Экологические значения свойств почв

Свойства почв определяют их сорбционную, миграционную и трансформирующую способность, протекторные функции. В первую очередь, это показатели рН, окислительно-восстановительного состояния, гранулометрический состав, сорбционная емкость по отношению к различным типам сорбции, фракционный состав соединений ионов в почве.

На территории России с севера на юг, в основном, распространены следующие зональные типы почв: тундровые, глеево-подзолистые, подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, черноземы, каштановые, бурые полупустынные. Кислотность указанных почв меняется от рН=3, 5-4, 5 в подзолистых почвах, до рН=6, 0-7, 0 – в черноземах и до рН=7, 0-7, 2 – в верхних горизонтах (рН=8, 2 – в нижних горизонтах) светло-каштановых и бурых полупустынных почв. В соответствии с рН, с севера на юг закономерно изменяется содержание гумуса и емкость поглощения почв.

При кислой реакции среды и избытке воды протекает кислый гидролиз и диспергирование минеральной и органической части почвы. Это приводит к накоплению в почвах более низкомолекулярных фульвокислот, по сравнению с гуминовыми кислотами (Сгк: Сфк = 0, 5), в связи с чем в таких почвах накапливается меньше гумуса – 1-2%, что соответствует и меньшей емкости поглощения почвами катионов – 5-10 мг-экв/100 г. Такие свойства характерны для подзолистых почв. В черноземах при нейтральной реакции среды в групповом составе гумуса преобладают гуминовые кислоты (Сгк: Сфк = 2-2, 5). Это соответствует большему накоплению гумуса (4-12%) и большей емкости поглощения почвами катионов (50-70 мг-экв/100 г почв). В более южных почвах при слабощелочной реакции среды и солонцеватости почв протекает щелочной гидролиз органической и минеральной части почв. В групповом составе гумуса вновь преобладающее место занимают фульвокислоты (Сгк: Сфк = 0, 5-0, 7). В сочетании с повышенной минерализацией органического вещества, обусловленной высокими температурами и аэрацией, это приводит к незначительному накоплению гумуса в почвах (1-2%). Это соответствует и малой емкости поглощения почвами катионов (5-10 мг-экв/100 г почв).

Следует отметить, что емкость поглощения катионов для песка равна 5 мг-экв/100 г, для глины – 40 мг-экв/100 г, каолинита – 5, монтмориллонита и вермикулита – 80-100, для гуминовых кислот – 500, для фульвокислот – 800 мг-экв/100 г. Таким образом, чем более тяжелого гранулометрического состава почвы, тем больше в них гумуса и чем больше в минералогическом составе почв минералов группы слюд, монтмориллонита, вермикулита, тем больше емкость поглощения почвами катионов. В первом приближении, аналогичная зависимость и для поглощения почвами анионов, для физического типа сорбции при поглощении молекул. При повышении рН среды часть базоидов почв (положительно заряженных сорбционных мест) переходит в ацидоиды (отрицательно заряженные). Это приводит к увеличению емкости поглощения почвами катионов. В то же время повышение рН сопровождается образованием гидроокисей, карбонатов и двух-, трехзамещенных фосфатов поливалентных металлов, что соответствует увеличению химической поглотительной способности почв, за счет осадкообразования.

К интразональным почвам, развивающимся в любых зонах, относятся болотные, пойменные и засоленные. С экологической точки зрения, болотные почвы характеризуются большой емкостью поглощения (до 200 мг-экв на 100 г в торфяном горизонте), восстановительными условиями и, в ряде случаев, наличием сероводородного геохимического барьера. Для пойменных почв характерно ежегодное их заливание речной водой и, в связи с этим, как выщелачивание элементов, содержащихся в почвах, так и накопление в почвах токсикантов, находящихся в речных водах. Среди засоленных почв выделяются солончаки, солонцы, солоди.

С экологической точки зрения, солончаки характеризуются возможностью накопления токсикантов в верхнем горизонте, высокой концентрацией солей и связанной с этим деградацией почвенно-растительного покрова. Солонцы характеризуются щелочной реакцией среды, высокой подвижностью органического вещества, наличием элювиально-иллювиального распределения элементов по почвенному профилю, очень большой плотностью и малой водопроницаемостью, что приводит к деградации почв. Солоди развиваются, как правило, в мезо- и микропонижениях и отличаются, с экологической точки зрения, кислой реакцией среды верхнего горизонта, элювиально-иллювиальным распределением элементов по почвенному профилю, развитием восстановительных условий.

Свойства почв, в конечном итоге, определяют трансформацию и миграцию в почве токсикантов, устойчивость почв к факторам их деградации. Однако, экологические функции свойств почв зависят от их взаимовлиянии. Так, например, согласно разработкам Мотузовой Г.В. (1992), буферность почв обусловлена иерархической организацией системы, гетерогенностью, полифункциональностью ее соединений и разнообразием реакций, в которых они участвуют. По мнению автора, усложнение системы соединений химических элементов в почвах, которое ведет к расширению перечня системообразующих процессов, обеспечивает усиление ее буферных свойств. С этой точки зрения, к увеличению буферности почв ведет дифференциация почвенного профиля, образование в нем различных геохимических барьеров, образование комплексных органоминеральных и органо-глинистых соединений, усложнение фракционного состава соединений ионов в почве.

Если доминирующей реакцией при поглощении загрязняющего вещества является ионный обмен, то мерой относительной устойчивости почв к загрязнению этим веществом, может служить коэффициент селективности этого элемента. При большем коэффициенте селективности почва наиболее устойчива к загрязнению им. Аналогично, большей буферностью обладает та почва, в которой обеспечены реальные условия для выпадения осадка с наименьшим произведением растворимости. Автор отмечает, что чем больше максимальное количество вещества может быть удержано почвой, тем прочнее связь вещества с почвой, тем больше устойчивость почв при загрязнении этим веществом. Таким образом, буферная способность почв по отношению к определенному типу сорбции зависит от селективности сорбционных мест (констант равновесия протекающих реакций) и от количества этих сорбционных мест (емкости поглощения почв по отдельным типам сорбции). 

Свойства почв учитываются при прогнозе устойчивости почв к деградации и, в частности, опасности загрязнения почв, что иллюстрируется данными следующей таблицы.

                                                                          Таблица 2

Опасность накопления в почве биологически активных элементов, которые

находятся в слабо подвижной форме (Рэуцке К., 1986)

Содержание:                Удерживающая способность почв

гумуса    : --------------------------------------------------------------------------------------------------

                : пониженная (преобладает: средняя (иллит и: повышенная (монтморилло-

                : каолинит, галлуазит)  : смектит)            : нит, аллофан и полуторные

                :                                       :                             : окислы)

низкое                            1                              2                                      3

среднее                          2                               3                                      4

высокое                         3                               4                                      5

*) опасность загрязнения – 1 – очень слабая, 2 – слабая, 3 – средняя, 4 – сильная,

5 – очень сильная,

      На основании свойств почв прогнозируется и подвижность элементов, возможность их миграции в грунтовые воды.

 

                                                                          Таблица 3

      Подвижность биологически активных элементов в глеевых и засоленно-оглеенных

      почвах (с периодическим или постоянным восстановительным режимом)

      (Рэуцке К., 1986)

 

Реакция почвы:                      Подвижность элементов

                   : -----------------------------------------------------------------------------------------------

                   : практически неподвижные: слабо подвижные :      подвижные

рН < 5, 5        S², Mn⁴, V^3-4, As³           Cu², Zn, Pb², Co², Ni², Cr² Sr, Ba, Ag

pH = 5, 6-7, 6 S², Ba, Pb, Mo                Sr, Cu², Zn², Co², Ni², As³

pH = 7, 6-9, 5 S², Ba, Pb², Cu², Zn², Co, As³, Mo, Sr, Se                   Ni², Ag

                     Ag

      Экологическое значение почвообразовательных процессов

      Различают почвенные и почвообразовательные процессы. К почвенным процессам относятся превращения в почвах фосфатов, соединений калия, азота, органических веществ, тяжелых металлов, пестицидов, нефтепродуктов и т.д. Среди почвообразовательных процессов выделяют: 1) процессы, связанные с трансформацией органической части почвы – торфонакопление и гумусообразование; 2) процессы, связанные с трансформацией минеральной части почвы – сиаллитизация и аллитизация; 30 процессы, связанные с трансформацией веществ и их перераспределением по почвенному профилю – оподзоливание, лессиваж, оглеение, засоление, солонцовый процесс, осолодение.

      Оподзоливание связано с кислым гидролизом, разрушением и диспергированием минеральной части почв за счет кислых органических соединений и выщелачиванием продуктов разрушения в нижней части почвенного профиля и, частично, за пределы профиля, в связи с промывным типом водного режима. Лессиваж обусловлен механическим вымыванием илистой фракции почв из верхних горизонтов в нижние без ее разрушения. Оглеение обусловлено разрушением минеральной части почвы за счет восстановления ионов с переменной валентностью при анаэробных условиях и ее гидролизом при избытке воды. Оно характеризуется накоплением в почве восстановленных продуктов, низкими значениями окислительно-восстановительного потенциала, повышенным содержанием в почвенном воздухе углекислого газа, метана, ацетилена, сероводорода; повышенным содержанием в почве подвижных соединений железа, алюминия, марганца, оглиниванием почв, увеличением их липкости и вязкости. Засоление почв характеризуется накоплением в верхнем горизонте почв водорастворимых солей (K, Na, Ca, Mg, Cl, NO₃, HCO, CO₂, SO₄) более 0, 25% (в солончаках – 1, 2, 3%, в зависимости от типа засоления). Засоление обусловлено выпотным типом водного режима при наличии неглубоко от поверхности засоленных вод или засоленных пород, а также аэральным привносом солей в почву, орошением почв солеными водами. Осолонцевание почв обусловлено увеличением доли в ППК ионов обменного натрия и, частично, магния при повышении температуры, уменьшении влажности, увеличении щелочности и засоленности вод. Оно сопровождается развитием щелочного гидролиза и диспергирования минеральной и органической части почвы и формированием элювиально-иллювиального профиля, при очень большой плотности почв (до 1, 9 г/см³) и низкой водопроницаемости. При наличии таких условий в почвах застаивается вода, развиваются восстановительные условия с образованием повышенного количества в разлагающемся опаде низкомолекулярных кислот. Это приводит к смене в верхнем горизонте щелочного гидролиза минералов на кислый. Протекает процесс осолодения. При этом верхние горизонты почв с элювиально-иллювиальным профилем имеют рН от 6 до 4, а нижние – 8, 2, как правило. при значительной гидроморфности почвенного профиля.

      Почвообразовательные процессы определяют тенденцию поведения элементов и соединений в почвах и ландшафтах. В отличие от экологического влияния свойств почв, воздействие на процессы деградации почв почвообразовательных процессов более длительное и связано, в значительной степени, с саморазвитием уже начавшихся процессов. Пример влияния почвообразовательных процессов на поведение элементов в почвах приведен в следующей таблице.

                                                                          Таблица 4

      Главные типы почвообразовательных процессов и тенденция поведения в них

      химических элементов       

   Процесс   : Климатическая зона:      Поведение элементов в верхнем слое

                         :                               : ----------------------------------------------------------------

                         :                              :       накопление      :       миграция

оподзоливание  холодная северная Co, Cu, Mn, Ni, Ti, V, Zr B, Ba, Br, Cd, Cr, Li,

                                                                 в горизонте В               Mn, Rb, Se, Sr, V, Zn      

аллитизация      прохладная и уме- Co, Mn, V                      B, Ba, Br, Cu, I, Se, Sr

                           ренно гумидная      в глеевом горизонте

сиаллитизация  теплая умеренная и B, Ba, Cu, Mn, Se, Sr

                           сухая тропическая

латеритизация  гумидная и тропи-  S, Ba, Cu, Co, Cr, Ni, Sr,   

                           ческая                      Ti, V

осолонцевание теплая с сухими      B, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Se,

                           сезонами                 Zn, V

гидроморфные интразональные     B, Ba, Cu, Co, I, Mn, Mo, B, Br, Co, Cu, Mn, Ni,   

образования      почвы                      Se, Sr, V в А₁                 U, V

Помимо почвообразовательных, большое влияние на экологическое состояние биогеоценозов и агрофитоценозов оказывают также почвенные процессы такие, как окультуривание, развитие водной и ветровой эрозии. Орошение, осушение, загрязнение, зафосфачивание, подкисление, подщелачивание, уплотнение, выравнивание мезо- и микрорельефа, выпаханность, почвоутомление, подтопление, поднятие и опускание уровня грунтовых вод, химическая мелиорация, удобрение и истощение почв. Эти процессы связаны с уменьшением степени открытости почвенной термодинамической системы, гомогенизацией свойств почв в пределах почвенного профиля и структуры почвенного покрова, с уменьшением при с/х использовании степени разнообразия экологических ниш, растений, биоты; с искусственным смещением точки равновесия вновь образованных почв с существующими радиационными и гидротермическими условиями. Это приводит к перераспределению вещества и энергии в ландшафте, к изменению барьерной и протекторной функции почв.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: