ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕННОГО ФАКТОРА

По материалам VIII Всесоюзного съезда почвоведов (Новосибирск 1989)

и II съезда общества почвоведов (Санкт-Петербург 1996)

Составил студент 3 курса кафедры почвоведения и экологии почв Курилов П.И.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в связи с всё большей интенсификацией промышленности и сельского хозяйства становится актуальным установление последствий антропогенного влияния. В данной работе предпринимается попытка ознакомиться с изученными в данный момент последствиями антропогенного влияния на почву, а так же проследить развитие представлений об антропогенном влиянии по материалам двух съездов.

Для составления этого реферата я ознакомился с материалами VIII Всесоюзного съезда почвоведов (Новосибирск 1989) и II съезда общества почвоведов (Санкт-Петербург 1996).

На VIII Всесоюзном съезде почвоведов рассматривались в основном вопросы напрямую или косвенным образом затрагивающие проблемы сельского хозяйства (интенсификация сельского хозяйства, влияние различных почвенных характеристик на плодородие, проблемы рекультивации почв и т.д.), в то время как проблеме изменения физических характеристик почв подвергшихся антропогенному влиянию уделялось достаточно мало внимания. Последствия же антропогенного влияния рассматривались в основном с точки зрения их полезности или вредности для сельского хозяйства. Данный подход с моей точки зрения имеет свои плюсы: при рассмотрении изменений физических характеристик почв подвергшихся антропогенному влиянию, давались также рекомендации по восстановлению этих характеристик до первоначального состояния или по их улучшению. Но у этого подхода есть также и свой минус, который состоит в том, что рассматриваются лишь те физические характеристики почвы, которые, по мнению авторов, влияют непосредственно на плодородие.

Тематика II^го съезда общества почвоведов отличалась от тематики VIII Всесоюзного съезда. При по прежнему большой роли вопросов улучшения сельскохозяйственных характеристик почв, возросло количество докладов, посвященных изучению взаимосвязи между различными почвенными процессами. Возросло также и число работ, характеризующих антропогенное влияние и рассматривающих его последствия для различных видов почв.

Далее приводится сравнение докладов, посвященных изучению изменения физических характеристик почв под воздействием антропогенного фактора, рассмотренных на обоих съездах.

Проблема антропогенной нагрузки на почву, как говорилось ранее, на сегодняшний день является весьма актуальной. Одним из аспектов антропогенной нагрузки на почву является интенсивная сельскохозяйственная деятельность. Рассмотрим примеры влияния сельскохозяйственной деятельности на почву.

Можно выделить несколько аспектов влияния сельскохозяйственной деятельности на почву:

• Влияние вследствие уплотнения сельскохозяйственной техникой

• Разрушение структуры вследствие применения различных способов вспашки и культивации

• Уплотнение почв вследствие выпаса скота

• Влияние поливов на водный режим, соотношение водной и газовой фаз почвы, на уровень грунтовых вод, засоление и т.д.

• Влияние удобрений и д.р. веществ, применяемых в сельском хозяйстве, на химический состав, структуру, состав почвенной биоты

К вопросу о влиянии сельскохозяйственной техники можно привести исследование Д.И. Золотаревской (Новосибирск 1989,ТСХА, Москва)

Проведено теоретическое и экспериментальное исследование влияния многократных проходов колесных тракторов и других машин на напряженно-деформированное состояние и плотность почвы.

Вязкоупругие (реологические) свойства уплотняющихся почв описаны дифференциальным уравнением первого порядка, связывающим сжимающие напряжения и скорости изменения напряжении и относительной осадки почвы. Экспериментально подтверждены пригодность и достоинства практического применения этого уравнения для моделирования закономерности сжатия исследовавшейся дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при влажности 18...28%. Разработанными в работе методами определены характеристики вязкоупругих свойств этой почвы при различных значениях ее плотности и скорости деформирования.

Получены приближенные решения краевых задач о распространении затухающих вязкоупругих волн деформаций сжатия и сдвига, возникающих в почве от воздействия катящихся колес. Распространение волн описано дифференциальными уравнениями с частными производными четвертого порядка с двумя независимыми переменными с переменными коэффициентами. На основе найденных решений предложен метод расчетного определения плотности почвы на различной глубине и глубины распространения деформации в почве после одного прохода и ряда проходов колес по одному следу. Расчеты выполняются с учетом параметров ходовой системы и скорости движения машины, вязкоупругих свойств эластичных колес, изменения с глубиной начальной плотности почвы и характеристик ее вязкоупругих свойств по линейной или по квадратичной зависимостям.

Полученные результаты использованы для решения ряда вопросов оптимизации параметров ходовых систем колесных сельскохозяйственных тракторов с учетом агротехнических требований к плотности почвы.

Сельскохозяйственная техника не только непосредственно оказывает влияние на физические свойства почв благодаря их уплотнению, но и опосредованно. Определенную проблему в этом смысле представляет предпосевная обработка. В процессе исследования этого вопроса, была выполенена работа Ж. Икрамовым и Ж. Саидмурадовой, (Институт Почвоведения АН УзССР, Ташкент) в 1989 году. Далее приводится краткое описание этой работы.

На полях абсолютного большинства хлопкосеющих хозяйств Узбекистана ежегодно применяется интенсивная предпосевная обработка почвы с многократным проходом по полю тяжелых тракторов и других почвообрабатывающих орудий. Это приводит к высокому уплотнению пахотного слоя, особенно орошаемых почв пустынной зоны с тяжелым гранулометрическим составом которое оказывает отрицательное влияние на многие их физические свойства, рост и развитие хлопчатника.

В целях разработки мер борьбы с этим нежелательным явлением авторами в 1985-1989 гг. был проведен полевой опыт на орошаемых тяжелосуглинистых такырных почвах Каршинской степи.

Предпосевная обработка почвы осуществлялась с различной интенсивностью и технологией, т.е. с нарастающим числом прохода почвообрабатывающих машин перед посевом хлопчатника по обычному способу и гребням, где в 3-4 раза сокращается число прохода агрегатов по полю по сравнению с последним.

По результатам исследований выявлено, что более высокое уплотнение и ухудшение ряда агрофизических свойств (водопроницаемость, твердость, качество крошения, структура и др.) почвы наблюдается именно на вариантах опыта с большей кратностью прохода агрегатов по полю. Например, если на варианте опыта: однократным проходом тракторов в двух направлениях, величина плотности сложения пахотного слоя (0-30/35см) почвы за вегетационный период растений находилась в пределах 1,43-1,52 г/см³, то на варианте с трехкратным проходом агрегатов её величина увеличилась до 1,56-1,64 г/см³.

На варианте опыта с посевом хлопчатника по гребням, значения объемной массы почвы за его вегетацию были на уровне её оптимальных параметров (1,23-1,40г/см³). Благодаря чему, наилучшие почвенные условия для роста, развития и получения высокого урожая хлопчатника создаются при возделывании его на гребнях, чем на других вариантах опыта.

На II съезде общества почвоведов (Санкт-Петербург 1996) проблема влияния интенсивного сельскохозяйственного использования на почву рассматривалась в общем виде. Примером тому может служить представленная далее работа Волокитина М.П., Хана К.Ю., Сона Б.К.( Институт почвоведения и фотосинтеза РАН Пущино)

Для исследований были выбраны варианты опыта, отличающиеся по сельскохозяйственному использованию почв: бессменный чистый пар (5 лет), не косимый луг (7 лет), косимый луг (12 лет), а также озимая пшеница с подсевом трав и травы второго года пользования, находящиеся в пятипольном севообороте. Несмотря на то, что минимальной нагрузке подвергался пар, именно в этом варианте опыта отмечены наиболее существенные изменения в агрофизических свойствах почвы. Содержание водопрочных агрегатов в залуженной серой лесной почве в слое 0-12 см было в 8,9-9,4 раза выше по сравнению с пахотным горизонтом почвы, находящейся под паром, и в 1,5-2,4 раза по сравнению с почвой, занятой травами второго года пользования.

Низкая водопрочность почвенной структуры в почве под паром отмечалась и в подпахотном горизонте. Это отразилось на водопроницаемости серой лесной почвы. Коэффициент фильтрации на пару был равен 0,11 мм/мин, тогда как в вариантах опыта с травами первого и второго года пользования 0,30-0,43 мм/мин. Водопроницаемость почвы под пропашными и зерновыми культурами также была неудовлетворительной. Отмечено переуплотнение серой лесной почвы, используемой в севообороте. К концу вегетационного сезона плотность сложения пахотного горизонта возрастала до 1,42-1,52 г/см³ в междурядьях сельскохозяйственных культур и до 1,52-1,57 г/см³ - по колеям. К весне следующего сезона полного разуплотнения почвы не происходило. При увеличении плотности сложения серой лесной почвы с 1,14 до 1,51 г/см³ ее наименьшая влагоемкость (г воды /г почвы) снижалась с 0,42 единицы до 0,24. Доступность воды растениям уменьшалась. С увеличением плотности сложения возрастала механическая прочность почвы. Межагрегатное сцепление заметно повышалось при плотности сложения почвы свыше 1,3 г/см³

Для улучшения неблагоприятных агрофизических свойств пахотной серой лесной почвы необходимо проведение соответствующих мелиоративных мероприятий.

Другой аспект сельскохозяйственного влияния на состояние почв, и , в частности их физические характеристики, - рассмотренная на втором съезде почвоведов проблема влияния пастбищной нагрузки на гидрофизические свойства почвы. Гаруновым А.А. (Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН, Махачкала, 1996) данный вопрос был изучен для Терско-Кумской низменности.

Почвы пастбищ Терско-Кумской низменности, расположенные на засоленных морских отложениях, в настоящее время подвергаются вторичному засолению, вызванному отрицательными последствиями антропогенных и техногенных воздействий на них. Основной причиной является ненормированная пастьба скота и техногенное нарушение пастбища (много автодорог на пастбищах). При нерегламентированной пастьбе скота сильно уплотняется верхний слой почвы (1,3-1,4 г/см³), тогда как его значение в заповедном режиме составляет 1,0-1,1 г/см³. Это сопровождается увеличением физического испарения под воздействием сильных ветров (15-30 м/с. и более).

Коэффициент увлажнения в этих почвах составляет 0,25-0,30, что остро диктует необходимость обводнения территории. В опытах Гарунова и д.р. (ДНЦ РАН, Махачкала, 1996) максимальное количество продуктивной влаги (67,1 т/га) отмечается в слое 20-25 см при нагрузке 3-4 овцы на 1 га, минимальное количество (24,0 т/га) в слое 0-5 см. Следует отметить, что с увеличением нагрузок запас продуктивной влаги в слое 0-5 см уменьшается, тогда как с глубиной этот показатель увеличивается. Это объясняется превышением запасов влаги, приходящихся на единицу объема при относительно высоких значениях объемной массы.

Важным показателем, характеризующим экологическое состояние почв пастбищ, является изменение содержания глинистых частиц в слое 0-5 см. Количество частиц размером более 0,01 мм при увеличении нагрузки несколько уменьшается, что свидетельствует о разрушении верхних слоев светло-каштановых почв в условиях увеличения пастбищных нагрузок: при плотности 1 овца на 1 га количество их составляет 29,5 %, при уменьшении отводимой на одну овцу площади 0,25 га оно составляет 25,4 "/о.

В экологическом плане показатели водопроницаемости, полученные для 0-5 см, при увеличении объемной массы по абсолютной величине, приводят к уменьшению количества воды, просачивающейся по вертикали за единицу времени.