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

Подождите немного. Документ загружается.

Ведущиеся в этом направлении работы пока лишь дают качественную

оценку. При этом, разные исследователи по разному оценивают критерии

степени проявления дефляции почв.

Предлагаемые показатели позволяют не только оценивать степень

проявления той или иной формы деградации почв, но и дать характеристику

состояния эколого-геохимической обстановки для конкретной территории.

Количественная оценка степени деградации почв имеет и большое

экономическое значение, так как позволяет рассчитать затраты на

восстановление утраченного плодородия почв. Основываясь на экономических

расчетах, принимают решение о целесообразности проведения рекультивации и

характере дальнейшего использования почв.

В таблице 14 приведены критерии, предложенные группой авторов, из

Института почвоведения и фотосинтеза РАН в г. Пущино.

Таблица 14

Уровни степени деградации почв и земель.

(институт почвоведения и фотосинтеза РАН)

Степень деградации

Показатели

0 1 2 3 4

Индикаторные показатели

Мощность наноса, см <2 2-10 11-20 21-40 >40

Глубина провалов, см <20 20-40 41-100 101-200 >20

Уменьшение содержания

физической глины на величину,

% от исходного

(х)

<5 5-15 16-25 26-32 >32

Увеличение равновесной

плотности сложения пахотного

слоя почвы, % от исходного

(х)

<10 10-20 21-30 31-40 >40

Стабильная структурная

(межагрегатная, без трещин)

пористость, см

/г

>0,2 0,11-0,2 0,06-0,1 0,02-

0,05

<0,0

Текстурная пористость (внутри

агрегатная), см

/г

>0,3 0,26-0,3 0,2-0,25 0,17-

0,19

<0,1

Коэффициент фильтрации,

л/сутки

>1.0 0,3-0,1 0,1-0,3 0,01-0,1 <0,0

Каменистость, % покрытия

<5 5-15 16-35 36-70 >70

Уменьшение мощности (А+В),

% от исходного

(х)

<3 3-25 26-50 51-75 >75

Уменьшение содержания

гумуса, % от исходного

(х)

<10 10-20 21-40 41-80 >80

Глубина размывов

поверхности, см

<20 20-40 41-100 101-200 >200

Расчлененность территории <0,1 0,1-0,3 0,4-0,7 0,8-2,5 >2,5

оврагами, км/км

Дефляционный нанос, см <2 2-10 11-20 21-40 >40

Площадь подвижных песков, % 0-2 3-5 6-15 16-25 >25

Примечание.

(х)

- под «исходным» понимается состояние не деградированных

аналогов (нулевой уровень деградации)

Степень деградации: 0 – не деградированные, 1- слабо-, 2- средне- , 3- сильно-,

4- очень сильно деградированные.

Нами (Дербенцева А.М. и Ивлев А.М.) предложены другие качественные

показатели, отражающие степень проявления каждой из форм деградации почв

(табл. 15) Таблица 15

Оценка степени деградации почв

(по А.М. Дербенцевой и А.М. Ивлеву)

Форма деградации Оценка

степени

развития

Характер изменений

1 2 3

Слабая 10% исходного содержания

Средняя от 11 до 30%

Биологическая

(дегумификация -

потеря гумуса %)

Сильная от 31 до 50%

Слабая > 1 ПДК

Средняя > 2 ПДК

Загрязнения

тяжелыми

металлами

Сильная < 2 ПДК

Слабая > 1 ПДК

Средняя > 2 ПДК

Загрязнения

гербицидами и

пестицидами

Сильная < 2 ПДК

Слабая > 1 ПДК

Средняя > 2 ПДК

Загрязнения

нитратами

Сильная < 2 ПДК

Пористость Объемный вес выше 1,3 г/см

Влагоекость

Выше 70% НВ

Физическая:

Слабая Смыто<50% гумусового горизонта

Средняя Смыто >50% гумусового горизонта

Механическая:

эрозия

Сильная Смыт полностью гумусовый горизонт и

часть нижележащего

Слабая Разрушено почвенных агрегатов <20%

Средняя То же 20-45%

Сильная То же 45-80%

Дефляция

Очень

сильная

То же более 80%

5. Рекультивация почв

Рекультивация почв, или восстановление степени их «окультуривания»,

означает восстановление утраченного почвенного плодородия.

Э.П. Синельников под «окультуриванием» почв понимает «систему

приемов повышения плодородия почв, включающих (в качестве обязательного

элемента) увеличение мощности пахотного горизонта, улучшение пищевого

режима и физико-химических свойств почв».

Однако, это понятие не отражает конечной цели, ради чего надо

повышать плодородие почв. Поэтому А.П. Синельников предлагает ввести еще

дополнительное понятие, как «оптимизация почвенного плодородия». Под этим

понимается «система мероприятий, направленная на изменение свойств и

режимов почв в целях получения максимальной продуктивности

сельскохозяйственных растений при минимальных затратах средств».

Окультуривание или оптимизация почв направлены на улучшение

плодородия почв, а следовательно, на повышение их производительности.

Это означает проведение системы мероприятий, направленных на

восстановление (или улучшение) свойств почв, ухудшившихся под

воздействием деградации. Другими словами, окультуривание и оптимизация

означают ликвидацию последствий деградации почв. Это и есть рекультивация

почв.

Рекультивация почв означает ликвидацию всех форм деградации почв.

Рассмотрим методы рекультивации почв, направленные на ликвидацию

последствий различных форм деградации почв.

5.1. Рекультивация почв, измененных

биологической деградацией.

Биологическая форма деградации почв проявляется на всех пахотных

почвах. Но степень проявления ее в разных почвах, разная. Она зависит от

объема отчуждаемой с урожаем биомассы. Чем выше урожай

сельскохозяйственных культур, тем больше с ним отчуждается из почвы

элементов питания. Это приводит к снижению интенсивности процессов

гумусообразования, а, следовательно, к уменьшению содержания в почвах

гумуса.

По данным В.А. Ковды (1981), после 50-75 летнего использования почв в

пашне, они теряют от 20 до 50% исходного содержания гумуса. А.А. Федоров и

А.А. Аксенов (1986) указывают, что распахиваемые почвы Приморья, за

прошедшие 40 лет, потеряли 27,8% от исходного содержания гумуса, которое

составляло 4,14%.

Ликвидация последствий биологической деградации почв состоит в

восполнении потерь органического вещества, необходимого для

гумусообразования, и соответственно, для восполнения потерь гумуса. Это

может быть достигнуто несколькими путями: внесением в почву органических

удобрений, созданием клина из трав (сидератов) с последующим их

запахиванием, или внедрением травопольной системы земледелия.

Процессы гумификации в пахотных (деградированных) почвах зависят от

нескольких причин:

-.от количества оставшихся после убранного урожая органических остатков, в

виде стерни, ботвы корнеплодов и т.п.

-от качества этих органических остатков, обуславливающего скорость процесса

гумификации и качество формирующегося гумуса;

-.от количества и качества привнесенного в почву органического вещества в

виде удобрения;

-от характера запахиваемых в почву сидератов.

По данным Э.П. Синельникова (2000), возделывание в Приморье

различных культур, даже зерновых, вызывает дегумификацию почв. При

уборке зерновых отчуждается биомассы в виде урожая в 1,5 раза больше, чем

ее остается в виде стерни. Возделывание сои и многолетних трав, наоборот,

способствует накоплению гумуса в почвах. Так, запашка многолетних трав

обеспечивает прибавку гумуса до 3,5 т/га, а запашка пожнивных остатков сои –

до 0,25 т/га.

Характер поступающего в почву органического вещества обуславливает

и качественный состав гумуса. Так, запашка трав и пожнивных остатков сои

делает гумус гуматным, а внесение торфа – фульватным.

Все изложенное говорит том, что рекультивация почв, подвергшихся

биологической деградации, должна осуществляться при помощи органического

вещества.

Эффективными являются мероприятия по внесению органических

удобрений и запашка сидератов. Но наиболее рациональным и эффективным

мероприятием является внедрение травопольной системы земледелия.

В каждом регионе, в зависимости от его почвенно-климатических

условий, должны внедряться свои схемы севооборотов. Они могут быть:

трехпольными, пяти-, шести-, семипольными и т.д. Каждая схема севооборотов

специализируются по определенным направлениям развивающегося в регионе

растениеводства. Направление может быть только зерновым, или только

овощным, или только кормовым, или смешанным: зерновым - кормовым,

зерновым - овощным и т.д.

Главным вопросом при рекультивации почв, после биологической

деградации, является задача обеспечения их органическим веществом, как

сырьем для гумусообразования. При использовании почв в земледелии,

необходимо поддерживать постоянный уровень запасов гумуса в почве.

Рекультивация почв, деградированных биологической формой, состоит в

приостановке процессов дегумификации, и в пополнении запасов утраченного

гумуса. Это один из главных вопросов при использовании почв в земледелии -

вопрос поддержания необходимого уровня содержания в них гумуса. Не

случайно, агрономы считают, что гумус является «стражем урожая». Поэтому

задача земледельца состоит не только в сохранении гумуса, но и в постоянном

стимулировании процессов гумификации, для пополнения его запасов.

Рекультивация почв предусматривает и одновременное пополнение

запасов всех элементов питания растений, а также создание водопрочной

структуры почв.

5.1.1. Восстановление потерь почвенного гумуса

биомассой корневых и пожнивных остатков

Основным источником восстановления потерь гумуса в пахотных почвах

(в условиях полевого севооборота) являются послеуборочные остатки (жнивье)

и их корни.

Различные сельскохозяйственные культуры «поставляют» неодинаковое

количество органических остатков. При этом они бывают, как правило, разного

качественного состава. Это и определяет интенсивность процессов

гумификации, и качество образующегося гумуса.

Интенсивность процессов гумусообразования можно регулировать

качеством органического вещества и характером микробиологической

деятельности. Качество органического вещества можно подбирать

целенаправленно, включая необходимые культуры в систему севооборотов,

изменяя структуру посевных площадей. Например, пропашные культуры

оставляют после себя небольшое количество органических остатков. К тому же

содержание в них азота невысокое. Следовательно, после пропашных культур

восполнение гумуса в почвах не происходит. А гумуса пропашные культуры

отчуждают много. Отсюда ясно, что после пропашных культур следует

размещать такие, которые оставляют в почве большое количество органических

остатков.

Зерновые же культуры, по сравнению с пропашными, оставляют в почве

примерно в 2 раза больше корневых и пожнивных остатков. При этом зерновые

культуры меньше выносят питательных веществ из почв (табл. 16).

Следовательно, после зерновых культур можно размещать растения,

требовательные к пище.

Кормовые культуры (бобовые) оставляют в почве значительное

количество органических остатков. При этом они хорошие гумусообразователи.

Соотношения углерода и азота у них обычно невысокое (10-20), что говорит об

их высокой способности разлагаться.

Возделывание многолетних трав, особенно бобовых (клевера, люцерны и

др.), как в чистом виде, так и в смеси со злаками, наиболее эффективно для

усиления гумусообразования и пополнения в почвах запасов гумуса. Травы

быстро обогащают почву органическим веществом, а в итоге, и гумусом.

Считается, что в 1 тонне биомассы многолетних бобовых и бобово-

зерновых трав содержится 10-15 кг азота. При двухлетнем возделывании их в

одном поле, при урожае 8 т/га, в пахотном слое почв, останется азота около 80

- 120 кг/га. Следующая за ними в севообороте культура (например, зерновые)

использует 25% этого количества азота (30 кг/га), что эквивалентно 50 кг азота,

в составе минерального удобрения. Гумификация органических остатков,

оставшихся в почве после уборки урожая трав ежегодно может восполнить от

0,2 до 0,5 т/га гумуса.

В таблице 16 приведены данные о количестве органических остатков,

оставляемых разными культурами в почвах, после уборки урожая. Все они

содержат разное количество биомассы и зольных элементов.

Таблица 16

Состав и количество органических остатков,

после уборки урожая (по Ягодину Г.А., 1989)

Содержание

питательных

веществ в

корневых и

пожнивных

остатках, кг/га

Культура Урожай

основной

продукци

и, т/га

Количество сухих

пожнивно-

корневых

остатков в

пахотном слое

почвы, т/га

N P

Отно

шен

ие

С:N

Клевер 1-го года

пользования

(сено)

5,8

3,6

7,4

158

Клевер 2-го года

пользования

(сено)

3,6

5,7

5,0

9,1

106

194

Горох на зерно 2,5 2,2 40 8 24 12

Ячмень 2,0 2,5 22 6 14 25

Картофель - 1,3 11 3 22 23

Морковь - 0,8 9 3 5 -

5.1.2. Восполнение потерь гумуса путем внесения

в почву органических удобрений

В.И. Ознобихин и Э.П. Синельников (1985), разработали шкалу

«гумусированности» почв Дальнего Востока(табл. 17)..

Таблица 17

Шкала гумусированности почв

(по В.И.Ознобихину и Э.П. Синельникову, 1985)

Содержание гумуса, % Степень

гумусированности

Степень нуждаемости в

органических

удобрениях

Менее 2 Очень слабая Острая

2,1-4 Слабая Сильная

4,1-6,0 Слабо гумусированная Средняя

6,1-8,0 Средне гумусирванная Слабая

8,1-10,0 Сильно гумусированная Слабая

Более 10,0 Высоко гумусированная Слабая

Эта шкала дает возможность оценить степень нуждаемости почв в

органических удобрениях.

В качестве органических удобрений рекомендуются навоз, компосты,

отходы птицеводческих хозяйств, животноводческих ферм и др.

Экспериментально подсчитано, что при увеличении мощности

гумусового слоя на 1 см, необходимо вносить 10-12 тонн органических

удобрений. Следовательно, при увеличении пахотного горизонта на 7 см,

необходимо внести 70-84 т/га.

Одновременно проводится расчет по гумусу. Для повышения содержания

гумуса в пахотном слое всего на 1%, требуется внести 85 т/га органических

удобрений на песках, 95 т/га - на легких суглинках, 105 т/га - на средних и

тяжелых суглинках.

Эффективность различных органических удобрений неодинакова (табл.

18), так как зависит от их состава и содержания в них элементов питания

растений.

Таблица 18

Содержание питательных элементов

в различных видах органических удобрений

(из книги «Агрохимия почв Дальнего Востока,2002).

Виды удобрений Н

О,

общий,

N легко

гидролизуе

мый, %

мг/100 г

почвы

О,

мг/100 г

почвы

Навоз на соломенной

подстилке

75-80 0,68 0,15 0,40 0,52

Навоз на торфяной

подстилке

75-80 0,63 0,18 0,31 0,51

Торфонавозный

компост

60-75 2,0-3,5 0,06-0,5 0,2-0,4 0,4-1,2

Торфоизвестковый

компост

55-75 3,0-3,2 0,03-0,08 0,01-0,08 0,2

Торфофосфоритный

компост

55-75 2,9-3,2 0,04-0,16 0,4-2,0 0,2

Торфофекальный

компост

65-75 2,0-3,2 0,08-0.45 0,08-0.45 0,6-1,5

Торфожижевый

компост

65-80 2,0-4,2 0,12-0,7 0,15-0,4 1,5-3,0

Птичий помет 65-75 0,6-1,8 Следы 0,6-1,6 0,5-1,0

Эффективность органических удобрений зависит и от степени

устойчивости их к разложению и минерализации. Чем легче и быстрее они

разлагаются, тем выше их эффективность как удобрения. Быстрее разлагаясь и

минерализуясь, такие органические остатки быстрее способствуют

образованию гумуса и высвобождению зольных элементов. Этим обусловлена

степень доступности растениям зольных элементов и азота.

Дозы вносимых в почву органических удобрений, необходимых для

восполнения потерь запасов гумуса, зависят от количества этих потерь, а

следовательно, от количеств оставшегося гумуса в почве.

В условиях Дальнего Востока плодородными почвами принято считать

такие, у которых мощность пахотного горизонта составляет не менее 25 см., с

содержанием гумуса минимум 4 %. Для достижения этого уровня, необходимо

вносить в почвы от 100 до 290 т/га органических удобрений (табл.19).

Таблица 19

Дозы органических удобрений (т/га), необходимые

для восполнения потерь гумуса в почвах юга Дальнего Востока

Почвы

Показатели

Бурые

лесные

Отбелы Луговые

глеевые

Аллюви

альные

Лугово

дернов

ые

Расчет по мощности

подпахиваемого горизонта

70 50 50 - -

Расчет по величине гумуса 190 240 50 168 120

Всего 260 290 100 168 120

Для определения необходимой дозы органических удобрений, вносимых

в почву, вводят поправочный коэффициент (табл. 20).

Таблица 20

Поправочные коэффициенты для расчета доз органических

удобрений (по «Расчет потребности в органических....., 1984)

Вид органического удобрения Поправочный коэффициент

Подстилочный навоз 1,0

Без подстилочный навоз:

Полужидкий (влажность не >92%

Жидкий (влажность 93-97%)

0,5

0,25

Птичий помет 1,40

Компосты:

Торфонавозные

Торфопометные

1,50

2,00

Сидеральные удобрения (естественной

влажности)

0,25

Почвы с разным уровнем плодородия, требуют и разного количеств

органических удобрений (табл. 21).

Таблица 21

Уровни плодородия почв и дозы

органических удобрений.

Уровень

плодородия почв

Ежегодные дозы

органических

удобрений, т/га

Продолжительность периода

окультуривания, лет

Низкий 80-100 3-4

Средний 60-70 2-3

Высокий 40-50 1-2

На плодородных почвах дозы органических удобрений определяются (по

Ивлеву А.М., Дербенцевой А.М., 1993) требованиями возделываемой

сельскохозяйственной культуры (табл. 22).

Таблица 22

Дозы органических удобрений (т/га), рекомендуемые

под основные культуры, на Дальнем Востоке.

Уровень плодородия Культура

Высокий Средний Низкий

Зерновые, однолетние

травы

- - 20-30-

Картофель, корнеплоды 30-40 40-50 50-60

Капуста, кукуруза н

силос

40-50 50-60 60-80

При восстановлении плодородия эродированных почв, дозы органических

удобрений рассчитывают по величине гумуса, и по планируемой мощности

создаваемого гумусового горизонта. Эта доза колеблется от 300 до 1500 т/га, в

расчете на торфонавозные компосты.

5.1.3.Роль живых организмов в создании условий плодородия почв

При проведении рекультивации почв, подвергнувшихся биологической

деградации, большую роль играет живая фаза почв, особенно энтомофауна и

микроорганизмы (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты), а также

простейшие - жгутиковые, корненожки, инфузории; черви; моллюски и

членистоногие

Почвенная фауна и энтомофауна разрушают отмершие остатки растений и

животных, поступающих в почву. Этот процесс получил название

«деструкция». Разлагаются и минерализуются органические остатки

микроорганизмами, что и составляет процесс гумификации. В результате этих

процессов и образуется почвенный гумус. В процессе минерализации

органических остатков высвобождаются зольные элементы, которые вновь

вовлекаются в малый биологический круговорот.

Процесс гумификации в почвах осуществляют различные

микроорганизмы. Среди них особое место занимают селективные,

использующие на свое питание различные химические элементы: азот, углерод,

серу, железо, марганец, кремний и другие. Эти химические элементы

накапливаются в телах селективных бактерий. При их отмирании, химические

элементы высвобождаются и обогащают почву, повышая запасы пищевого

фонда.

Почвенная фауна, кроме деструкции отмерших органических остатков,

обеспечивает перемещение веществ по профилю почвы. Одновременно она

перемешивает органические остатки с минеральной частью почвы. Это

способствует образованию прочной комковатой структуры.

Роль почвенных микроорганизмов в формировании пищевого фонда

довольно высока. Обеспечивается она высокой скоростью размножения, что

увеличивает общую массу микроорганизмов. Количество микроорганизмов

может удваиваться каждые 20-60 мин. Одна бактериальная клетка, в течение

суток, может дать массу плазмы весом в 1800 тонн, или опоясать за 36 часов

земной шар по экватору (Лыков,1976).

Наиболее универсальным показателем, отражающим деятельность

почвенной биоты (включая микроорганизмы) является величина

продуцированного ими углекислого газа. Поэтому, для определения

биологической активности почв, учитывают количество выделяемого

углекислого газа за единицу времени. Этот процесс получил название «дыхание

почвы». В среднем величина выделяемого почвой углекислого газа (СО

)

составляет 0,1 - 0,5%. При увлажнении почв величина, отражающая «дыхание»

почвы повышается до 2%, а иногда и до 10%.

5.2. Рекультивация почв, после последствий химической деградации.

Химическая деградация выражается в загрязнении почв различными

химическими веществами, ухудшающими свойства почв, а главное –

ухудшающие условия развития сельскохозяйственных растений.

Загрязнителями являются тяжелые металлы, радионуклиды, нефтепродукты,

патогенные микроорганизмы.

Особенно сильными загрязнителями являются гербициды и пестициды.

Концентрация загрязняющих веществ в почвах, выше величины их ПДК,

является токсичной для растений. Поэтому необходимо знать величину ПДК

каждого загрязнителя, и установить постоянный контроль, за величиной их

концентрации почве.

5.2.1. Рекультивация почв, загрязненных пестицидами и гербицидами

Гербициды и пестициды, попадая в почву, долгое время не разлагаются,

что приводит к их накоплению. Поэтому их нередко называют

«долгоживущими» загрязнителями. Эта особенность и диктует необходимость

постоянного слежения за величиной накопления пестицидов и гербицидов в

почвах.

Для слежения выделяют «контрольные поля», и на них ежегодно

проводят определения накопившихся количеств пестицидов и гербицидов.

Определение проводят дважды: весной (после таяния снега), и осенью (после

уборки урожая). На не «контрольных полях» такие определения ведут один раз

в 5 лет.

По полученной величине степени загрязнения почв и определяют

опасность биоцидов для планируемой к посеву сельскохозяйственной

культуры. Это также дает возможность установить очередность полей,

предназначенных для проведения контроля (табл. 26).

Примечание: