Закономерности устойчивости почв к деградации под влиянием

Экологические функции почвы, экологическое значение

почвенных процессов и режимов

Экологически функции почв

Экологические функции почв обусловлены их свойствами, процессами и режимами, взаимосвязью почв с другими компонентами экологической системы. При этом специфика проявления экологических функций почв, в значительной степени обусловлена тем, что почва является биокосным телом, обменивающимся веществом, энергией и информацией с внешней средой. Биосфера Земли – открытая, сложная, многокомпонентная, саморегулирующаяся, связанная с Космосом система живого вещества и минеральных соединений, образующая внешнюю оболочку планеты. Биогеоценоз – это взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом вещества и энергии. Биогеоценоз относительно устойчив во времени и термодинамически открыт в отношении прироста и оттока вещества и энергии. Почва является составным компонентом биогеоценоза или для почв, используемых в сельскохозяйственном производстве – агрофитоценоза.           

«Биокосные тела осуществляют связь между автотрофами (растениями) и гетеротрофами (животными, микроорганизмами). Они являются ареной биохимических реакций. Для биокосных тел, в отличие от геологических, характерно широкое распространение изоморфных замещений в кристаллической решетке минералов, формирование химических «смесей», взаимодействие которых в смеси с другими компонентами, резко отличается от реакции «чистых» компонентов смесей. Биокосные тела – санитары планеты, благоприятствующие жизни на планете» (Карпачевский Л.О., 1993).

Рассматривая функции почвы, как целостные, как работу всей почвы, следует учитывать, что разные почвенные фазы играют в осуществлении функции неодинаковую роль. Две основные функции почвы в биогеоценозе характерны для почвы, в первую очередь: экологическая и биогеохимическая. Эти группы функций можно разделить на ряд более конкретных функций (Карпачевский Л.О., 1993). Автор отмечает экологические функции почвы, как жизненного пространства, как механической опоры, как хранителя семян, как хранителя воды и питательных веществ, как депо ферментов. Почва представляет собой достаточно жесткую механическую буферную систему, препятствующую механическому повреждению корней, животных, обитающих в почве. К такой же защитной функции почвы следует отнести ее химическую буферность, буферность в отношении температуры и влажности. Почва дезактивирует ряд токсичных веществ, поступающих или даже образующихся в почве разными путями. В меньшей степени изучены такие показатели, как информационные функции почв, функции почв, как памяти биогеоценозов, как сигнала и пускового механизма для ряда сукцессий. Карпачевский Л.О. (1993) отмечает, что биогеохимические функции почв включают такие группы функций как аккумуляция органических и других соединений, трансформация веществ, движение веществ в почве, стимуляция и ингибирование растений и животных в почве, биогеоценозе.

У других исследователей принципы выделения экологических функций почв несколько отличаются. По Добровольскому Г.В. и Никитину Е.Д. (1990) выделяются следующие основные экологические функции почв: 1) обеспечение жизни на Земле, обусловленное плодородием почв; 2) регулирование всех потоков вещества в биосфере; 3) регулирование состава атмосферы и гидросферы; 4) накопление в поверхностной части коры выветривания, в почвенных органогенных горизонтах специфического органического вещества – гумуса и связанной с ним химической энергии; 5) защитная роль почвы по отношению к литосфере; 6) генерирование и сохранение биологического разнообразия. В соответствии с обобщением Розанова А.Б. и Розанова Б.Г., почва является полупроницаемой земной оболочкой, функционально аналогичной мембранам, способной избирательно отражать, поглощать и трансформировать энергетические и вещественные потоки между внутренними и внешними оболочками Земли. Она является регулирующим механизмом взаимодействия между биотой, литосферой, гидросферой и атмосферой в пределах биосферы планеты.

Главная функция почвы – это обеспечение жизни на Земле – обеспечение растений необходимыми факторами жизни. Эта глобальная функция почвы характеризуется понятием плодородия.

Вторая глобальная функция почвы – это обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговорота веществ на земной поверхности. Она является регулятором в качестве биомембраны и в качестве аккумулятора биофилов.

Третья глобальная функция почвы – это регулирование состава атмосферы и гидросферы, что осуществляется, благодаря высокой пористости почв, ее емкости поглощения, насыщенности живыми организмами, селективности.

Четвертая функция почвы – это регулирование биосферных процессов, в частности, плотности и продуктивности организмов на поверхности суши и в мелководьях, поскольку почва обладает не только плодородием, но и лимитирующими факторами.

Пятая функция почвы – накопление на земной поверхности специфического активного органического вещества – гумуса – и связанной с ним химической энергии.

Шестая глобальная функция почвы – это ее защитная роль по отношению к литосфере. Почва планеты – это не только геомембрана, но одновременно и «кожа» планеты», защищающая литосферу от слишком сильного воздействия экзогенных факторов и от разрушения.  

Рэуце К. и др. (1986) отмечает две наиболее важные экологические функции почвы. Эти функции состоят в непрерывном процессе фотосинтеза, накоплении, преобразовании и перераспределении солнечной энергии; в поддержании глобального круговорота химических элементов, особенно важных для биофизических и биохимических процессов. По мнению авторов, накопление, превращение, разложение и минерализация органического вещества, накопление и перераспределение энергии живыми организмами, селективная сорбция химических элементов и их концентрирование в почве и в воде – основные функции для систем организма почвы.

Модели плодородия почв

Влияние почв на другие компоненты экосистемы обусловлено, в значительной степени, свойствами почв, а при ведении сельскохозяйственного производства свойствами создаваемых человеком почв. Эти свойства для разных почвенно-климатических зон различны и характеризуются моделями плодородия почв. Модель плодородия почв – это оптимальное сочетание свойств процессов и режимов почв для получения максимального экономически оправданного урожая и наибольшего КПД использования в агрофитоценозе солнечной и антропогенно затраченной энергии при соблюдении экологической безопасности принятой системы земледелия и технологий. Модель плодородия предполагает максимальную устойчивость почв в данных условиях к деградации, надежность и долговечность функционирования при принятых потоках вещества и энергии.

При этом под свойствами почв понимаются статические показатели (рН, содержание подвижных форм фосфатов, калия и т.д.), характеризующие состояние почв. Процессы подразделяются на почвенные и почвообразовательные. Под ними понимаются изменения свойств почв под влиянием антропогенных и естественных воздействий. Почвенные процессы - это превращение в почвах вносимых в них азота, фосфора, калия, органических остатков, трансформация микроэлементов и тяжелых металлов и т.д. К почвообразовательным процессам относятся оподзоливание, оглеение, засоление, осолонцовывание, гумусонакопление, торфонакопление и т.д. Режимы почв – это закономерное изменение свойств и процессов во времени и в пространстве – весной, летом, осенью, с глубиной почвенного профиля, в пределах поля или структуры почвенного покрова. Выделяют водный, воздушный, тепловой, фосфатный, калийный, азотный, кислотно-основной, окислительно-восстановительный и т.д. режимы.

Для создания моделей плодородия почв необходимо оптимальное сочетание их свойств, процессов и режимов. В почве может быть достаточное количество усвояемых фосфатов весной, но недостаток их летом. Это приведет к плохому развитию растений. В почве может быть оптимальное значение рН в верхнем горизонте, но очень неблагоприятное для растений в слое 30-50 см, что не позволит получить планируемый урожай. В почвах должны идти благоприятные процессы превращения удобрений. Например, при внесении в кислые подзолистые почвы фосфатов кальция они превращаются в фосфаты железа и алюминия, доступность которых для растений очень мала. При внесении соединений железа в карбонатные почвы устранить хлороз, связанный с недостатком железа для растений, не удается, т.к. вносимое в почву железо выпадает в трудно растворимые осадки соединений железа и т.д.

Модели плодородия почв отличаются для разных типов почв, групп почв по гранулометрическому составу, гумусированности, эродированности, оглеенности и т.д., для отдельных групп растений, для различных регионов и определенного уровня ведения сельскохозяйственного производства. Создавая почву для получения планируемого урожая, необходимо предусматривать, во-первых, получение урожая приемлемого количества, во-вторых, экологическую целесообразность получения планируемого урожая и, в-третьих, соблюдение условия повышения плодородия почв и сохранения экологического равновесия. Очевидно неприемлемо внесение таких доз удобрений и средств защиты растений, которое приведет к получению продукции в избыточном количестве, загрязненной нитратами, кадмием, медью, цинком и т.д. В то же время неоправданно внесение удобрений и мелиорантов в таких дозах, которые приводят к значительному ухудшению свойств почв, падению их плодородия (например, при подкислении почв за счет внесения физиологически кислых удобрений типа (NH₄)₂SO₄, при создании в ППК доли обменного калия более 5%, приводящей к диспергированию почв и резкому уменьшению водопроницаемости). При оценке стоимости земель, с учетом их плодородия, внесение таких доз будет неоправданно и с экономической точки зрения. Недопустимо внесение в почву таких доз удобрений и средств защиты растений, которые вызовут загрязнение вод нитратами, фосфатами, калием, ядохимикатами, в концентрациях выше установленных пределов допустимых. При использовании природоохранными организациями штрафных санкций внесение таких доз будет невыгодно и с экономической точки зрения.

Создание свойств о определенными свойствами должно быть выгодно экономически, должно оправдываться прибавкой сельскохозяйственной продукции. Например, на огородах в Московской области 4-8% гумуса, однако, создание такой степени гумусированности на полях не приведет к адекватному повышению урожайности, и поэтому даже не планируется.

Модели плодородия отличаются для почв различных генетических типов и почв с резко отличающимися свойствами. Экономически и экологически нецелесообразно создавать на сероземах такую же почву, как и чернозем. Для каждого почвенного типа оптимальны определенные свойства, процессы и режимы. В то же время для почв легкого и тяжелого гранулометрического состава (песка и глины) оптимумы всех других показателей свойств почв свои. То есть и модели плодородия для них будут отличаться. В развитых странах оптимум содержания подвижных форм элементов питания отличается не только для почв определенного гранулометрического состава, но и почв в различных интервалах рН, степени гумусированности, емкости катионного обмена. Аналогичная тенденция и других параметров моделей плодородия.

Оптимальные свойства почв существенно зависят от гидротермических условий. Например, оптимум содержания подвижных фосфатов под пшеницу для условий Московской области 15 мг/100 г; для Урала – 25 мг/100; для Магаданской области, Сибири – до 40 мг на 100 г. Оптимум содержания легкогидролизуемого азота в Московской области 6 мг/100 г, в Сибири – до 15. Это обусловлено тем, что растения значительно хуже усваивают фосфор и азот при температурах ниже 10⁰. Аналогично от влажности и температуры зависят оптимумы и других свойств почв. Таким образом, модели плодородия, например, дерново-подзолистых почв в Германии, в Московской области и в Красноярском крае будут существенно отличаться.

Модели плодородия почв составляются для определенных культур или групп культур. Например, для чая необходимо значение рН около 4, а для картофеля, льна 5, 0-5, 5; для пшеницы – 6-7 и т.д. Оптимальные значения содержания подвижных форм элементов питания для овощных культур в два раза выше, чем для зерновых. Модели плодородия почв зависят от уровня интенсификации сельскохозяйственного производства. В парниковых хозяйствах оптимальное содержание гумуса и элементов питания в десятки раз выше, чем для почв окружающих полей. Сорта зерновых интенсивного типа могут давать урожай до 100-120 ц/га, но растут только на очень плодородных почвах, на бедных почвах они вообще расти не будут. Сорта зерновых культур экстенсивного типа могут дать на плохих почвах урожай 5-15 ц/га, но и на хороших почвах не дадут больше 25 ц/га. Очевидно, что и модели плодородия для сортов экстенсивного и интенсивного типов будут отличаться. Отдельные сорта растений также в различной степени требовательны к элементам питания, обладают различной адаптационной возможностью к загрязнению. В связи с этим, почва, плодородная для одного сорта, может оказаться недостаточно плодородной для другого сорта. Система удобрений, разработанная для одного сорта, к сожалению, в ряде случаев, не дает должного результата для другого сорта.

Модели плодородия зависят от характера сельскохозяйственного использования почв. Для дачного и, частично, фермерского хозяйства возможно различное использование склонов разной крутизны и экспозиции, повышенных и пониженных элементов рельефа, отдельных компонентов структуры почвенного покрова. Для больших хозяйств это нереально.

Все вышеизложенное свидетельствует о значительном влиянии на экологическое состояние агрофитоценозов выбранных и достигнутых в производстве моделей плодородия почв. Необходимо рассмотрение экологических ограничений при разработке моделей плодородия почв.

Формирование почв

1. Формирование почв, как компонента экосистемы и ее экологических функций обусловлено взаимовлиянием на почву внешних факторов. В отдельных случаях влияние одного из внешних факторов, в значительной степени, превышает влияние других, но в большинстве случаев отмечается сложное взаимовлияние факторов на формирование почв и их экологических функций

2. Эволюция почв обусловлена не только известными факторами почвообразования (климатом, рельефом, растительностью, почвообразующими породами, возрастом почв, антропогенным влиянием), но и воздействием различных видов геофизических полей. Эффект их влияния определяется при сложении векторов с учетом скалярных величин действия этих факторов на протекающие в почве процессы. Часто силовые линии геофизических полей определяют накопление токсикантов и проявление экологических функций почв, формирование почвенно-геохимических барьеров. В таких ситуациях очаги накопления токсикантов не могут быть устранены без коренной переделки природы, и их лучше оставить без изменения, т.к. эффект любых мелиораций будет исчезать через несколько лет.

3. Формирование экологических функций почв, как компонента экосистемы, зависит от экологических функций растительности, рельефа, грунтовых вод, почвообразующих пород. Отмечается аддитивное взаимодействие, синергизм и антагонизм взаимного влияния компонентов экосистемы, внешних факторов, свойств, процессов и режимов почв.

4. Существует взаимосвязь состояния соединений ионов на гранях отдельностей, в педах и кутанах, в почвенном растворе, в горизонте, профиле почв, в отдельном компоненте структуры почвенного покрова, в ландшафте. Существует иерархическое соподчинение состояния соединений ионов, концентрационных и других полей в отдельных компонентах ландшафта. Все части почвы связаны с целым функциональным ее механизмом и только через это целое взаимодействуют между собой.

5. Активный слой почвенного покрова обладает свойством накапливать результаты внешних воздействий.

6. Важная движущая сила процессов в системе почва-растение – градиент действующих на систему факторов.

7. По мнению Мотузовой Г.В., у геологической породы с факторами выветривания обратная положительная связь; с каждым шагом выветривания воздействие усиливается.

8. Прогрессивное развитие почв также может лимитироваться недостатком кальция, азота и т.д., избытком свинца и кадмия, но и отсутствуем отдельных видов биоты, резким ингибированием отдельных процессов почвообразования; экстремальными значениями отдельных факторов почвообразования и т.д.

9. Почва развивается и постепенно стареет, приходит к климаксному состоянию, когда накопление энергии находится в соответствии с коэффициентом радиационного баланса и коэффициентом увлажнения. Такое состояние характерно и для культурных почв. Чем более молодая почва, тем она более динамична и податлива к изменению своих свойств до оптимума, чаще более плодородна с учетом коэффициента использования солнечной и антропогенно затраченной энергии.

10. Развитие экосистем и, в частности, почв и растений определяется трансформацией, миграцией и накоплением не только вещества и энергии, но также информации. Информация заключена в строении почвенного профиля, составе гумуса, вторичных минералов, ППК, новообразований, в структуре почвенного покрова. Эта информация дает возможность проследить путь эволюции почв или отдельных компонентов. Однако, в дополнение к историческому аспекту, следует учитывать и ряд аспектов информации имеющих практическое значение.

а) Информация, заключенная в почве, позволяет оценить будущий ход их развития. Прошлое определяет, в значительной степени, будущее. Будущее определяет настоящее. Зная промежуточный этап стадии, например, химической реакции, мы можем оценить и конечный этап. Знание будущего пути развития почв позволяет найти и пути их регулирования.

б) В отдельных горизонтах почв заключена не только информация об эволюции почв, но они имеют и разные агрономически важные свойства. Вряд ли правильно при выращивании культур (и при оценке трансформации ионов в почвах) не учитывать градиент физических полей между горизонтами. Неверно оценивать плодородие только по свойствам горизонта Ап, ведь в разные фазы развития растений в каждом горизонте будет и определенное количество корней и, если один из подпахотных корнеобитаемых слоев токсичен, то плодородие Ап не гарантирует урожай.

в) Свойства почв значительно отличаются в разных гранях структурных отдельностей; они значительно отличаются в разных слоях структурных отдельностей (как в кольцах на срезе деревьев). Очевидно, что процессы взаимодействия, в том числе и удобрений, протекают на грани отдельностей, а не внутри них. Растения также больше питаются с поверхностей граней. Недооценка этого явления вносит существенные ошибки в разрабатываемые проекты.

г) Свойства почв в поле и сухих растертых образцов существенно отличаются. В полевых условиях мы оцениваем «живые» почвы и современные процессы, которые определяют сейчас развитие почв и растений. В сухих растертых образцах мы оцениваем изменения, накопившиеся за много лет. Надо осознать, что, как по мертвой птичке нельзя оценить процессы при ее жизни, так и по анализу мертвых почв нельзя полно судить об их жизни.

д) В почве, как в матрице, заключены код и память для воспроизводства подобных существующим в почве компонентов. Например, внеся с удобрениями в дерново-подзолистую почву фосфаты кальция, мы находим их трансформированными в фосфаты железа и алюминия, характерные для этой почвы. Внеся в эту почву любые органические остатки, мы через определенный промежуток времени находим в почве гумус с характерным для нее соотношением С_ГК: С_ФК = 0, 6-0, 7 и т.д.

С практической точки зрения, необходимо знать эту трансформирующую способность почв, имеющую определенную емкость. Это позволяет прогнозировать поведение удобрений, мелиорантов и токсикантов в конкретных почвах. Информацию о свойствах почв несут излучаемые и отражаемые поля, воздушные экзаметаболиты, водные мигранты. Эту информацию улавливают растения; она регулирует их развитие. Информация – это не только ключ к познанию происхождения почв, это закодированный путь саморазвития, это перспективный путь регулирования, как биопродуктивности угодий, так и плодородия почв. Каждая часть почвы несет информацию, которая, посредством селективных носителей, распространяется повсюду.

Факторы деградации почв

Деградация почв зависит от внешних, воздействующих на нее природных и антропогенных факторов. Деградация почв может возникать, за счет резкого изменения естественных потоков вещества и энергии в системе почва - окружающая среда. В конечном итоге, деградация наступает при превышении буферной емкости почв и ландшафтов по степени распашки территории, ее застройки, использовании для технических нужд, по уровню антропогенного воздействия веществом и энергией. Она также наблюдается при превышении допустимого уровня степени открытости термодинамической системы почва-растение, превышении допустимого порога механического воздействия, доз удобрений и ядохимикатов, биопродуктивности, уровней отчуждения элементов с урожаем и их элюирования, уровней загрязнения и т.д. При этом, для определенных конкретных условий существуют свои пределы распашки территории, трансформации ландшафтов, пределы механической и другой антропогенной нагрузки, пределы уменьшения видового разнообразия растительного покрова м биоты, их биопродуктивности.

Окультуривание почв, как правило, приводит к нарушению в них естественных взаимосвязей, к увеличению неравновесности состояния, что может поддерживаться только за счет постоянного притока в систему вещества, энергии и информации. Наиболее важными причинами деградации окультуренных почв являются осушение, орошение, подтопление, засоление, осолонцевание, уплотнение почв, их опустынивание, подкисление, загрязнение, механическое разрушение, проявление различных видов эрозии, почвоутомление, неправильное внесение удобрений и мелиорантов, обеднение почв, подзолообразование, осолодение и т.д.

Ряд авторов предлагает группировку видов деградации. Габбасова И.М. (2001) выделяет три основных причины деградации почв: эрозионную, гидрологическую, химическую. С практической точки зрения, рационально рассматривать деградацию почв под влиянием растений (технологий выращивания и самих растений), выращивания животных; под влиянием продуктов отхода растениеводства, животноводства; под влиянием отходов промышленности, при строительстве; под влиянием загрязнения среды, под влиянием естественных и антропогенных гидрологических условий территории. При этом деградация может быть обусловлена превышением допустимых нагрузок на экосистему при правильном природопользовании; несовершенством существующих технологий; нарушением существующих технологий, авариями.

На развитие деградационных процессов в значительной степени влияют внешние факторы. Гравитационные, магнитные, электрические поля Земли, геопатогенные зоны в значительной степени определяют биопродуктивность, а следовательно, и устойчивость почв к деградации. Так, например, наличие разломов земной коры соответствует накоплению на поверхности токсикантов, что снижает биопродуктивность и способствует развитию деградационных процессов. Локальное изменение гравитационного поля, обусловленное залежами полезных ископаемых, изменяет и рост корневых систем растений. Это приводит и к изменению устойчивости растений к засухе. Изменение устойчивости к деградации растительного покрова – есть причина изменения устойчивости к деградации почв. Геохимические провинции также в значительной степени влияют на устойчивость почв к деградации. Повышенное содержание цинка, селена и ряда других микроэлементов способствует устойчивости растений к засухе, что снижает риск деградации.

Развитие почв и агрофитоценозов протекает при совместном влиянии на них воздушных и водных мигрантов, различных физических полей, в том числе недр Земли, Космоса, полей антропогенной природы. Взаимовлияние этих полей обусловливает силовые линии миграции элементов, в том числе токсикантов, и энергии. (Они определяются векторными и скалярными величинами миграции). В свою очередь, направление силовых линий различных физических полей в агрофитоценозе зависят от строения земной коры, литологии, гидрологии, геоморфологии данного района почвенного и растительного покрова. Под влиянием таких силовых линий в почвах возникают как зоны аккумуляции, стягивания элементов, так и первичные зоны деградации почв, как в пределах почвенного профиля, так и в пределах структуры почвенного покрова. Дополнительными факторами, сопутствующими деградации, является нарушение ландшафта и, связанное с ним, изменение гидротермического режима, базиса эрозии, усиление влияния на систему физических полей антропогенной природы, в связи со строительством и функционированием жилых массивов и технических сооружений, естественных силовых линий и напряженности различных физических полей. Следует отметить, что в пределах буферной емкости системы изменение воздействия на нее любого физического поля компенсируется адекватным изменением кода других физических полей. Однако, при превышении порога буферности начинают развиваться самоускоряющиеся процессы деградации системы.

Этапы деградации

Деградация системы проходит последовательно несколько этапов: 1) уменьшение адекватности ответной реакции системы на внешние воздействия; 2) уменьшение энергетической эффективности использования ФАР и антропогенно затраченной энергии; 3) изменение структурных взаимосвязей в системе; 4) изменение вещественного состава; 4) изменение процессов саморазвития и саморегуляции. Для почв и биоты в процессе деградации характерно упрощение системы и потеря ей энергии и информации. При интенсивной деградации все более упрощается и сокращается матричная функция почв и ее компонентов. Произведенное резкое изменение свойств, процессов и режимов почв уменьшает устойчивость почв к последующим воздействиям. При развитии процессов деградации всегда сначала возникают локальные очаги деградации. Если их вовремя установить, то проще устранить нежелательные процессы. На разных этапах деградации система в неодинаковой степени способна противостоять внешним воздействиям. Сначала устойчивость велика, а затем снижается, и при почти полной деградации дополнительные внешние воздействия снова менее эффективны.

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 году 30, 4% сельскохозяйственных угодий были отнесены к дефляционно-опасным 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 (Иванов, 1985). 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, 5-4 – 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. (1997) 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 года. 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, 1985).

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

Водная эрозия почв

Водная эрозия – процесс ее разрушения под действием поверхностного стока воды. До активного антропогенного воздействия на ландшафты интенсивность эрозии была соизмерима со скоростью почвообразования. Такая эрозия названа нормальной. При вовлечении земель в сельскохозяйственный оборот интенсивность данного процесса многократно возросла, что определило ее название – ускоренная или современная. Различают эрозию смыва (плоскостную), размыва (овражную) и ирригационную. Проблемами, возникающими при развитии эрозии являются: уничтожение земель, падение плодородия, нарушение экологической ситуации, падение урожая сельскохозяйственных культур.

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 в случае моросящих дождей. Энергия стекающей по склону воды определяет эрозию в тем большей степени, чем круче и длиннее склон. При таянии снега развитие эрозии дополнительно определяется скоростью его таяния, на что влияет экспозиция склона. При развитии ирригационной эрозии потери почв зависят от энергии стекающей воды, скорости и длительности течения.

Устойчивость почв к водной эрозии зависит от типа почв, гранулометрического состава, структуры, гумусированности, покрытия травостоем, водопроницаемости, базиса эрозии, длины и крутизны склона, его экспозиции, развития корневых систем растений, покрывающих почву. Универсальное уравнение потерь почвы в результате развития водной эрозии имеет следующий вид: Q = 0, 224 ^. RKLSCP, где Q – потери почвы от эрозии, кг/м² в год; R – характеристика эродирующей способности дождя, учитывающая интенсивность, кинетическую энергию и т.д.; К – коэффициент эродированности почвы (учитывает водопроницаемость и противоэрозионную стойкость почвы); L – коэффициент длины склона (отношение потерь почвы с данного поля к потерям с поля стандартной длины); S – коэффициент крутизны склона (отношение потерь почвы с данного поля к потерям со клона стандартной крутизны); С – коэффициент возделывания культуры (отношение потерь почвы с данного поля, занятого культурой, к потерям почвы черного пара); Р – коэффициент эффективности отдельных противоэрозионных мероприятий.

При качественной оценке развития водной эрозии учитывается, что она интенсивнее протекает на почвах тяжелого гранулометрического состава. Учитывается степень эрозионной опасности склонов: прямой – 1; выпуклый 1, 25-1, 50; вогнутый – 0, 5-0, 75. Интенсивная эрозия развивается, как правило, на склонах более 2-3⁰. Однако, это зависит от климатических условий и степени устойчивости к эрозии конкретных почв. Для таежно-лесной зоны считается, что при уклоне 1-3⁰ эрозия не проявляется; при 2-3⁰ – необходимо ограничение доли пропашных культур; 3-5⁰ – необходимо исключить возделывание пропашных культур. При 5-8⁰ вводят почвозащитные севообороты; при уклоне более 8⁰ применяют сенокосно-пастбищное использование земель.

Изменение свойств почв

Развитие эрозии сопровождается потерями почвы, уменьшением гумусированности, микробиологической активности, содержания доступных форм элементов питания, ухудшением водного и воздушного режимов, физических свойств почв, разрушением поверхности почв, уменьшением мощности пахотного слоя, обнажением корней, намывом почв в пониженных элементах рельефа, расчленением рельефа. Потери почвы за один полив, за счет проявления ирригационной эрозии, могут достигать, по Кузнецову М.С., 100 т/га. По данным Кудеярова В.Н. и др. (1984), с 1 мм смытой почвы с гектара выносится 10-20 кг азота, 10 – фосфора и 100-200 кг связанного углерода.

Почвы на склонах южных экспозиций, по сравнению с северными, характеризуются, как правило, большей эродированностью, меньшей мощностью гумусового горизонта, более интенсивными процессами минерализации органического вещества и азота. На холодных склонах северных экспозиций наблюдается снижение рН и повышение гидролитической кислотности, по сравнению с южными. Например, в пахотном слое типичного чернозема отмечены следующие значения рН: на водораздельном плато – 5, 7; на склоне северной экспозиции – 5, 5; на склоне южной экспозиции – 6, 2 (Кирюшин В.И.).

По данным Трегубова П.С. и Шуриковой В.И. (1981), сумма водопрочных агрегатов снижается в выщелоченных черноземах с 65-70% в несмытых до 50% - в слабо и среднесмытых и до 30-40% - в сильно смытых почвах; в дерново-подзолистых почвах на лессовидных суглинках – с 33-41% до 6-7%. Общая порозность от несмытых к сильносмытым почвам уменьшается в дерново-подзолистых почвах на моренном суглинке с 43-46 до 36-41%; на лессовидном суглинке с 48-52 до 21-49%; в выщелоченных черноземах с 61 до 48%. Водопроницаемость в средне и сильносмытых почвах снижается на 40-50%.

В то же следует отметить, что при развитии эрозии почв на поверхность выходят нижележащие горизонты, свойства которых в разных типах почв неодинаковы. Например, при эрозии подзолистых почв ближе к поверхности подходит и подпахивается горизонт А₂, что сопровождается подкислением почв и уменьшением содержания в них элементов питания, облегчением гранулометрического состава. При эрозии каштановых почв ближе к поверхности подходят карбонатные горизонты, что сопровождается подщелачиванием почв. Так как горизонты А₂ и В в разных типах почв существенно отличаются по своим свойствам, то при слабой эродированности почв (когда идет подпашка А₂) и при сильной эродированности (когда идет подпашка В) изменения свойств почв неодинаковы. Указанное определяет тот факт, что для всех типов почв и разных степеней развития эрозии изменения свойств почв будут неодинаковы. Приводимые в литературе закономерности правомочны только для определенных конкретных регионов (типов почв).

На слабосмытых почвах недобор урожая, в среднем, составляет 10-20%, на среднесмытых – 40-60%, на сильносмытых – более 80%.

Пути оптимизации обстановки

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: