7 — малоопасные.

Градации загрязнения

Оптимальный вариант химической защиты растений выбирают на основе оценки уровня потенциальной опасности последствия применения пестицидов. Для расчетов используют модель, включающую три параметра. Во-первых, среднюю взвешенную степень опасности используемого ассортимента пестицидов (Q). Во-вторых, усредненную нагрузку пестицидов на территорию хозяйства (Д). В-третьих, толерантность территории к пестицидной нагрузке, которая оценивается индексом способности земельных угодий к самоочищению (И). Он отражает интенсивность деструкции пестицидов в зависимости от почвенно-климатических условий и изменяется от 0,1 балла для ландшафтов сухих степей и солончаков до 1 балла — для ландшафтов окультуренных черноземных почв в зоне достаточного влагообеспечения. Различной способности к самоочищению соответствуют следующие индексы: очень интенсивная — более 0,8 балла; интенсивная — 0,6–0,8; умеренная — 0,4–0,6; слабая — 0,2–0,4; очень слабая — менее 0,2 (Соколов М. С.). Прогнозируемое загрязнение пестицидами сельскохозяйственных угодий (V) выражается интегральным показателем, учитывающим три указанных ранее параметра:

V = Д / (QИ) условных кг на га.

Уровень потенциальной опасности пестицидов может быть охарактеризован агротоксиколого-экологическим индексом — АЭТИ:

АЭТИ = [10V(1 + V)3] : [(1+V)4 + 5000].

При АЭТИ от 0 до 1 опасность загрязнения мала; от 1 до 4 — средняя опасность загрязнения; 4–8 — повышенная; 8–10 — высокая.

При гигиенической регламентации нормируется максимально допустимый уровень содержания пестицидов в продуктах урожая (МДУ), предельная концентрация (ПДК) их остатков в почве, в воде, воздухе. Основные гигиенические регламенты: максимальная норма расхода (кг / га) и кратность применения одного и того же препарата за сезон, срок последней обработки культуры до сбора урожая (срок ожидания), сроки выхода людей на поле после обработки пестицидами. Эти регламенты указываются во всех справочниках по борьбе с вредителями, болезнями растений и сорняками.

Прогнозирование поведения средств защиты растений в почвах

При проведении мониторинга и при прогнозировании поведения пестицидов на агрогеохимическом фоне используют картографические подходы. Картосхемы подразделяются на три типа: прогнозные, мониторинговые и оценочные.

Поглощение пестицидов почвами

По данным Горбунова Н. И. и Орлова Д. С., поглощение органических веществ минеральной частью почвы зависит от следующих факторов:

1) структурно-геометрических условий — межслоевое расстояние в минералах, размер и форма молекул органических веществ, их конденсатов, микрорельеф, поверхность минералов;

2) природы сил связи;

3) химического состава реагирующих частиц;

4) состояния веществ — степени пептизации, дисперсности, окристаллизованности, старения, состояния геля или золя, гидрофильности и гидрофобности, присутствия и размера защитных пленок; 5) условий среды.

По данным ряда авторов, адсорбция пестицидов почвами зависит от типа почв и характеризуется константой адсорбции, которая является относительно постоянной величиной. Адсорбция зависит от емкости обмена почв, рН, содержания органического вещества (Osgerby J. M.), от химического сродства компонента к почве (Xaron Bruno), от удельной поверхности почв (Mustafa M. A.), от насыщенности почв основаниями (Singhal J. P.), от образования комплексов, степени разбухания минерала, слоевого заряда, концентрации пестицида, времени взаимодействия, природы обменных катионов (Sanchez Camazano M.), от содержания органического вещества и глины (Witt W. W.). Очевидно, что для разных групп пестицидов природа их сорбции будет неодинаковой, а следовательно, и разные свойства почв будут в наибольшей степени определять адсорбцию.

Разложение пестицидов в почве

Пестициды в почве подвергаются разложению, обусловленному небиотическими и биотическими факторами и процессами.

Небиотическое разложение. Глины, окислы, гидроокислы и ионы металлов выполняют роль катализаторов в реакциях разложения пестицидов. При участии воды идет гидролиз пестицидов. Свободные радикалы гумусовых веществ изменяют устойчивость молекул гербицидов к разложению. Рэуце К. выделяет следующие пути небиотического разложения пестицидов.

1. Разложение при гидролизе, особенно хлорорганических инсектицидов, триазиновых гербицидов, на которое оказывает влияние температура, влажность, рН. Гидролиз сильнее протекает на почвах с сильно кислой реакцией среды и при большом содержании органического вещества. Влажность почв, состав обменных катионов и минералогический состав влияют на разложение пестицидов очень существенно, но для разных групп пестицидов установлены свои зависимости.

2. Реакции разложения окислительно-восстановительного типа, которым подвергаются серосодержащие пестициды.

3. Разложение, связанное с образованием нитрозосоединений. Реакции протекают при величине рН = 3–4 и при избытке нитратов.

4. Реакции разложения, связанные с присутствием в почве свободных радикалов.

5. Фотохимическое разложение пестицидов под действием солнечной радиации.

Пути оптимизации обстановки

В сельскохозяйственной агроэкосистеме взаимодействует множество природных факторов, определяющих развитие болезней, вредных насекомых и сорняков. Задача состоит не в полном уничтожении вредителей и сорняков, а в поддержании их численности на том уровне, который не приводит к ощутимым экономическим потерям. Необходима комплексная система мер защиты растений, включающая агротехнические, биологические, карантинные, механические, селекционные, семеноводческие, физиологические и химические способы. В соответствии с существующими рекомендациями, необходимо полностью исключить применение синтетических органических пестицидов второй и третьей генераций в период вегетации растений в овощеводстве защищенного грунта, на плантациях косточковых и ягодных культур за счет использования устойчивых сортов, агротехники и замены химических пестицидов биологическими препаратами, физическими приемами и средствами.

Биологические способы защиты растений

Основное направление биологического способа защиты растений — это использование полезных насекомых и клещей в борьбе с вредными. Первые представлены в природе хищниками, питающимися особями вредителей и паразитами, живущими внутри или на теле вредителя. Наиболее известные и широко используемые хищники — это божьи коровки, златоглазки, жужелицы, мухи-журчалки, муравьи. Из числа паразитов для биологической защиты наиболее часто применяют перепончатокрылых насекомых: трихограмм, браконидов, ихневмонидов, телемонусов, энкарзий и мух (Тажинов и др.).

Среди биологических средств борьбы с вредителями и болезнями наиболее часто используют следующие энтомофаги (Твердюков А. П. и др.). Для борьбы с паутинным клещом на огурцах и томатах — фитосейулюс. Для борьбы с тепличной белокрылкой на огурцах, томатах и перце — энкарзию и макролофус; для борьбы с тлями — галлицу афидимиза, златоглазку обыкновенную, афидиус, циклонеду, кокципеллиды, микромус. Для борьбы с паутинным клещом на декоративных культурах — метасейлюс. Для борьбы с вредителями и болезнями используют следующие биопрепараты: для борьбы с галловыми нематодами на огурцах и томатах — нематофагин; для борьбы с паутинным клещом на огурце — битоксибациллин; для борьбы в корневыми гнилями на огурцах и томатах — триходермин; для борьбы с мучнистой росой — амнеломицин и т. д.

Микробиологические средства защиты растений создаются на основе существующих в природе микроорганизмов: бактерий, грибов, вирусов и т. д. Основным их преимуществом является специфичность — способность поражать определенные виды вредных организмов, не причиняя вреда человеку, теплокровным животным, птицам и полезным насекомым. Микроорганизмы, выделяемые из природной среды и вносимые опять в естественные условия в качестве инсектицидов, позволяют избежать нежелательных изменений в биоценозах.

Оптимизация роста и развития растений

Большое значение для борьбы с вредителями и болезнями растений может иметь оптимизация условий роста и развития растений. Устойчивость растений к вредителям и болезням значительно уменьшается в случае их ослабленного развития при недостатке элементов питания и в стрессовых ситуациях. В то же время устойчивость растений к действию вредителей и болезней понижается и при перекорме растений (часто азотном), при несбалансированном питательном режиме.

В ряде работ показана эффективность внесения смеси гербицидов с удобрениями, ретардантами, ингибиторами нитрификации. Оптимальные дозы ядохимикатов определяются культурой, фазой развития растений, засоренностью, свойствами почв, климатическими условиями, условиями питания. По данным ряда авторов (Минеев В. Г.), действие гербицида на сорняки возрастает на удобренных вариантах.

В то же время, с нашей точки зрения, и сорняки будут более устойчивы к гербицидам при оптимизации их питания. Очевидно, существует следующая зависимость: и сорняки, и сельхозкультуры лучше развиваются и более устойчивы к гербицидам при хорошем питании. Однако при хорошем питании сорняки находятся в равном положении с сельхозкультурами по условиям роста и развития (так как корневая система сорняков, как правило, обладает большей поглотительной способностью к элементам питания, чем у культурных растений). Поэтому культуры имеют больше возможностей обогнать сорняки в росте и развитии и подавить их. Это усиливается при селективном угнетении сорняков гербицидами. В условиях плохого питания культурные растения, несмотря на гибель сорняков, развиваются плохо, и их постепенно начинают угнетать другие сорняки. В условиях оптимального питания чаще наблюдается и минимальное накопление гербицидов в растениях. Багаев В. В. отмечает, что оптимальный (но не избыточный) питательный режим оказывает защитное действие на растения в отношении гербицидов.

Оптимизация роста и развития растений за счет подбора сочетания культур

Состояние растений, а следовательно, их устойчивость к болезням и вредителям зависят от действия растений, находящихся рядом. Растения действуют друг на друга за счет различных физических полей (есть растения доноры и акцепторы), воздушных выделений, корневых выделений, изменения почв в результате развития культур, связанных как с накоплением в почве органических соединений, образующихся в результате разложения растительных остатков, так и с избирательным потреблением из почв отдельных элементов.

Воздушные выделения одних растений действуют на другие растения. Эффект такого действия может быть как положительным, так и отрицательным.

Нерешенные проблемы

В настоящее время выпускается большое количество средств защиты растений, и с каждым годом применяются все новые препараты. Процессы взаимодействия их с почвами, биотой, растениями не изучены. Не оценены отложенные последствия применения средств защиты растений, взаимовлияние отдельных средств защиты растений друг с другом, с тяжелыми металлами и с удобрениями. Не установлена устойчивость почв и отдельных ее компонентов к применяемым препаратам. Разрабатываются технологии замены средств защиты растений на их информационно-энергетические поля, навязываемые воде и гуматам. Однако эти исследования находятся только на начальной стадии.

Вопросы и задания для проверки знаний

1. Обоснуйте необходимость использования пестицидов в сельском хозяйстве.

2. Укажите цели применения гербицидов, инсектицидов, фунгицидов, зооцидов, бактерицидов.

3. По каким параметрам оценивают опасность пестицидов?

4. Охарактеризуйте поглощение пестицидов почвами.

5. Укажите пути оптимизации обстановки при загрязнении почв и сельхозпродукции пестицидами.

Задание для самостоятельной работы

1. Используя литературные источники, оценить устойчивость отдельных пестицидов в разных типах почв.

2. Указать параметры почв, усиливающие сорбцию пестицидов, их разложение.

Список рекомендуемой литературы

1. Агроэкология / под ред. В. А. Черникова, А. И. Чекереса. М.: Колос, 2000. 536 с.

2. Кашья П. В. Пестициды и трансгенные растения как международная экологическая проблема 21 века. М.: 1998. 167 с.

3. Лунев М. И. Пестициды и охрана агрофитоценозов. М.: Колос, 1992.

4. Твердюков А. П., Никонов П. В., Ющенко Н. П. Биологический метод борьбы с вредителями и болезнями в защищенном грунте. М.: Колос, 1993. 159 с.

5. Савич В. И., Парахин Н. В., Сычев В. Г. и др. Почвенная экология. Орел: ОГАУ, 2002. 545 с.

VI.2. Охрана почв при развитии почвоутомления

Агрономическая, экологическая и экономическая значимость проблемы

Почвоутомление является одним из факторов, влияющих на урожай сельхозкультур и плодородие почв. Его проявление возможно в связи с неблагоприятным изменением различных свойств почв, почвенных процессов и режимов. При этом возникают процессы регрессивного развития почв, почвенной биоты, растений, других компонентов экосистемы. Под почвоутомлением понимается совокупное отрицательное влияние в основном на урожай сельхозкультур различных свойств почв, появляющихся в них в результате сельхозиспользования. Почвоутомление обусловлено влиянием на почву как растений, так и используемых методов интегрированной защиты растений, принятой системы обработки и удобрений (Лобанов В. Т., 1994).

Агрономическая значимость проблемы обусловлена уменьшением при развитии почвоутомления урожая сельхозкультур, изменением в неблагоприятную сторону микробиологической и ферментативной активности почв, агрохимических, физико-химических и водно-физических свойств почв, уменьшением гумусированности почв.

Экологическая значимость проблемы обусловлена изменением состава продуктов миграции из почв в водную и воздушную среду, нарушением экологических функций почв, увеличением фитотоксичности и генотоксичности почв.

Экономическая значимость проблемы обусловлена падением урожайности сельхозкультур, падением плодородия почв и необходимостью дополнительных затрат на оптимизацию обстановки.

Рассматриваемые вопросы

1. Причины почвоутомления.

2. Изменения свойств, процессов и режимов почв при проявлении почвоутомления.

3. Устойчивость почв к почвоутомлению.

4. Пути оптимизации обстановки.

Причины почвоутомления

Почвоутомление возникает под влиянием самих растений, систем агротехники, удобрений, средств защиты растений. Развитие почво­утомления под влиянием выделений растений и продуктов трансформации их остатков зависит как от свойств почв и условий среды, так и от принятых систем земледелия. Растения в течение всего своего развития непрерывно выделяют в окружающую среду разнообразные летучие и водорастворимые органические продукты. Суммарное количество этих выделений соизмеримо с величиной урожая растений. Интенсивность выделений, и в том числе ингибиторов, обычно возрастает при действии неблагоприятных условий.

Причинами почвоутомления могут являться: развитие монокультуры, неправильный подбор почв под культуру, нарушение принципа совместимости видов; нарушение в системе севооборота, в системах обработки, удобрения, интегрированной защиты растений. Целесообразно рассматривать действие почвоутомления на почву, растения, другие компоненты экосистемы; на свойства всех компонентов экосистемы; протекающие в них процессы и режимы. Действие на почвоутомление самих растений обусловлено их корневыми выделениями, воздушными и жидкими экзометаболитами, биополями, растительными остатками и продуктами их разложения, селективным потреблением отдельных элементов питания, появлением специфических вредителей и болезней.

Использование почв под монокультуру приводит к накоплению в почве органических остатков достаточно постоянного состава. В сочетании с постоянной системой обработки и удобрений это является причиной развития и преобладания в почве определенных групп микроорганизмов, селективных к остающимся послеуборочным растительным остаткам и условиям их разложения. Преобладание одних групп микроорганизмов приводит к угнетению других групп, обеднению разнообразия видов микроорганизмов, пула ферментов. При этом продукты выделения отдельных групп микроорганизмов и продукты трансформируемых ими растительных остатков не перерабатываются в достаточной степени другими группами микроорганизмов и ферментов и накапливаются в количестве, токсичном для биоты и выращиваемых растений (Лобков В. Т., 1994).

Это часто сопровождается накоплением в почве органических продуктов. Однако состав продуктов может быть различен — обогащен или обеднен азотом, при большей доле ароматических или алифатических группировок. Если при этом в почве накапливаются преимущественно органические продукты, обогащенные азотом, то возрастает и численность микроорганизмов, их разлагающих. Это соответствует увеличению соотношения количества микроорганизмов, развивающихся на МПА и КАА. Пожнивные остатки пшеницы не содержат значительного количества азота. Поэтому накопление продуктов их разложения при почвоутомлении приводит к накоплению микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота и развивающихся на КАА.

Негативное влияние на плодородие почв самих растений связано с их прижизненными выделениями и продуктами трансформации в почве растительных остатков. В наибольшей степени оно проявляется под отдельными монокультурами и характеризуется: 1) недостатком или избытком отдельных ионов в почве; 2) появлением токсичных биологических продуктов; 3) ухудшением свойств почв и формированием неблагоприятных для прогрессивного развития режимов почв; 4) обеднением разнообразия сорбционных и экологических ниш, пула ферментов и микроорганизмов, биоты в целом; 5) появлением специфических болезней и вредителей.

Алехиным В. Г. установлено, что основным фактором, определяющим воздействие растений на почвенную микрофлору и отбор доминирующих видов, являются различия в химическом составе их прижизненных корневых выделений, корневого опада и фитомассы, поступающей в почву с пожизненными остатками.

Изменение свойств, процессов и режимов почв при почвоутомлении Проявление почвоутомления

Почвоутомление проявляется:

1) в изменении в неблагоприятную сторону физико-химических свойств почв: подкислении и подщелачивании и появлении токсических концентраций алюминия, железа, марганца, тяжелых металлов, разрушении структуры, уплотнении почв, увеличении прочности связи с почвой воды; при этом в неблагоприятную сторону изменяются водно-воздушный и тепловой режимы почв;

2) в нарушении сбалансированности питательного режима в связи с усиленным потреблением культурой одного из элементов питания и из определенного слоя почвы;

3) в появлении в почве специфических вредителей и болезней;

4) в обеднении разнообразия ферментов и микроорганизмов и нарушении сукцессии разложения растительных остатков;

5) в образовании токсичных концентраций определенных органических продуктов — как выделяемых растениями, так и образующихся при неполном и однонаправленном разложении растительных остатков;

6) в накоплении в почве водных и воздушных экзометаболитов растений, в поглощении почвой физических полей, направленных растением-хозяином на завоевание ареала;

7) в изменении в неблагоприятную сторону поглотительной способности корневых систем растений по отношению к некоторым элементам (чаще фосфору) в связи с блокировкой центров поглощения и путей метаболизма селективными реагентами. Почвоутомление проявляется в неблагоприятном изменении свойств, процессов и режимов почв, процессов и режимов, протекающих в агрофитоценозах, в уменьшении разнообразия в почве и напочвенном покрове биологических видов.

Почвоутомление — это появление после длительного выращивания культур (чаще монокультуры) специфических свойств почв, проявление видоизмененных процессов и режимов, уменьшающих биопродуктивность агрофитоценозов. Оно связано с появлением токсичных продуктов, обусловленных выращиванием растений с одинаковыми экологическими требованиями, однотипным химическим и биохимическим составом, развитием специфических болезней и вредителей, несбалансированным изменением свойств почв.

Возделывание тех или иных культур, особенно повторное и тем более бессменное, приводит к накоплению специфических видов вредителей, сорняков и болезней. Так, посевы пшеницы и ячменя сопровождаются накоплением серой зерновой совки, возбудителей корневых гнилей, к которым устойчив овес. В то же время овес может способствовать развитию очагов овсяной нематоды, вызывающей гетеродероз зерновых культур. Например, паразитические нематоды в почвах США ежегодно вызывают потери растительной продукции примерно на 4,6 млрд долларов. Такие вредители, как Pythium, Fusarium ежегодно вызывают потери зерновых, фруктов и овощей на 1 млрд долларов (Рэуце К.). Особенно важно изучение развития почвоутомления под растениями, резко снижающими свою продуктивность в бессменных посевах (люцерна, сахарная свекла).

Идентификация почвоутомления

Почвоутомление перспективно идентифицировать по комплексу изменений процессов и режимов в почвах и растениях:

1) по нарушению в передаче и использовании информации как в почве, так и в растении; это проявляется в разбалансировке биологических ритмов, процессов метаболизма, в уменьшении адаптационных возможностей почв и растений, в неадекватной реакции на стрессовые ситуации;по изменению накопления энергии и энергетической эффективности процессов; как следствие, это приводит к снижению КПД использования солнечного света, вкладываемых средств;

2) по изменению вещественного состава почв и растений;

3) по изменению трансформации соединений ионов в почвах, процессов саморазвития, эволюции почв.

Возможна индикация почвоутомления по изменению плодородия почв (отдельных свойств, процессов, режимов), по угнетению биоты почв, по уменьшению урожая сельхозкультур и ухудшению его качества, по изменению в неблагоприятную сторону компонентов экологической системы. Почвоутомление перспективно идентифицировать: 1) по изменению вещественного состава почв, растений; 2) по изменению накопления энергии и энергетической эффективности процессов; 3) по нарушению в передаче и использовании информации, как в почве, так и в растении. Это проявляется в разбалансировке биологических ритмов, процессов метаболизма, в уменьшении адаптационных возможностей почв и растений; в неадекватной реакции на стрессовые ситуации; 4) по нарушению процессов метаболизма и генетической информации. Идентификация почвоутомления проводится: 1) по анализу физических свойств почв, водного и воздушного режимов, физико-механических свойств; 2) по анализу физико-химических и агрохимических свойств почв; 3) с использованием биотеста растений и микроорганизмов, отдельных биохимических реакций 4) по составу водных и воздушных экзометаболитов почв и растений.

Устойчивость почв и растений к почвоутомлению

Почвы легкого и тяжелого гранулометрического состава с различной емкостью поглощения, гумусированностью и уровнем микробиологической активности обладают неодинаковой устойчивостью к почвоутомлению. Почвы с меньшей буферной емкостью более склонны к развитию почвоутомления. Почвы с большей буферной емкостью при развитии почвоутомления могут сорбировать большее количество соединений, вызывающих почвоутомление, имеют большую буферность к устранению почвоутомления. Различные сорта обладают неодинаковой способностью как вызывать почвоутомление, так и противостоять ему.

Перспективна оценка почвоутомления по микробиологической активности почв, изменению агрохимических, физических и физико-химических свойств почв, изменению поглотительной способности корневых систем проростков растений, изменению содержания в почве и органах растений положительно и отрицательно заряженных соединений ионов, прорастанию семян, изменению адаптационных возможностей растений, их ответной реакции на воздействие внешних факторов.

Выявлено ингибирующее и стимулирующее влияние физических полей почв, наличие ингибиторов развития растений в гидрофильных и гидрофобных соединениях почв, в воздушных экзометаболитах почв.

Развитие почвоутомления в наибольшей степени характерно под определенными видами и сортами культур. Наиболее чувствительны к собственным корневым выделениям свекла и шпинат. Менее чувствительны растения из семейства тыквенных, капуста, редис, редька, морковь, сельдерей, горох, петрушка. Почти нечувствительны к собственным выделениям рожь, кукуруза, лук-порей, бобы. Наибольшее количество токсичных веществ содержится в послеуборочных остатках следующих культур: в ботве томатов и перца, листьях капусты, моркови, подсолнечника, хрена, в стеблях огурцов. Сильные самоотравители содержатся и в опаде большинства плодовых деревьев. Развитие в почве монокультуры ряда растений приводит к накоплению в почве возбудителей болезней и вредителей. Так, выращивание на одном участке корневого сельдерея, кочанного салата, цветной капусты приводит к развитию корневой гнили. При выращивании несколько лет подряд на одном участке таких культур, как огурцы, капуста, сельдерей, томаты, салат, фасоль наблюдается накопление в почве возбудителей бактериальных и грибных заболеваний, капустных, морковных, луковых мух (Гродзинский А. М.).

Следует отметить, что в ряде случаев угнетение одних культур другими обусловлено их летучими выделениями, что не связано непосредственно с почвоутомлением. Из наиболее распространенных культур с этой точки зрения неблагоприятны такие сочетания, как лук+бобы, горох; укроп + морковь, томаты; чеснок + бобы, горох, фасоль, капуста; лебеда + картофель. Из полевых культур почвоутомление часто наблюдается под посевами сахарной свеклы (Жирмунская А. М.).

При почвоутомлении усиливается фитотоксичная активность, численность и вредоносность фитопатогенных организмов. Так, под монокультурой сахарной свеклы (Алехин В. Г.) резко снижалось разнообразие видов микробоценоза, при этом увеличивалась численность доминантных групп олиготрофных микроорганизмов, усиливающих процессы минерализации. На порядок увеличивалось количество актиномицетов. В результате снижения численности и активности микробов-антагонистов преимущество в развитии получили фитопатогенные микроорганизмы. Увеличивалась пораженность корнеплодов корневыми гнилями, урожай катастрофически снижался до полной потери эффективного плодородия на 10-й год монокультуры. Под бессменной культурой пшеницы также снижалась численность агрономически важных групп почвенной микрофлоры, активизировались процессы закрепления минерального азота в органическую форму. Увеличивалось количество микроорганизмов, выделяющих в почву фитотоксичные соединения, что ухудшало условия питания и способствовало снижению урожая.

Изменение свойств почв при развитии почвоутомления

Негативное влияние на плодородие самих растений связано с их прижизненными выделениями и продуктами трансформации в почве растительных остатков. Изменение вещественного состава и свойств почв, обусловленное почвоутомлением, приводит к изменению процессов трансформации соединений ионов в почвах, к изменению процессов саморазвития и эволюции почв. При этом оптимизация свойств почв традиционными методами не всегда приводит к уменьшению почвоутомления.

Алехиным В. Г. установлено, что различия в противодействии минеральных удобрений процессам почвоутомления определяется особенностями их влияния на микробоценоз, сформированный под той или иной культурой. По данным автора, под бессменными культурами сахарной свеклы и люцерны минеральные удобрения не предотвращали развитие почвоутомления, так как способствовали активации доминирующих групп микроорганизмов, формирующихся под влиянием растений. Это снижало конкуренцию между сапрофитной микрофлорой и фитопатогенами, что способствовало развитию корневых гнилей. Под бессменными посевами кукурузы и озимой пшеницы минеральные удобрения усиливали развитие микроорганизмов — минерализаторов и азотфиксаторов, активность которых под действием культуры была подавлена. В результате нивелировалось отрицательное влияние этих культур на процессы минерализации — синтеза азотистых соединений в почве и увеличивалась численность микробов-антагонистов к фитопатогенным микроорганизмам. В севообороте, в силу регулирующего воздействия на почвенный микробоценоз чередования растений различного химического состава, под действием удобрений усиливалась общая биогенность почвы без нарушения оптимального соотношения между агрономически важными группами почвенной микрофлоры.

Каждая почва обладает определенной буферностью к развитию почвоутомления и определенной емкостью (запасом) токсичных органических компонентов, обладающих тормозящим действием на развитие растений. Почвы с меньшей буферной емкостью более податливы развитию почвоутомления. Почвы с большей буферной емкостью при развитии почвоутомления могут сорбировать большее количество соединений, вызывающих почвоутомление, имеют большую буферность к устранению почвоутомления. Однако для разных групп соединений буферная емкость конкретных почв будет характеристической.

Различные типы почв, почвы, отличающиеся по гранулометрическому составу, рН, гумусированности характеризуются неодинаковой устойчивостью к почвоутомлению, способны воздействовать на растения различным количеством токсичных продуктов. Так, почвы с большей сорбционной емкостью более устойчивы к почвоутомлению, но накапливают и большее количество токсичных продуктов. В то же время различные сорта обладают как неодинаковой способностью вызывать почвоутомление, так и различной степенью адаптации к нему. При этом уровень адаптации к различным свойствам почв неодинаков. Почвоутомление, обусловленное прижизненными выделениями растений и продуктами трансформации растительных остатков в почве, в значительной степени селективно для отдельных групп культур и сортов.

Эффект воздействия на растения при развитии почвоутомления не всегда пропорционален мощности источника воздействия из почвы. Это обусловлено наличием у растений селективности к отдельным воздействиям. При этом импульсное воздействие — чаще более мощный фактор, чем постоянное, в связи с фактором привыкания. Слишком мощное воздействие на объект вызывает защитную реакцию и блокировку поступления в объект токсиканта. С практической точки зрения важно, что не очень сильное селективное импульсное воздействие может вызывать нарушение процессов саморегулирования, затем энергетики; меняет вещественный состав и, как следствие, закодированную генетическую информацию. Это одна из причин нежелательности применения гербицидов на сортовых посевах, оно приводит к вырождению сорта при монокультуре.

Градации степени деградации почв при развитии почвоутомления

При взаимодействии растений друг с другом может возникать конкуренция в пространстве и во времени. Конкуренция в пространстве возникает на поверхности и в отдельных горизонтах почв, в отдельных ярусах приземного слоя воздуха. При этом возможны следующие пути взаимодействия растений: 1) выделение воздушных экзометаболитов; 2) корневые выделения продуктов, токсичных для других видов; 3) выделения листьев; 4) поглощение и выделение физических полей, в том числе с заданной информацией; 5) выделения разлагающихся растительных остатков; 6) селективное развитие отдельных групп микроорганизмов; 7) конкуренция за поглощение элементов питания; 8) изменение в прикорневой зоне рН, Eh и, как следствие, подвижность элементов; 9) относительное иссушение почв; 10) затенение других видов; изменение температуры вблизи растений.

Почвоутомление обусловлено составом и свойствами твердой, жидкой и газообразной фазы почвы, корней, стеблей и листьев растений; прижизненными выделениями корней, продуктами их трансформации в почве, воздушными экзометаболитами почв и растений, биологическими полями почв и растений. Биологически активные продукты в почве в значительной степени представлены не только гидрофильными соединениями, но и компонентами, растворимыми в неполярных десорбентах. Гродзинский А. М. отмечает, что особой токсичностью в биотестах характеризовались выделения корневых систем костра безостого, пырея ползучего, гороха, желтого и синего люпинов. Меньшей токсичностью характеризовались корневые выделения вейника надземного, ковыля тырсы, осота колючего, овса, пшеницы, ржи и ячменя.

Как правило, все типы выделений: водорастворимые и летучие, прижизненные и посмертные — подчиняются одной закономерности. Они наиболее активны в листьях и наименее активны в корнях. Фитонциды корней обычно в десятки раз слабее фитонцидов из листьев. Ингибирующее действие оценивают в концентрациях и в условных кумариновых единицах. Активные токсиканты обладают ингибирующим действием в разведении 1 часть на 10 000 частей воды. Для чистого вещества ингибирующая концентрация — 10–6 м/л. Высокая ингибирующая способность оценивается в 1400–1000 условных кумариновых единиц, слабая — 1–5.

Следует отметить, что действие веществ зависит от их концентрации. При высоком содержании вещества отмечается сильное угнетение или гибель живого объекта; при постепенном снижении концентрации — угнетение уменьшается примерно в линейно-логарифмической зависимости до определенной точки. Дальнейшее понижение концентрации вещества вызывает стимуляцию жизненных процессов, которые затем снижаются до нормы при бесконечном разведении.

Чаще всего между действием выделений наблюдается синергизм, реже антагонизм и еще реже независимое аддитивное влияние. При введении в смесь третьего, четвертого и т. д. компонентов синергизм ослабляется и часто сменяется антагонизмом. Синергизм действия выделений показывает, что, несмотря на внешне сходную неспецифическую реакцию растений, активные вещества действуют на совершенно различные внутренние процессы.

Пути оптимизации обстановки

Учитывая причины развития почвоутомления, перспективны различные пути оптимизации обстановки:

1) введение севооборота с включением в состав чередующихся культур — растений с разным отношением в послеуборочных остатках С : N, ароматических и алифатических группировок, белков, восков, смол, лигнина; с различной потребностью растений в отдельных элементах питания и глубиной развития корневой системы; с различными специфическими вредителями и болезнями;

2) внесение в почву органических удобрений с резко отличающимся от послеуборочных остатков химическим и биохимическим составом;

3) изменение условий разложения растительных остатков (рН, Еh, условий аэрации, степени открытости системы, содержания подвижных форм N, Р, К в почве); селективная инактивация отдельных групп микроорганизмов; селективная инокуляция почв, органических удобрений и семян определенными группами микроорганизмов.

Спорные и нерешенные проблемы

Ряд авторов понимает под почвоутомлением совокупное действие выращивания культур и влияния на почву всех составляющих системы земледелия. Другие авторы понимают под почвоутомлением только влияние на почвы и биоту микрофлоры, корневых выделений и продуктов разложения в почве монокультуры.

Физико-химическая характеристика происходящих изменений пока не выяснена. Не установлено развитие почвоутомления под различными культурами, сортами и в зависимости от климатических условий и свойств почв. Это определяет и ориентированность рекомендаций по оптимизации обстановки.

Задания для самостоятельной работы

1. Объясните влияние почвоутомления на гумусовое состояние почв.

2. Используя рекомендуемую литературу, объясните влияние продуктов почвоутомления на биохимические процессы в растениях.

3. Используя рекомендуемую литературу, спрогнозируйте поэтапное изменение микробиологической активности при развития почвоутомления под определенной культурой.

Вопросы и задания для проверки знаний

1. Каковы причины развития почвоутомления?

2. Под какими культурами почвоутомление развивается в большей степени?

3. Перечислите мероприятия, позволяющие ослабить или устранить почвоутомление.

Список рекомендуемой литературы

1. Агроландшафтное земледелие. Ч. 1. Методические указания к лабораторно-практическим занятиям для студентов 2 курса / Л. П. Груздева, В. С. Груздев, М. М. Гераськин; под ред. Л. П. Груздевой: М.: ГУЗ, 2007. 34 с.

2. Берестецкий О. А., Возняковская Ю. М., Труфенова А. К. Фунгистатический потенциал почвы в связи с ее биогенностью // Микология и фитопатология. 1986. Т. 20. Вып. 5. С. 386–392.

3. Биологические основы плодородия / под ред. О. А. Берестецкого. М.: Колос, 1981. 288 с.

4. Гераськин М. М. Формирование агротехнологий в зависимости от типа агроландшафтов в Республике Мордовия // Вестник РАСХН. 2015. № 2. С. 24–28.

5. Гродзинский А. М. Аллелопатия в жизни растений и их сообществ. Киев: Наукова думка, 1965. 485 с.

6. Лобков В. Т. Биоразнообразие в агроэкосистемах как фактор оптимизации биологической активности почв // Почвоведение. 1999. № 6. С. 732–737.

7. Лобков В. Т. Почвоутомление при выращивании полевых культур. М.: Колос, 1994. 112 с.

8. Савич В. И., Амергужин Х. А., Соловьева А. В. Почвоутомление как фактор деградации почв // Агрохимия. 1999. № 31. С. 5–11.

9. Савич В. И. Физико-химические основы плодородия почв. М.: РГАУ-МСХА, 2013. 429 с.

10. Седых В. А., Савич В. И. Агроэкологическая оценка почвообразовательных процессов. М.: ВНИИА, 2014. 399 с.

VI.3. Изменение свойств почв при развитии водной и ветровой эрозии и охрана почв

Агрономическая, экологическая и экономическая значимость проблемы.

Основные деструктивные процессы в почвах, их физическая деградация связаны в первую очередь с проявлением водной и ветровой эрозии. При этом важно оценивать, наряду с фактической эродированностью почв, потенциальную подверженность их эрозионным процессам и условия проявления эрозии. Развитие водной и ветровой эрозии почв приводит к уничтожению пахотных земель, переходу части земель в разряд оврагов и балок, к падению плодородия почв, к уменьшению биопродуктивности угодий, к потере элементов питания, к нарушению экологической ситуации.

Как указывают Каштанов А. Н. и Явтушенко В. Е., в России подвержено эрозии почти четверть сельскохозяйственных угодий, что составляет более 50 млн га. В 1990 г. 30,4% сельскохозяйственных угодий были отнесены к дефляционноопасным землям, 18,6% — к землям, подверженным водной эрозии и 1,5% — к землям, которые подвержены одновременно и водной, и ветровой эрозии. Для пахотных земель эти значения еще больше — соответственно 35,0; 20,5 и 1,7%. Около половины площадей сельскохозяйственных угодий России размещено на полях с уклоном более 10. Только на эродированных землях ЦЧЗ недобор продукции растениеводства ежегодно составляет в пересчете на зерно 12,2 млн тонн. С полей и пастбищ бывшего СССР ежегодно сбрасывается 3330 км3 поверхностных вод и смывается 2–3 млрд тонн мелкозема, а с ним теряется около 100 млн тонн гумуса, 4–5 т азота, 1,8 — фосфора, 36 — калия, в том числе 460 тыс. тонн нитратного и аммиачного азота, 240 — подвижного фосфора и 480 тыс. тонн — обменного калия.

Расчеты Явтушенко В. Е. и Каштанова А. Н. показывают, что стоимость потерь питательных веществ вследствие почвенной эрозии в среднем по стране составляет более половины стоимости минеральных удобрений, ежегодно поставляемых химической промышленностью сельскому хозяйству до 1991 г. С учетом потерь гумуса ущерб от эрозии равняется стоимости минеральных удобрений, применяемых в хозяйствах. Для сравнения, в США при ежегодном смыве почвы в 17 т/га потери элементов питания из почвы составляют 8 млрд долларов в год. При этом туковая промышленность страны поставляет фермерским хозяйствам минеральных удобрений на сумму 9 млрд долларов (Mc.Cullough, Weiss).

Ветровая эрозия почв также очень разрушительна. Пыльные (черные) бури, особенно в засушливых районах страны, нередко губят посевы на больших площадях. Так, в 1960 г. при скорости ветра 28 м / с на Украине и в Крыму было повреждено около миллиона гектаров посевов, из которых полностью погибло и было пересеяно 600 тыс. га. В районах Казахстана 11,9 млн га малоустойчивы к ветровой эрозии. Эрозионноопасные земли в отдельных областях составляют 40% пашни. Приведенные примеры свидетельствуют о большой народно-хозяйственной значимости проблемы эрозии почв.

Агрономическая оценка развития эрозии почв

Эрозия почв обусловлена естественными и антропогенными факторами, трансформацией, миграцией и аккумуляцией вещества, энергии и информации. Она сопровождается увеличением энтропии системы, потерей энергии и информации, уменьшением числа степеней свободы использования почв, потерей разнообразия, существенным изменением математических структурных взаимосвязей между свойствами почв. Развитие эрозии всегда сопровождается деградацией почв, падением биопродуктивности земель и урожайности сельхозугодий, изменением скорости и интенсивности почвообразовательных процессов, негативным влиянием на другие компоненты экологической системы.

В то же время развитие эрозии почв обусловлено объективными природными и антропогенными факторами, и развитие идет в направлении установления равновесия с действием этих факторов. При этом целесообразно различать скорость и интенсивность проявления эрозионных процессов. В дополнение к существующим фундаментальным исследованиям по эрозии почв (Бараев А. С., 1975; Кузнецов М. С., 1996; Лопырев М. И., 1989; Шиятый Е. И., 1985) с нашей точки зрения целесообразно выделить следующие особенности ее протекания в почвах.

Развитие эрозии определяется влиянием совокупности факторов, при взаимодействии которых отмечаются эффекты синергизма и антагонизма. Так, развитие водной эрозии есть функция угла наклона поверхности, длины склона. Одинаковый эффект проявляется при увеличении или одного, или другого фактора. В условиях Нечерноземной зоны России водная эрозия проявляется при уклоне 2° и длине склона 100 м, а в условиях Казахстана — при длине склона 100–200 м, но уклоне всего 1°. Проявление эрозии уменьшается с облегчением гранулометрического состава, улучшением оструктуренности, гумусированности, при посеве многолетних трав (Хi). Все эти факторы действуют на перенос массы почвы по склону в определенной степени (ki): Уi = ∑kiXin ± ki+1XiXi+n.

При развитии водной и ветровой эрозии важно временное совпадение действия факторов. Например, развитие водной эрозии усиливается при ливневых дождях и отсутствии сплошного растительного покрова. Ветровая эрозия развивается при сочетании недостатка влаги, большой скорости ветра, относительно высоких температурах и отсутствии сплошного растительного покрова.

Отдельные факторы развития эрозии неодинаково проявляются в разных почвенно-климатических зонах. Так, в северных районах водная эрозия чаще сильнее проявляется на южных склонах, где больше скорость таяния снега. В районах сухостепной зоны в ряде случаев водная эрозия больше проявляется на северных склонах, где больше масса снега. Для развития эрозии характерна многопричинность развития процесса. Как известно, водная эрозия может быть обусловлена потенциальной энергией стекающей по склону воды и кинетической энергией падающего дождя.

Деградация почв при развитии эрозии сопряжена с изменением других компонентов ландшафта. Например, опускание уровня грунтовых вод приводит в таежно-лесной зоне к падению урожайности и бонитета леса на автоморфных почвах, к увеличению глубины грунтовых вод в колодцах и к изменению их состава, к пересыханию малых рек и изменению состава травостоя на заливных лугах, к пересыханию болот и к их «сгоранию», что сопровождается более быстрым сбросом паводковых вод и развитием водной эрозии.

При развитии эрозии происходит загрязнение вод и воздушной среды, существенное изменение рельефа, растительности, существенное и катастрофическое падение плодородия почв, биопродуктивности угодий и урожая сельхозкультур. При этом меняется и интенсивность почвообразовательных процессов: уменьшается интенсивность развития дернового процесса почвообразования, при переносе солей по воздуху усиливается процесс засоления, а затем осолонцевания. В пониженных элементах рельефа при достаточном и избыточном увлажнении усиливается процесс оглеения. Эрозия приводит к опустыниванию почв в локальном или региональном масштабах (как техногенному опустыниванию, так и к опустыниванию в связи с усилением степени аридности территории).

Разные почвы в неодинаковой степени податливы к эрозии и в неодинаковой степени изменяют свое плодородие при ее развитии. Так, солонцы устойчивы к ветровой эрозии несмотря на низкую биопродуктивность растительного покрова. При развитии водной эрозии на дерново-подзолистых остаточно карбонатных почвах и серых лесных почвах усиление эрозии приводит к выходу карбонатов ближе к поверхности, к формированию на поверхности менее кислых почв. Это при уменьшении базиса эрозии в ряде случаев сопровождается повышением урожайности.

Зональные почвы находятся в равновесии с окружающей средой, и развитие эрозии выводит их из состояния равновесия. Поэтому все процессы деградации вызывают противодействие в почвах, усиливающееся по мере деградации. В то же время развитие и водной, и ветровой эрозии вызвано тенденцией развития компонентов ландшафтов более высокого иерархического уровня (бассейна), стремлением системы к выравниванию скоростей воздушных потоков, рельефа, гидрографии и гидрологии.

При развитии водной и ветровой эрозии удаляется с поверхности наиболее плодородный, оструктуренный, гумусированный и более устойчивый к эрозии слой почвы. В связи с этим при развитии эрозии локально во времени и в пространстве возникает экспоненциальный рост интенсивности ее проявления. Однако при выравнивании базиса водной эрозии, при сглаживании ветроударных склонов происходит постепенное затухание процесса.

С практической точки зрения необходимо знать причины развития эрозии, стадии деградации почв и других компонентов экологической системы при развитии эрозии, устойчивость почв и других компонентов экологической системы к факторам деградации, возникающим при развитии эрозии, изменение этих компонентов во времени и в пространстве (свойств, процессов, режимов); необходимые затраты на восстановление экологического равновесия и плодородия почв.

Ниже дано краткое рассмотрение особенностей водной и ветровой эрозии почв.

А. Охрана почв при развитии водной эрозии

Агрономическая, экологическая и экономическая значимость проблемы

Развитие водной эрозии почв представляет большую народно-хозяйственную проблему. Она развивается в районах с промывным, периодически промывным и даже непромывным типом водного режима, а также при орошении. Причинами эрозии являются кинетическая энергия падающего дождя и потенциальная энергия стекающей по склону воды. Эрозия развивается при уклоне более 2° на почвах более тяжелого гранулометрического состава.

Агрономическая значимость проблемы обусловлена уменьшением плодородия почв, снижением урожая сельхозкультур, уменьшением числа степеней свободы сельскохозяйственного использования почв.

Экологическая значимость проблемы обусловлена потерей массы почв и биофильных элементов, заиливанием и эвтрофикацией водоемов, загрязнением поверхностных вод.

Экономическая значимость проблемы обусловлена экономическими убытками, связанными с потерей урожая, с проведением мероприятий по борьбе с эрозией (линейной, плоскостной, ирригационной), с дополнительными затратами на обработку почв, с уменьшением числа степеней свободы сельскохозяйственного использования почв.

Рассматриваемые вопросы

1. Причины развития водной эрозии почв.

2. Изменение почв при развитии водной эрозии.

3. Особенности проявления водной эрозии на разных типах почв, градации степени эродированности почв.

4. Пути оптимизации обстановки. Способы борьбы с водной эрозией почв.

Причины развития водной эрозии

Развитие водной эрозии почв приводит к уничтожению пахотных земель, переходу части земель к разряду оврагов и балок, к падению плодородия почв, к уменьшению биопродуктивности почв, к потере элементов питания, к нарушению экологической ситуации.

Водная эрозия — процесс разрушения почв под действием поверхностного стока воды. Проблемами, возникающими при развитии эрозии, являются: уничтожение земель, падение плодородия, нарушение экологической ситуации, падение урожая сельхозкультур. Причинами развития водной эрозии являются кинетическая энергия дождя и потенциальная энергия стекающей по склону воды. Дождь в большей степени вызывает развитие эрозии почв при выпадении ливневых осадков и не влияет на развитие эрозии при моросящих дождях. Энергия стекающей по склону воды определяет эрозию тем в большей степени, чем круче и длиннее склон. При таянии снега развитие эрозии дополнительно определяется скоростью его таяния, на что влияет экспозиция склона.

При качественной оценке развития водной эрозии учитывается, что она интенсивнее протекает на почвах тяжелого гранулометрического состава. Учитывая степень эрозионной опасности склонов, интенсивная эрозия развивается на склонах более –3 – 2°. Однако это зависит от климатических условий и степени эрозионной устойчивости конкретных почв.

Развитие водной эрозии определяется климатическими факторами. Водная эрозия развивается под влиянием потенциальной энергии стекающей по склону воды и кинетической энергии дождя. Крупный размер капель способствует диспергированию структурных отдельностей почв и уменьшению водопроницаемости почв. Увеличение размера капель в 3–4 раза снижает инфильтрационную способность почв в 2–3 раза. Удары капель приводят к увеличению размывающей и транспортирующей способности склонового потока на 1–2 порядка.

Развитие эрозии, вызванное стоком талых вод, определяется температурным режимом, обусловливающим промерзание почвы, ее оттаиванием и интенсивностью снеготаяния, а также запасом воды в снеге. По данным, полученным Замараевым А. Г. (2004), весной при оттаивании верхнего слоя почвы в Нечерноземной зоне идет сток и внутри почвы по мерзлому слою, увеличивается сток и по поверхности.

По Рожкову А. Г., Здоровцеву И. П. и Шульге С. А., на территории России по особенностям распространения эрозионных процессов выделяются следующие регионы: 1) районы вечной мерзлоты Севера и Сибири с локальным проявлением термокарстовой эрозии; 2) европейские провинции лесной зоны с преобладанием эрозии от стока талых вод; 3) срединный регион Западной Сибири и Северного Казахстана совместного проявления ветровой эрозии и стока талых вод; 4) горные природно-сельскохозяйственные области с преобладанием ливневой эрозии; 5) области юго-востока с преобладанием ветровой эрозии; 6) степные провинции Европейской части России с преобладанием ливневой и ветровой эрозии; 7) лесостепные провинции Европейской части совместного проявления стока талых вод и ливневых вод; 8) районы БАМа с преобладанием водной эрозии.

Развитие водной эрозии в зависимости от рельефа местности иллюстрируется данными следующей таблицы.

Таблица 40

Степень смытости почв в зависимости от крутизны склона (Сильвестров С. И., 1968)

Скородумов А. С. (1961) и Арманд Д. Л. (1956) выделяют три формы водосборов: 1) расширяющиеся книзу; 2) сужающиеся книзу; 3) вытянутые в длину. Последние характерны для лощин и балок и способствуют образованию донных размывов, что благоприятствует концентрации водных потоков и образованию оврагов.

Значительное влияние на развитие эрозионных процессов оказывают почвообразующие породы. В таежно-лесной зоне наименее устойчивы к водной эрозии покровные суглинки, содержащие почти 50% фракции крупной пыли; наиболее стойки пески. Моренные супеси и суглинки занимают промежуточное положение. Из почв в этой зоне наименее устойчивы к развитию водной эрозии подзолистые почвы, более устойчивы при прочих разных условиях серые лесные почвы и особенно черноземы. Естественная эродируемость почвы характеризуется величиной коэффициента эродируемости. Он характеризуется количеством почвы, смытой с эталонного участка и приходящейся на единицу эрозионного индекса дождей (рис. 7а).

Эрозионный индекс представляет собой произведение кинетической энергии дождя и его максимальной 30-минутной интенсивности для конкретных территорий (рис. 7б).

Факторы, определяющие водную эрозию почв («Почвенно-геологические условия Нечерноземья», МГУ, 1984)

Рис. 7а. Фрагменты карты эродируемости почв: 1 — К– < 1,5; 2 — 1,5–2,0; 3 — 2,0–2,5; 4 — 2,5–3,0; 5 — 3,0–3,5; 6 — >3,5; 7 — границы областей [13]

Рис. 7б. Районирование по эрозийному индексу дождей.

1 — изолинии эрозийного индекса дождей; 2 — границы районов, различающихся по типам внутригодового распределения индекса дождей; 3 — пункты наблюдения; 4 — графики внутригодового распределения эрозийного индекса дождей [13]

По данным Пацукевич З. В. (1984), величины коэффициентов эродируемости почв Нечерноземной зоны колеблются от 1,5 до 4,0 т/га. Коэффициент эродируемости возрастает с увеличением в почве илистой и пылеватой фракций и уменьшается с увеличением содержания гумуса. Лессы и лессовидные суглинки сильно подвержены эрозии, моренные суглинки — меньше. Флювиогляциальные и древнеаллювиальные песчаные и супесчаные отложения редко подвержены водной эрозии. Как правило, в большей степени неустойчивы к эрозии почвы более тяжелого гранулометрического состава.

Развитие водной эрозии зависит от сельхозиспользования почв. Это иллюстрируется данными следующей таблицы.

Таблица 41

Влияние растительности на смыв каштановой почвы (Волгоградская обл., лесомелиоративный пункт)

К группе высокой эрозионной устойчивости относятся корневищные и корнеотпрысковые растения: иван-чай, подбел, манжетка, гусиная лапка, лютик ползучий. К группе средней эрозионной устойчивости относятся стержнекорневые растения: клевер, ястребинка, ромашка. К группе слабой эрозионной устойчивости относятся растения с кистеобразной корневой системой: мятлик, полевица, душистый колосок, тонконог, хвощ опушенный.

Развитие эрозии в значительной степени определяется антропогенными факторами, степенью распашки территории, долей деградированных почв и степенью их деградации, характером сельхозиспользования территории, составом севооборотов, уровнем урожайности сельхозкультур, степенью экологического неблагополучия во всех компонентах ландшафта.

Почвозащитная роль культурной растительности определяется биологическими особенностями культур, густотой растительного покрова, способом возделывания. Лучше всего защищают почву от смыва многолетние травы, заметно хуже — зерновые культуры. Еще меньше защитное влияние пропашных культур и особенно паров. Коэффициенты эрозионной опасности для отдельных культур приведены в следующей таблице.

Таблица 42

Коэффициенты эрозионной опасности («Агроэкология…»)

Значительный вред сельхозпроизводству наносит овражная эрозия, вследствие которой значительная часть территории практически выводится из сельскохозяйственного использования.

Разные типы почв также в неодинаковой степени устойчивы к развитию водной эрозии. Это иллюстрируют данные следующей таблицы.

Таблица 43

Эродируемость основных почв («Агроэкология …», 2000)

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!