Мониторинг почв сельскохозяйственного использования

В связи с усилением антропогенного воздействия на природу, все большая доля территории становится опасной для жизни людей, неблагоприятной для ведения сельскохозяйственного производства. Согласно анализу, проведенному в середине девяностых годов только очень острые неблагоприятные экологические ситуации отмечались в России на площади 2, 5 млн. км², что составляет 15% всей территории. В связи с этим, контроль за состоянием окружающей среды, выделение территорий различной экологической напряженности с целью разработки мероприятий по оптимизации обстановки представляет важную народнохозяйственную задачу.

Под мониторингом понимается система наблюдений и контроля за состоянием окружающей среды с целью разработки мероприятий по ее охране, рациональному использованию природных ресурсов и предупреждению критический ситуаций, вредных или опасных для здоровья людей, живых организмов, их сообществ, природных комплексов и объектов. Это отражение динамики происходящих в объекте изучения изменений и прогноза развития ситуации. Мониторинг включает наблюдение, оценку фактического состояния, прогноз состояния, оценку прогнозируемого состояния, разработку путей оптимизации обстановки.

Агроэкологический мониторинг представляет собой общегосударственную систему наблюдений и контроля за состоянием и уровнем загрязнения агроэкосистем (и сопредельных с ними сред) в процессе интенсивной сельскохозяйственной деятельности. Отличительные особенности функционирования агроэкосистем, по сравнению с природными экосистемами, по мнению Кирюшина В.И., состоят в следующем:

1. Агроценозы находятся вне сферы естественного отбора; эти системы создаются и поддерживаются человеком.

2. Агроценозы получают, наряду с солнечной энергией, дополнительное количество энергии, которое вносит в них человек (для антропогенной энергии составляет 5-10%).

3. Агроценоз полевых культур – сообщество монодоминантное, чаще односортовое. Угнетение роста и развития основной культуры не может быть компенсировано усиленным ростом других видов растений. В результате устойчивость продуктивности агроценоза ниже, чем в естественных экосистемах.

4. В агроценозах период вегетации культивируемых растений короче вегетационного сезона. Время взаимодействия фитокомпонента с почвой намного короче, чем в естественных ценозах, что определяет интенсивность обменных процессов.

5. В агроценозах круговорот химических веществ не компенсирован, часть вещества изымается из экосистемы безвозвратно. В агроценозах с хозяйственно полезной продукцией отчуждается 50-60% органического вещества от его количества, аккумулированного в продукции.

6. Природные экосистемы являются системами авторегуляторными; агроценозы – управляемыми человеком.

Как указывается в учебнике «Агроэкология» под редакцией Черникова и Черкеса, основными принципами агроэкологического мониторинга являются: 1) комплексность, т.е. одновременный контроль за тремя группами показателей, отражающих наиболее существенные особенности вариабельности агроэкосистем (показатели ранней диагностики изменений; показатели, характеризующие сезонные или краткосрочные изменения; показатели долгосрочных изменений; 2) непрерывность контроля за агроэкосистемой, предусматривающая строгую периодичность наблюдений по каждому показателю с учетом возможных темпов и интенсивности его изменений; 3) единство целей и задач исследований, проводимых разными специалистами (агрометеорологами, агрохимиками, гидрологами, микробиологами, почвоведами и т.д.) по согласованным программам под единым научно-методическим руководством; 4) системность исследований, т.е. одновременное исследование блока компонентов агроэкосистемы: атмосфера – вода – почва – растение – животное – человек; 5) достоверность исследований, предусматривающая что точность их должна перекрывать пространственное варьирование, сопровождается оценкой достоверности различий; 6) одновременность (совмещение, сопряженность) наблюдений по системе объектов, расположенных в различных природных зонах.

В агроэкологическом мониторинге выделяются две взаимосвязанные по информационной базе подсистемы: научная и производственная. Научной базой подготовки исходных данных для применения технологических решений является полигонный агроэкологический мониторинг. Такой мониторинг может осуществляться на делянках длительных опытов, постоянных участках слежения, реперных точках. Он при условии оснащения современными приборами и оборудованием позволяет проводить фундаментальные исследования по широкому спектру вопросов. Производственная система включает мониторинг всех используемых сельскохозяйственных площадей страны по сравнительно небольшому набору показателей через 5-15 лет. Позволяет получить надежную систему сроковых характеристик.

Особенности проведения мониторинга при различных антропогенных

воздействия

Под влиянием различных антропогенных воздействий изменяются различные свойства почв и сопредельных земель, что определяет особенности проведения мониторинга нарушенных территорий. Деградация почв, рельефа, пород, вод и растительности происходит под влиянием отраслей производства, животноводства, птицеводства, механизации и в районах поселков, складов, технических сооружений. На свойства почв и сопредельных компонентов экологической системы влияют органические удобрения, минеральные удобрения, средства защиты растений, воздействие техники, нефтепродуктов, распашка территории, развитие водной и ветровой эрозии, осушения, орошения почв, их уплотнения, продукты селитебных зон, складов, технических сооружений, центров механизации и т.д.

При проведении мониторинга земель сельскохозяйственного использования отмечаются следующие особенности объекта: 1) большие площади нарушенных или деградированных земель; 2) в ряде случаев негативное воздействие на систему нельзя прекратить, что определяется необходимостью получения продуктов питания; 3) длительность воздействия; 4) комплексность воздействия многих факторов деградации на систему; 5) увеличивается миграция веществ из почв в водную и воздушную среду; 6) очень сильное влияние на биоту полей и сопредельных территорий; 7) для агрофитоценозов характерно коренное изменение объекта, изменение не только свойств, но также протекающих процессов и режимов, трофических цепей; происходит создание нового рельефа, новых почв, коренное изменение растительного покрова (это наблюдается при разработке торфяных месторождений, осушении, орошении, планировании рельефа территории, устройстве водохранилищ, лесных полос); 8) изменения в агрофитоценозе под влиянием антропогенных воздействий в большинстве случаев целенаправлены; однако, при этом повышение урожайности часто сопровождается изменением устойчивости систем, деградацией почв, вод и других компонентов экологических систем; 9) деградация систем возникает при превышении допустимых уровней нагрузки на них, однако, это сопровождается как увеличением количества токсикантов и биофильных элементов в почвах, так и обеднением почв. При этом обеднение почв элементами питания также сопровождается деградацией почв и сопредельных компонентов экологической системы.

При проведении мониторинга выделяются следующие особенности.

Мониторинг проводится на отдельных почвах (типах, подтипах, родах, видах, разновидностях, разрезах), так как трансформация отдельных таксономических единиц почв под влиянием антропогенных воздействий существенно отличается.

Мониторинг следует проводить с учетом структуры почвенного покрова, которая в значительной степени влияет на характер трансформации и миграции вещества в системе.

Мониторинг следует проводить с учетом полей севооборота, так как антропогенные нагрузки на поля многолетних трав, пропашных культур или залежи резко отличаются. Нагрузки отличаются для овощных и полевых севооборотов и т.д.

Мониторинг почв сельскохозяйственного использования тесно связан с их сертификацией и с сертификацией качества сельскохозяйственной продукции. От качества почв зависит не только химический и биохимический состав продукции растениеводства, овощеводства, садоводства, но и особенности ее хранения, транспортировки и переработки, стоимость на мировой рынке. Качество почв в значительной степени определяет качество чая, кофе, виноградных вин, продукции животноводства, качество льна и хлопка, возможность их окраски, качество каракуля и овчины и т.д.

Качество почв и земель, а следовательно, параметры мониторинга, в значительной степени, зависят от характера использования земель и уровня интенсификации сельскохозяйственного производства. Почвы, оптимальные для выращивания елок, не пригодны для выращивания полевых культур, почвы, хорошие для выращивания овощей в поймах рек, не подходят для садов и т.д. При определении степени деградации почв они также в различной степени пригодны под те или иные культуры.

Определенными особенностями обладает проведение мониторинга и при действии на почву разных факторов деградации. При рекреационных нагрузках и дегрессии оценивается их влияние на плотность почв, проективное покрытие, состав ассоциаций, состав биоты, гумус, развитие водной и ветровой эрозии, опустынивание. Уменьшение биопродуктивности угодий приводит и к уменьшению свежеобразованного органического вещества, а следовательно, к уменьшению структурообразующей, комплексообразующей способности почвенного раствора, его биологической активности и протекторной функции. Это приводит к изменению водно-физических свойств почв и почвенных вод, воздуха,

Подкисление почв происходит под воздействием кислых дождей, применения физиологически кислых удобрений, кислых продуктов, появление которых обусловлено протекающими почвообразовательными процессами. Для оценки воздействия кислых продуктов на компоненты экологической системы оценивается состав кислых продуктов, интенсивность воздействия, продолжительность воздействия, периодичность, монотонность, импульсность. При этом, величина рН определяет возможность протекания отдельных деградационных процессов, а количество ионов Н⁺ - интенсивность воздействия. При мониторинге кислых почв оценивают рН, количество кислых продуктов, буферные системы в кислом интервале, ферментативную и микробиологическую активность, гумусное состояние. В легких по гранулометрическому составу почвах подкисление не вызывает появления токсичных концентраций в растворе железа, алюминия, марганца. В то же время, как для суглинистых и глинистых почв мониторинг должен включать их определение. В незагрязненных почвах подкисление не вызывает значительного увеличения концентрации в почве и в растворе подвижных форм свинца, кадмия и т.д., а в загрязненных почвах при мониторинге их определение необходимо. Обобщенным индикатором влияния подкисления на почвенную систему является фитотоксичность, проективное покрытие и состав видов.

Следует учитывать, что подкисление почв изменяет устойчивость их к воздействию других факторов деградации. Подкисление почв уменьшает их устойчивость к загрязнению тяжелыми металлами, пепеуплотнению, но увеличивает устойчивость к развитию анаэробных процессов и т.д. В связи со значительными изменениями при подкислении потоков вещества, при мониторинге кислых почв необходимы исследования –состояния водной и воздушной среды, растительного покрова.

Особенностью проведения мониторинга при осушении почв является анализ состояния и изменений сопредельных территорий и сред. Учитывается, что при осушении происходит опускание уровня грунтовых вод, пересыхание мелких рек, потеря в рыбном хозяйстве, лесном хозяйстве, изменения в качестве грунтовых вод, усиление паводков, развития водной и ветровой эрозии, дигрессии и рекреации, возникновение пожаров, существенные изменения почвенного и растительного покрова.

Особенностью проведения мониторинга при орошении почв является обязательная оценка способов полива, состава поливных вод (их засоление и загрязнение), учет норм полива и продолжительности орошения. Так, например, при орошении дождеванием существенные изменения происходят в слое 0-50 см, а при орошении напуском – в слое до 100-150 см. Приходится сочетать локальный мониторинг с региональным, так как изменениям подвергаются не только неорошаемые участки в пониженных элементах рельефа, но также участки в нижнем течении рек, в которые сбрасываются оросительные воды. В ряде случаев происходит выклинивание оросительных вод и на значительном расстоянии от орошаемой территории, что связано с гидрологией участков. Учитывают, что при орошении происходят существенные изменения биоты, почв, растительности, рельефа, геологического строения, водной и воздушной среды. При этом происходит подтопление сопредельных территорий, поднятие уровня грунтовых вод, наблюдаются просадки, карстовые явления, динамические сдвиги и т.д., возникают новые геохимические барьеры. В водной среде увеличивается количество кальция, железа, марганца, алюминия, калия, нитратов, углерода, пестицидов и т.д.

Следует прогнозировать вспышку щелочности при поливах и усиление сульфатредукции и резкое повышение концентрации сероводорода. В воздушной среде увеличивается концентрация углекислого газа, аммиака, сероводорода, метана, ацетилена и ряда других газов. В почвах происходит засоление, осолонцевание, потеря структуры, увеличение восстановленности почв с образованием Fe²⁺, Mn²⁺, увеличивается подвижность железа, алюминия, марганца, сероводорода, углекислого газа, происходит заиливание почв, увеличение их липкости и вязкости.

При загрязнении почв тяжелыми металлами при оценке факторов деградации учитывают состав токсикантов в водной и воздушной среде, размер частиц, их химическое состояние, интенсивность и продолжительность выбросов, розу ветров, периодичность, монотонность или импульсность выбросов. Учитывают, что воздушные выбросы переносятся на расстояние до 300 км (мониторинг, как правило, проводится на расстояние до 30 км от источника загрязнения). Следует отметить, что изменения охватывают почву, водную и воздушную среду, биоту, растительный покров, влияют на сопредельные территории. При этом, интенсивность загрязнения, помимо внешних факторов воздействия, различается на почвах разного гранулометрического состава; на определенных элементах микро- и мезорельефа; на разных типах почв, под определенными растительными ассоциациями. Поэтому анализ образцов только на разном расстоянии от источника загрязнения без учета зависимости загрязнения от вышеуказанных факторов не дает корректного ответа о нарушениях в экологической системе. Для оценки разной степени загрязнения, характера и продолжительности загрязнения используются определенные индикаторные виды биоты и растений.

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться: