Ивлев А.М., Дербенцева А.М. Деградированные почвы и их рекультивация

Подождите немного. Документ загружается.

окружающей среды». Особенно заметные, и разнообразнейшие изменения,

произошли в педосфере.

Все разнообразие происшедших изменений объединяется в четыре группы,

в виде вновь возникших нооландшафтов (ландшафтов ноосферы):

1.Культурные нооландшафты или ландшафты урбанизации;

2.Нооландшафты территориально-промышленных комплексов (ТПК);

3.Техногенные нооландшафты и

4. Агроландшафты.

Особо выделяются техногенные нооландшафты, объединяющие

территории с разрушенными почвами, которые надо заново воссоздавать.

В группу агроландшафтов объединены почвы, в которых проявляются

различные формы деградации, и где необходимо проводить рекультивацию.

3. ИЗМЕНЕНИЕ ПОЧВ В НООСФЕРЕ

Как отмечено выше, педосфера, в условиях ноосферы, под воздействием

антропогенных факторов, подвергается различным формам воздействия.

Характер воздействия антропогенных факторов наиболее четко отражен в тех

изменениях, которые происходят в педосфере.

В настоящее время выделяется несколько типов антропогенных факторов

(табл.1). Их можно разделить на слабо- и сильно - воздействующие.

К сильно воздействующим факторам относятся: механическая обработка

почв, различные мелиорации, урбанизация, горнорудная промышленность.

Воздействие этих факторов вызывает быстрые и сильные изменения в почвах,

вплоть до их уничтожения.

К слабо воздействующим антропогенным факторам относятся: внесение

минеральных удобрений, отходов химической, текстильной промышленности .

вырубка лесов, отчуждение биологической массы в виде урожая. Эти факторы

не вызывают быстрых и значительных изменений в свойствах почв.

Проявляются они постепенно, после длительного воздействия того или иного

антропогенного фактора или совокупности нескольких факторов

одновременно.

Различные антропогенные факторы оказывают неодинаковые воздействия

на почвы и почвенный покров. Они различаются как по силе и степени

воздействия, так и по форме. Хозяйственная деятельность человека выражается

в одновременном воздействии нескольких антропогенных факторов. Другими

словами, хозяйственная деятельность человека – это проявление совокупности

различных антропогенных факторов. Результатом этого является и

разнообразие форм тех изменений, которые происходят в почвах. Все

многообразие этих форм можно объединить в группы:

1. изменение морфологии почвенного профиля;

2. изменения химических свойств почв и химического состава почв;

3. изменения физических свойств почв, ведущие к изменению их водно –

воздушных свойств;

4. разрушение почвенных профилей, а следовательно, и почвенного покрова.

Быстрее всех изменяются физические свойства почв. Химические

свойства почв, а также их химический состав, и морфология почвенного

профиля, изменяются медленнее. Причем, они происходят только после

длительных воздействий антропогенных факторов.

Наиболее выразительные «изменения» проявляются при полном

разрушении или уничтожении почвенного покрова, на открытых разработках

полезных ископаемых, и при урбанизации.

4. ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВ

Деградация почв или ухудшение их свойств (ведущие к снижению их

плодородия), проявляется в разнообразных формах (видах). Как отмечалось

ранее, деградация почв возникает под воздействием антропогенных факторов.

Разные антропогенные факторы вызывают развитие разных форм (видов)

деградации почв. Не исключено, что один и тот же антропогенный фактор

(табл.1) может вызвать развитие нескольких видов деградации почв. Также

возможно, что один и тот же вид деградации почв может возникать под

воздействием разных антропогенных факторов. Поэтому в почвах проявляются,

как правило, одновременно несколько различных форм деградации почв. При

этом одни виды деградации оказываются более развитыми, а другие - менее

развитыми, третьи - только зарождаются.

Сегодня земельный фонд России составляет 1700 млн гектаров. Из них

186 млн гектаров вовлечены в сельскохозяйственное производство. Из этого

числа 40 млн га засолены, 53,6 % подвержены эрозии, 26 млн га - заболочены.

Все это говорит об ограниченности высоко плодородных почв. Почвы

сельскохозяйственного использования нуждаются в улучшении, что связано с

большими капитальными затратами. Поэтому необходимо знать все формы

проявления деградации почв и методы их ликвидации.

Следует иметь в виду, что не всякое «разрушение» почв, или их «ухудшение»,

нужно рассматривать как «деградация». Освоение торфяных почв (и вообще

болотных) направлено на изменение их свойств, их режимов, их морфологии.

Но эти изменения преследуют цель улучшения качества торфяных почв. В этом

случае их потенциальное плодородие трансформируется в эффективное. При

этом статус ландшафта, как «болото», ликвидируется. Но это не означает, что

произошла его деградация в нашем понимании этого термина. Дальнейшее же

использование освоенных торфяных почв может вызвать их истинную

деградацию (в нашем понимании) в виде уплотнения, распыления, ухудшения

водного и пищевого режимов и т. п.

С целью лучшего понимания (в том числе и в учебных целях) необходимо

каждый вид деградации почв рассмотреть отдельно.

В настоящее время выделяются следующие виды деградации почв:

1. биологическая, 2. химическая, 3. физическая, 4. механическая.

В отличие от процессов деградации почв, выражающихся в ухудшении их

свойств, антропогенные факторы могут своим воздействием приводить к

разрушению почв. Разрушение почв выражается в полном, или частичном

уничтожении почвенного профиля. Это выражается в уничтожении почвенных

горизонтов и удалении их с места образования. Особенно сильное

разрушительное воздействие на почвы оказывают такие виды хозяйственной

деятельности человека как горнорудная промышленность, дорожное

строительство, строительство различных промышленных объектов, (включая

города и другие поселения), а также прокладка трасс нефтепроводов,

газопроводов, линий электропередач и т.п.

Таблица 1

Классификация антропогенных факторов

Факторы Формы изменений

1. Механическая обработка почв в

земледелии

Изменяется внутренняя организация

почвенного профиля, разрушается

почвенный покров

2.Мелиорации (осушительные,

оросительные)

Измененяется водно – воздушный

режим почв

3.Внесение в почву минеральных

удобрений, пестицидов, гербицидов

Возможно химическое загрязнение

почв

4.Выпадение радиоактивных осадков Радиоактивное загрязнение почв

5.Развитие промышленности:

а) химической Химическое загрязнение почв через

атмосферу и жидкими стоками

б) горнорудной Разрушение почвенного покрова и

отчуждение его под отвалы

вскрышных пород

в) горно-перерабатывающей Химическое загрязнение почв и

отчуждение пол хвостохранилища

г) текстильной и лакокрасочной Химическое загрязнение

д) машиностроение Химическое загрязнение

6. Лесозаготовки и лесопереработки Изменяются экологические условия

развития почв.

7. Урбанизация Частичное уничтожение почвенного

покрова, химическое загрязнение

почв

8. Войны Все формы изменения свойств и

состава почв.

К разрушению почв приводит и ускоренная эрозия, вызванная или

деятельностью человека, или стихийными природными явлениями. Следует

иметь в виду, что в отличие от ускоренной эрозии, нормальная эрозия не

приводит к разрушению почв, и поэтому относится к разряду понятий

«деградация» почв.

Как видим, антропогенные воздействия приводят к развитию явлений,

обуславливающих разное состояние почв:

1.деградация почв, требующая улучшения нарушенных (а не разрушенных)

почв и их свойств, и в целом почвенного плодородия, что ликвидируется

методами рекультивации;

2. полное разрушение почв и почвенного покрова, что требует не

"рекультивации", а «воссоздания» новых почв (почвенных профилей), и в

целом разрушенного почвенного покрова.

Как было сказано выше, все разнообразие изменений, происходящих в

почвах под воздействием антропогенных факторов, объединяется в четыре

группы нооландшафтов:

1. агроландшафты

2. культурные нооландшафты

3. нооландшафты ТПК

4. техногенные нооландшафты.

В почвах каждой группы нооландшафтов происходят присущие им

изменения. Вызваны они определенным характером деятельности человека.

Агроландшафты объединяют почвы, используемые под

сельскохозяйственное производство. В этих почвах проявляются все формы

(виды) деградации почв. Но в зависимости от характера выращиваемых

культур, способов обработки почв, количества и качества вносимых удобрений,

и различных химических веществ, степень проявления разных форм деградации

и их сочетания в почвах агроландшафтов разнообразны.

Культурные нооландшафты или ландшафты урбанизации объединяют

почвы, оказавшиеся в зоне развития городов и других поселений. Здесь

большая часть почв разрушается (не деградируется), а прилегающие к

поселениям почвы подвергаются в основном химической деградации.

Нооландшафты территориально-промышленных комплексов (ТПК)

объединяют почвы, в которых проявляется главным образом химическая

деградация, частично механическая и одновременно происходит разрушение

почв.

Техногенные нооландшафты формируются в зоне действия горнорудных

предприятий, где идет в основном разрушение почв и почвенного покрова, а на

прилегающих территориях в почвах проявляется химическая деградация.

Рассмотрим каждый из указанных выше видов деградации почв. Вопросы

же разрушения почв, а, следовательно, и их воссоздания, будут освещены в

отдельной главе, так как это самостоятельная проблема - проблема воссоздания

новых почв на месте разрушенных, а не рекультивация деградированных, т. е.

нарушенных.

4.1. Биологическая деградация почв

Биологическая деградация почв выражается в снижении биологической

активности и биогенности почв.

В ненарушенных почвах процессы почвообразования неуклонно ведут к

прогрессивному усложнению их состава, их свойств и повышению

биологической активности. Это выражается в усложнении и в увеличении

массы живой фазы почвы.В почвах увеличивается количество биомассы за счет

развития растений, почвенной фауны, энтомофауны и микроорганизмов.

Вместе с этим увеличивается их разнообразие, что приводит к усложнению

биохимических процессов.

Важнейшей особенностью функционирования живой фазы является

усиление процессов гумусообразования, ведущих к увеличению содержания

гумуса. Накопление гумуса приводит к увеличению мощности гумусо-

аккумулятивных горизонтов. Одной из форм этого процесса может быть

образование не гумусо-аккумулятивного, а органогенного горизонта.

Мощность его может быть от нескольких сантиметров (лесные подстилки) до

нескольких метров (торф). Функционирование живой фазы почв отражает всю

совокупность взаимодействий почвы, как биокосного тела, с произрастающей

на почве растительностью. Результат этих взаимодействий выражается в

проявлении малого биологического круговорота веществ и энергии.

Малый биологический круговорот характеризуется такими показателями

как емкость круговорота, скорость круговорота, качество круговорота.

Наибольшей емкостью, и скоростью, биологического круговорота обладают

почвы под луговым разнотравьем, наименьшей - под тундрово-мохово-

кустарничковыми ассоциациями.

Об уровне биологической активности почв судят по величине

интенсивности «дыхания». Эта величина выражается количеством углекислого

газа, выделенного почвой в атмосферу. Выделяемый почвой углекислый газ

является результатом жизнедеятельности живой фазы почв (корней растений,

почвенной фауны, микроорганизмов), расходующих тепловую и химическую

энергию. Аккумулятором и переносчиком химической энергии является

продукт биохимических процессов - аденозинтрифосфат ( АТФ ).

Уменьшение величины «дыхания» почв указывает на снижение их

биологической активности, а уменьшение количества АТФ - на уменьшение

энергетических затрат. Снижение уровня биологической активности и есть

биологическая деградация почв. Выражается это в снижении интенсивности

процессов гумусообразования, а, следовательно, в уменьшении в почвах

запасов гумуса, что получило название как дегумификация почв.

Дегумификация начинает проявляться при длительном использовании почв в

пашне, когда гумус расходуется, а пополнения нет. В народе это называют

выпаханностью почв.

Биологическая деградация почв может выражаться не только в

ухудшении дыхания почв, но и в изменении состава газовой фазы, как

результат изменения характера газообмена между почвой и атмосферой. Как

правило, это связано с накоплением в почвах восстановленных газов, типа

метана, сероводорода, что снижает интенсивность биохимических и

микробиологических процессов. Конечным результатом является снижение

биопродуктивности живой фазы почв и произрастающих на почвах растений. В

итоге, снижаются процессы гумусообразования, и снижаются запасы гумуса.

Наступает процесс дегумификации, как форма биологической деградации.

Биологическая деградация почв вызвана разрушением (или нарушением)

малого биологического круговорота, вследствие отчуждения из почв биомассы

в виде урожая сельскохозяйственных культур.

Процессы дегумификации в настоящее время приобрели глобальный

характер. Сейчас распахано около 10 % территории суши планеты. Во всех

почвах, используемых под пашню, отмечается снижение содержания гумуса и

уменьшение мощности гумусо-аккумулятивного горизонта. В течение первых

нескольких лет распашки почв, запас гумуса в них снижается на 25-50 % от

исходного содержания. Обеднение почв гумусом снижает их

противоэрозионную устойчивость, и, следовательно, способствует

возникновению других форм деградации почв.

За период земледельческой цивилизации, почвы педосферы потеряли в

составе гумуса 15,8 % органического углерода. Расчеты показали следующую

динамику дегумификации педосферы планеты:

-за 10 000 лет потеряно 313 млрд.т углерода со среднегодовой потерей 31,3

млн.т;

-за последние 300 лет потеряно 90 млрд.т углерода со среднегодовой потерей

300 млн.т;

-за последние 50 лет потеряно 38 млрд.т углерода со среднегодовой потерей

760 млн.т.

Сегодня скорость дегумификации почв на планете возросла в 24,3 раза

выше среднеисторической. В почвах тропиков, по сравнению с почвами

умеренных широт, ежегодные потери оказываются выше в 4-6 раз.

Агрономы гумус называют «стражем урожая». Отсюда понятно, какую

роль играет гумус в плодородии почв. Поэтому в земледелии необходимо

применять такие технологии, при которых количество отчуждаемой биомассы в

виде урожая, обязательно должно компенсироваться внесением органических

удобрений. Следует подчеркнуть, что минеральные удобрения не заменяют

органические.

В этом отношении эффективной системой земледелия является система

севооборотов, с большим клином сидератов. Процесс дегумификации ведет не

только к снижению уровня плодородия почв, но и способствует ухудшению

экологической обстановки на планете. Гумус является не только «стражем

урожая», но он является и хранителем химической энергии. В гумусе

аккумулировано 2,3 10

ккал химической энергии. Эта энергия обеспечивает

развитие педохимических, геохимических и биологических процессов на суше

планеты. Снижение запасов энергии приводит к ухудшению развития этих

процессов.

4.2. Химическая деградация почв

Химическая деградация почв выражается в ухудшении пищевого режима

растений, в связи с изменением химических свойств почв. Происходит

изменение различных химических свойств почв:

-изменяется кислотность - щелочность почв, т.е. реакция среды почвенного

раствора;

-изменяется окислительно-восстановительный режим в сторону ухудшения

окислительного;

-уменьшается количество элементов питания растений в почвах;

-повышается концентрация токсичных для растений веществ (пестициды,

тяжелые металлы, радионуклиды и др.).

Химическая деградация почв проявляется в основном на почвах,

подверженных воздействию антропогенных факторов. Это, прежде всего,

почвы агроландшафтов, а также почвы, расположенные в зоне влияния

промышленных объектов, городов и различных поселений.

По степени воздействия на почвы, все химические вещества

подразделяют на три класса (Г.С. Фомин и А.Г.Фомин,2001), согласно ГОСТ

17.4.1.02 :

1 - вещества высоко опасные;

2 - вещества умеренно опасные;

3 - вещества мало опасные.

На проявление химической деградации почв наиболее чувствительно

реагируют сельскохозяйственные растения. Дикорастущая флора быстрее

адаптируется к происходящим изменениям химических свойств почв.

Благодаря этому, она менее болезненно реагирует на стрессовые ситуации.

Стрессовые ситуации возникают в почвах, в основном при воздействии

антропогенных факторов.

Антропогенные воздействия могут вызывать быстрые и довольно заметные

изменения химических свойств почв. При этом одновременно могут изменяться

не одно, а несколько различных свойств почв.

4.2.1.Изменение реакции среды почв

Реакция среды почвенного раствора разных почв (т.е. в пространстве)

отличается довольно в значительных пределах, от рН =3,0 до рН=11,0 - (табл.2).

Таблица 2

Реакция почвенного раствора

Кислотность Величина рН

водный

Очень сильнокислая <4, 0

Сильнокислая 4,1-4,5

Среднекислая 4,6-5,0

Слабокислая 5,1-5,5

Близкая к нейтральной 5,6-6,0

Нейтральная 6,1-7,0

Слабощелочная 7,1-8,0

Щелочная 8,1-11,0

Дикорастущая флора генетически адаптировалась к величине рН почв, на

которых она развивается. Сельскохозяйственные же растения очень чутко

реагируют на изменение кислотности почв. Причем для разных культурных

растений оптимальная величина рН своя. Так, на почвах Приморья (табл. 3) для

пшеницы она должна быть в интервале 4,6-5,0, для сои и картофеля - 5.1-5.5.

Реакция среды почв может изменяться под воздействием различных

факторов. Это могут быть вносимые в почву минеральные или органические

удобрения. Это может быть полив почв водой, разной степени минерализации.

Иссушение почв обуславливает повышение концентрации солей в почвенном

растворе, вследствие чего реакция почвенного раствора может стать щелочной.

Разные удобрения и в разном количестве, неодинаково оказывают

влияние на изменение реакции среды почв. Физиологически кислые удобрения

(например, суперфосфат) подкисляют почвы. Физиологически щелочные

удобрения (фосфоритная мука), наоборот, нейтральные почвы подщелачивают,

а кислые нейтрализуют.

Органические удобрения, особенно торф, подкисляют реакцию среды

почв. Изменение реакции среды в почвах оказывает заметное влияние на

развитие сельскохозяйственных культур, и в целом на их урожайность. Так, в

Приморье урожай картофеля, при величине рН=5,1-5,5 составил 207 ц/га, а при

величине рН=5,6-6,0 - 113 ц/га; ячмень, при рН=5,6-6,0 давал урожай в 20,6

ц/га, а при рН=4,6-5,0, только 9,5 ц/га (данные Федорова, Басистого, 2001).

В практике земледелия наблюдаются явления или сильного «закисления»

почв и, наоборот, подщелачивания (вплоть до засоления). Все это отрицательно

воздействует на развитие культурных растений, и приводит к снижению их

урожайности.

Поэтому вопрос о регулировании уровня реакции среды почв, имеет

важное практическое значение. Нельзя допускать возникновения химической

деградации почв, выраженной в ухудшения их кислотно-щелочных свойств.

Таблица 3

Уровни кислотности почв, благоприятные для развития культурных

растений на Дальнем Востоке (данные Федорова, Басистого, 2001)

Культура Оптимальный

интервал рН

водн.

Культура Оптимальный

интервал рН

водн.

Рис 4,0-6,0 Салат 6,0-6,5

Люпин 4,5-6,0 Кукуруза 6,0-7,0

Гречиха 4,7-7,5 Ячмень 6,0-6,6

Брюква 4,8-5,5 Клевер 6,0-7,0

Овес 5,0-7,7 Свекла 6,2-7,5

Тимофеевка 5,0-6,5 Томаты 6,3-6,7

Картофель 5,0-5,5 Огурцы 6,4-7,0

Лисохвост 5,3-6,0 Соя 6,5-7,1

Морковь 5,5-7,0 Ячмень 6,8-7,5

Рожь 5,5-7,5 Кострец 7,0-7,5

Редис 5,5-7,0 Капуста 6,7-7,4

Просо 5,5-7,5 Лук 6,4-7,0

Вика 5,7-6,5 Люцерна 7,0-8,0

Пшеница

яровая

6,0-7,5

4.2.2. Изменение окислительно-восстановительного режима почв

Оптимальными условиями развития как дикорастущей, так и культурной

растительности, являются окислительные.

Для этого необходимо, чтобы в почвах содержание воздуха составляло 30

- 50% объема порозности почв. При этом оптимальная влажность почв должна

составлять 50-70% от полной влагоемкости (рис.4).

Уменьшение объема почвенного воздуха ниже 30% от порозности,

ухудшает процессы дыхания живой фазы почв, и, следовательно, угнетающе

действует на их развитие. Снижение уровня окислительного режима почв

вызывается ухудшением физических свойств почв - обесструктуриванием,

переувлажнением, что приводит к уменьшению порозности почв.

Уменьшение количества воздуха в почвах ведет к развитию процессов

восстановления. В восстановительной среде оксиды химических элементов

переходят в закиси. Закиси железа, меди, азота и др. токсичны для культурных

растений.

Окислительно-восстановительный режим почв обуславливает характер

протекающих в почве химических реакций. Ряд химических элементов,

играющих важную роль в питании растений (фосфор, сера), осаждаясь,

переходят в трудно растворимые формы, недоступные для питания растений.

100%

Содержание воздуха в почве

0 25 50 75 100%

Влажность почв

Рис. 4. Зависимость развития биоты от водно-воздушного состояния почвы

Уровень окислительно-восстановительного режима почв выражен

величиной ОВП (Окислительно-Восстановительного Потенциала). Его принято

обозначать символом - Eh, выраженного в милливольтах (mV).

Установлено, что окислительный режим почв сменяется

восстановительным при величине Eh < 200 mV.

Частая смена окислительных условий восстановительными, и наоборот,

наблюдается в почвах с резко переменным режимом увлажнения. В почвах,

постоянно переувлажненных, преобладают условия восстановления (болотные

почвы).