Оценка физического состояния почв
Глава 5. ОБЩИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ПОЧВ
Свойства почвы как единого физического тела во многом определяются составом, соотношением, взаимодействием и динамикой твердой, жидкой, газообразной и живой фаз. В этом аспекте особую роль играют физические свойства почвы. К ним относятся общие физические, физико-механические, водные, воздушные, тепловые свойства, структура. Физические свойства влияют на характер почвообразовательного процесса, плодородие почвы и развитие растений.
§1. Общие физические свойства
К общим физическим свойствам относятся плотность почвы, плотность твердой фазы и порозность.
Плотность почвы (объемная плотность, плотность сложения) – вес в граммах 1 см 3 почвы в естественном сложении (вместе с почвенным воздухом). Плотность почвы характеризует взаимное расположение почвенных частиц и агрегатов. Поскольку в объем почвы входят имеющиеся в ней поры, плотность почвы будет всегда меньше плотности твердой фазы. Обозначают dV, выражают в т/м 3 или г/см 3 и рассчитывают:
где m – масса почвы в г, V – объем почвы в см 3 .
Плотность почвы зависит от гранулометрического и минерального состава, структуры, содержания гумуса и обработки почвы. От плотности почвы зависят поглощение влаги, воздухообмен, жизнедеятельность биоты и развитие корневых систем. Гумусовые горизонты характеризуются небольшой плотностью: для дерново-подзолистых почв – 1,1 – 1,2; подзолистых – 1,4 – 1,45; черноземов – 1,0 – 1,15; в болотных торфяных почвах и лесных подстилках – 0,15 – 0,40 г/см 3 . В подзолистых горизонтах она составляет 1,4 – 1,6, в иллювиальных – возрастает до 1,50 – 1,70, в материнской породе – 1,40 – 1,60 г/см 3 . Самый плотный – глеевый горизонт – 1,90 г/см 3 . Рыхлый после обработки пахотный слой постепенно уплотняется и через некоторое время приобретает определенную плотность, мало изменяющуюся во времени. Однако уплотнение почвы приводит к резкому снижению урожайности культур. Сильно уплотненная почва в сухом состоянии оказывает большое сопротивление почвообрабатывающим орудиям, угнетающе действует на развитие корневой системы растений, во влажном – характеризуется неблагоприятным соотношением воды и воздуха. Плотная почва обладает низкой водопроницаемостью, что вызывает процессы эрозии.
Предложена следующая шкала оптимальных показателей объемной плотности почвы (А.Г.Бондарев, 1985): глинистые и суглинистые – 1,00 – 1,30; легкосуглинистые – 1,10 – 1,40; супесчаные – 1,20 – 1,45; песчаные – 1,25 – 1,60; торфяные – 0,2 – 0,4 г/см 3 .
Для пропашных сельскохозяйственных культур оптимальная плотность почв равна 1,0 – 1,2, для культур сплошного сева может быть 1,3 – 1,4 г/см 3 .Оценка плотности суглинистых и глинистых почв с точки зрения ее окультуренности (по Н.А.Качинскому) приведена в таблице 4.
Плотность твердой фазы (удельная плотность) – это масса (m) 1 см 3 твердой фазы сухой почвы (VS) (без почвенного воздуха). Обозначается D или d, выражается в т/м 3 или г/см 3 , рассчитывается по формуле:
Её величина зависит от природы и соотношения минералов, из которых состоит почва, содержания в ней органических веществ и характеризует среднюю плотность почвенных частиц. Может колебаться в пределах от 2,2 до 3,1 г/см 3 . Плотность гумуса 1,20 – 1,40 г/см 3 . В верхних горизонтах в зависимости от содержания органического вещества удельная плотность может быть 2,40 – 2,60, в черноземах – 2,2 г/см 3 . В минеральных горизонтах плотность твердой фазы почвы составляет: в подзолистых – 2,5 – 2,6, иллювиальных – возрастает до 2,7 – 3,0 (много оксидов железа), материнской породе – 2,6 – 2,8 г/см 3 . Самые лёгкие – торфяники, их плотность 1,4 – 1,8 г/см 3 в зависимости от степени разложения торфа. Таким образом, чем больше почва содержит органического вещества, тем меньше ее плотность.
Оценка почв по показателю плотности
Плотность почвы, г/см 3
Почва вспушена или богата органическим
Типичные величины для культурной и
Пашня сильно уплотнена
Типичные величины для подпахотных горизонтов различных почв (кроме черноземов)
Сильно уплотненные иллювиальные горизонты
Плотность твердой фазы в определенной степени служит признаком, по которому можно судить о минералогическом составе, содержании органического вещества, её используют для расчета порозности и скорости падения частиц по формуле Стокса при анализе механического состава почв.
Пористость (порозность, скважность) –это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Обозначают P и определяют расчетным путем по соотношению показателей плотности почвы (dV) и плотности твердой фазы (D), выраженному в процентах:
Пористость зависит от гранулометрического состава, структуры, плотности. В пахотных почвах пористость обусловлена обработкой и приемами окультуривания, при рыхлении – увеличивается, при уплотнении – уменьшается. Размеры пор, в совокупности образующих общую пористость почвы, варьируют от тончайших капилляров (для воды) до более крупных промежутков (для воздуха), которые не обладают капиллярными свойствами (должны составлять не менее 20 – 25 % от общей пористости).
Общая пористость почвы колеблется от 25 % (глина) до 90 % (торф). В культурной песчаной почве она равна 45 – 50 %, черноземах – достигает 60 – 63 %, вниз по профилю (кроме торфяников) она уменьшается. Оценка общей пористости (по Н.А.Качинскому) приведена в таблице 5.
Оценка почв по показателю пористости
Почва вспушена – избыточно пористая
Культурный пахотный слой
Неудовлетворительная для пахотного слоя
Характерна для уплотненных
Пористость – одно из важнейших свойств почвы. С ней связаны интенсивность и глубина фильтрации, водопроницаемость и водоподъемная способность, влагоемкость и воздухоемкость, процессы испарения на орошаемых землях. От порозности в значительной степени зависит плодородие почв.
§2. Физико-механические свойства почв
Физико-механические свойства почв по сравнению с физическими имеют более широкое использование не только в почвоведении, но и в грунтоведении, строительстве. К ним относятся: пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и удельное сопротивление.
Пластичность – свойство почвы изменять свою форму под влиянием внешней силы без разрушения и сохранять ее после устранения воздействия. Это свойство имеет только влажная почва в определенном диапазоне влажности, т.е. есть верхний и нижний предел пластичности, разность между которыми называется числом пластичности – величина пластичности. Чем больше это число, тем более пластична почва. Песок имеет число пластичности 0, супесь – 1 – 7, суглинок – 7 – 17, глина – более 17. Пластичность обусловливается главным образом количеством глинистых частиц и составом поглощенных оснований (наибольшей пластичностью обладают глинистые солонцы, содержащие более 25 % обменного натрия, наименьшей – почвы, содержащие много кальция и магния), органическое вещество уменьшает пластичность.
Липкость – способность почвы прилипать к соприкасающимся с нею предметам, измеряется усилием, требующимся для отрыва от почвы прилипшей к ней пластины, и выражается в г/см 2 . Прилипание почвы к рабочим частям и колесам машин увеличивает тяговое сопротивление и ухудшает качество обработки почвы.
Липкость почвы зависит от ее гранулометрического и минералогического состава, от структуры и влажности. Сухие почвы не обладают липкостью. С повышением влажности до определенного предела (80 % от полной влагоемкости) липкость увеличивается, а далее уменьшается вследствие нарушения сцепления между частицами почвы. Чем больше глинистых частиц, тем липкость больше. Почвы глинистые и бесструктурные прилипают сильнее, чем легкие по гранулометрическому составу или структурные глинистые. Почвы по липкости делят на: предельно вязкие (> 15 г/см 2 ), сильновязкие (5 – 15), средневязкие (2 – 5) и слабовязкие ( 2 ).
На величину липкости влияет состав поглощенных оснований: с увеличением насыщенности почвы кальцием она уменьшается, а с возрастанием насыщенности натрием резко увеличивается. Поэтому почвы высокогумусированные, с достаточным количеством оснований (дерновые, черноземы) не обладают липкостью даже при высоком увлажнении.
Набухание – увеличение объема почвы при увлажнении. Способность почвы к набуханию связана с гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, а также с их начальной плотностью. Набухание обусловлено образованием на поверхности почвенных частиц оболочек рыхло связанной воды, в результате этого ослабевают силы сцепления и увеличиваются расстояния между частицами, что приводит к возрастанию общего объема почвы.
Набухание характерно для минеральных илистых частиц и органических коллоидов, поэтому глинистые почвы больше подвержены этому свойству. Сильно набухает минерал монтмориллонит и практически не набухает каолинит. При насыщении почв одновалентными основаниями, особенно натрием, оно достигает 120 – 150 %, а при насыщении двух- и трехвалентными катионами значительного набухания не наблюдается, поэтому даже песчаные почвы могут набухать, если насытить их почвенный поглотительный комплекс натрием.
Усадка – уменьшение объема почвы или грунта при высыхании. Она зависит от тех же факторов, что и набухание. Чем сильнее набухание, тем сильнее усадка почвы. Усадку можно охарактеризовать степенью изменения объема, а также влажностью, при которой усадка прекращается (предел усадки). В результате сильной усадки в почве образуются трещины, происходит разрыв корней растений, усиливается испарение влаги из почвы.
Энергетические затраты на обработку почвы и износ сельскохозяйственных машин и другие показатели обусловливаются связностью и твердостью почвы.
Связность – способность почвы сопротивляться внешнему усилию, стремящемуся разъединить почвенные частицы, выражается в г/см 2 .Она вызвана силами сцепления между частицами почвы. Связность обусловлена гранулометрическим и минералогическим составом, структурностью и влажность, содержанием гумуса, составом обменных оснований.
Наибольшую связность в сухом состоянии имеют глинистые бесструктурные почвы, наименьшую – песчаные и супесчаные почвы. Связность возрастает при насыщении почвы ионами натрия, при оструктуривании – снижается. Влияние органического вещества двояко: на песчаных почвах гумус увеличивает связность, на глинистых – снижает за счет увеличения структурированности и снижения площади соприкосновения. Связные почвы лучше противостоят эрозии, но при увеличении ее повышается удельное сопротивление обработке.
Твердость – это сопротивление, которое оказывает почва проникновению в нее под давлением различных тел, выражается в кг/см 3 . На величину твердости влияют те же характеристики, что и на связность. Почвы с высоким содержанием гумуса, насыщенные кальцием и имеющие хорошую комковато-зернистую структуру, не обладают высокой твердостью и связностью.
Высокая твердость – признак плохих физико-химических и агрофизических свойств почв. При высокой твердости снижается прорастание семян, затрудняются проникновение корней в почву и развитие растений вследствие неблагоприятного водного, воздушного и теплового режимов. Твердость – важная технологическая характеристика почвы. Твердость прямо пропорциональна удельному сопротивлению почвы при обработке орудиями, а следовательно, больше и энергозатраты. Удельное сопротивление – это физическое усилие, которое затрачивается на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность плуга. Удельное сопротивление зависит от физико-механических свойств почвы и колеблется в пределах от 0,2 до 1,2 кг/см 2 .
§3. Спелость почвы
Спелость почвы – это такое состояние почвы, при котором она имеет высокую микробиологическую активность и лучше всего подвергается обработке при наименьшем тяговом усилии. Является важным технологическим свойством почвы. Различают физическую и биологическую спелость.
Под физической спелостью почвы понимают ее подготовленность к обработке. Она соответствует влажности, при которой почва не прилипает к почвообрабатывающим орудиям и крошится на комки с образованием прочных агрегатов (эта влажность достигается при содержании влаги от 60 – 90 % их полевой влагоемкости). Влажность, при которой почва находится в состоянии спелости, зависит от гранулометрического состава, поглощенных оснований и гумусированности почв. Легкие песчаные и супесчаные и более гумусированные почвы раньше других готовы для обработки весной.
Биологическая спелость – состояние почвы, показывающее ее готовность к посеву, характеризующееся оптимальным прогреванием и состоянием микробиологической активности. Наилучшим состоянием спелости считается такое, когда физическая и биологическая спелости совпадают.
Источник
Оценка физического состояния почв
5.2.1. Структурное состояние засоленных почв.
5.2.2. Оценка физического состояния почвы.
Введение Диссертация по биологии, на тему «Экологическая оценка физического состояния засоленных почв»
Актуальность исследования. Проблема диагностики и оценки засоления почв, несмотря на длительную историю изучения, до сих пор остается мало изученной (Засоленные., 2006). Для этого существует ряд объективных причин. В масштабах Земли наблюдается значительное разнообразие засоленных почв. И главное — это отсутствие единых методов и критериев оценки засоленных почв, и особенно солончаков. Многочисленными исследованиями установлено, что экологическая роль физических свойств почвенного покрова в меняющихся почвенно-экологических условиях и возросшего антропогенного пресса является одной из самых значимых. Изучение физического состояния почв является частью агроэкологического мониторинга, актуальность которого отмечена в основах законодательства России о земле.
Солевое состояние оказывает заметное влияние на физические и водные свойства почвы. Именно поэтому распределение водно-физических свойств по профилю и в пространстве на территориях, имеющих различные почвенно-климатические, гидрологические и гидрохимические условия, должно быть индивидуально. Это связано, с одной стороны, с тем, что вода принимает непосредственное участие в процессах переноса и распределения солей. С другой стороны, основные параметры процессов влаго- и солепереноса напрямую зависят от физических свойств почвы, которые изменяются под действием растворимых солей. Физические свойства, процессы влаго-, воздухо- и теплопереноса в засоленных почвах имеют свою специфику, отличающуюся от процессов в незасоленных почвах. Изменение содержания и состава солей при изменении влажности, динамика осмотической составляющей потенциала почвенной влаги приводит к существенной трансформации илистой и коллоидальной частей засоленных почв, что сказывается на динамике воздухо-, влаго- и теплообмена этих почв. Соответственно и растительный покров реагирует не только на содержание и состав солей, а на формирующиеся за счет изменения состава и содержания солей физические условия роста и развития, а именно на наличие в почве доступной влаги, воздуха, тепла. Особая роль здесь принадлежит физическим свойствам, определяющим транспортную функцию почвы.
Экологическое содержание почвенных ресурсов заключается в том, что главная их составляющая — почва — обеспечивает нормальное, присущее данной конкретной территории, функционирование экосистемы. Любое нарушение почвы, влечет изменение экологической ситуации, которое может стать необратимым. Кроме того, все эколого-защитные системы и мероприятия в той или иной степени привязаны к почве, от сохранности которой и зависит их нормальное функционирование.
На сегодняшний день актуальной задачей является разработка системы почвенных признаков для оценки почв с учетом их многофункциональной значимости. При этом надо учитывать, что выбранные признаки должны удовлетворять следующим требованиям: 1) количественно оценивать почву по целевой пригодности земель по нескольким позициям; 2) оценивать почву по устойчивости к разрушению, деградации, деструкции в зависимости от воздействия нагрузок в связи с функциональным приоритетом использования земель.
Теоретически любая экосистема может быть описана бесконечным набором параметров. Для реализации экологической оценки почвы на практике число подобных параметров должно быть разумно ограниченным.
Почвенное плодородие является интегральным свойством по отношению ко всей совокупности свойств и функций почвы. Это достаточно убедительный аргумент высокой диагностичности почв, ее приоритетной значимости в оценке почвы независимо от вида землепользования. Почвенное плодородие можно рассматривать в качестве интегрального показателя состояния и ценности земель (Сапожников, 2005). Однако помимо этого, безусловно, важнейшего показателя состояния почвы, существует множество других почвенных свойств и режимов, изменений которых приводит к нарушению выполнения почвой своих экологических функций.
В связи с ростом антропогенных нагрузок, деградация почв является одной из самых актуальных и требующих незамедлительного вмешательства проблем нашего времени. Процесс деградации почв представляет собой совокупность процессов, приводящих к изменению биосферных функций почвы, количественному и качественному негативному изменению состава, строения, свойств и режимов почвы, что нарушает экологическое равновесие экосистем.
Засоление почв выделено, как один из наиболее существенных типов деградации почв и земель с учетом реальной встречаемости и природно-хозяйственной значимости последствий. Засоленные почвы занимают около 3% общей площади страны, что составляет 7-13 % площади сельскохозяйственных угодий, а солонцовые почвы — 8-9 % общей площади пашни. На площади 770 тыс. га каждый год происходит вторичное засоление орошаемых земель (Государственный доклад., 2005). По данным Государственного доклада о состоянии и использовании земель в РФ (2006) в Южном Федеральном округе засоленные и солонцеватые почвы составляют 52,7%. И этот показатель имеет тенденцию к увеличению. Засоление почв приводит к физической деградации земель (ухудшение физических свойств, затрудняющее или препятствующее выполнению почвой своих функций) и дальнейшему выводу их из сельскохозяйственного использования. В свою очередь физическая деградация почв служит спусковым механизмом для большого количества природных катастроф. При этом важную роль играют особенности территории. Повсеместное увеличение площадей засоленных почв и сокращение вследствие этого пахотных угодий вызывает необходимость экологической оценки засоленных почв с точки зрения их экологического состояния.
К сожалению, сама методология исследования и изучения физических свойств и режимов засоленных почв остается слабо разработанной, так как ряд свойств в засоленных почвах достоверно определить традиционными методами почвоведения и экологии невозможно. Изучение физических свойств засоленных почв всегда представляло определенные методические и аналитические трудности, связанные с различием методов, используемых при анализе засоленных и незасоленных минеральных почв (например, методы подготовки к гранулометрическому анализу для засоленных и незасоленных почв различаются, различаются и методы полевых исследований почв) (Шеин, 2008).
В настоящее время нет единой классификации почв по засолению, существует достаточно много вариантов, в результате чего возможна неоднозначная трактовка происходящего. Критерии оценки засоления почв разработаны применительно к каждому из методов. Основными способами оценки засоления почв в России являются анализы почвенных растворов, фильтратов из насыщенных водой почвенных паст и водных вытяжек (1:5) (Засоленные почвы., 2006). За рубежом широко принят метод анализа фильтратов из насыщенных водой почвенных паст.
Изучение и правильная трактовка физических свойств почв является необходимым условием рационального использования почв и управления их плодородием. Существует немало работ, посвященных трансформации физических свойств почв, в том числе под влиянием антропогенного воздействия, но большинство из них далеко от понимания системы оценки экологического состояния. Главным критерием оценки физического состояния почвы является соответствие комплекса почвенных свойств характеру функций, выполняемых почвой в конкретном ландшафте. В этом контексте наибольшую актуальность приобретают вопросы количественной оценки засоленных почв. Это значит, что прежде всего, необходимо -установить как, и в какой степени влияет количество солей на выполнение почвой своих экологических функций через изменение физических свойств.
В настоящей работе сделана попытка разработки нового методологического подхода к оценке экологического состояния почвы на основе физических функций. Актуальность и привлекательность разработанного подхода в экспрессности определений, все виды камеральной обработки сведены к минимуму.
Цель исследования — оценка экологического состояния засоленных почв дельты Волги на основе их физических свойств.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. обоснование методов и подходов для количественной оценки экологического состояния засоленных почвы;
2. выявление закономерностей экологического состояния засоленных почв от степени изменения их физических свойств;
3. выявление наиболее информативных количественных показателей для экологического состояния почвы;
4. разработка методологического подхода к оценке экологического состояния почвы на основе физических свойств;
5. реализация разработанного подхода для экологической оценки засоленных почв дельты Волги.
1. Физические свойства почв ответственны за выполнение почвой своих экологических функций.
2. Для экологической оценки засоленных почв рекомендуется использовать такие физические свойства как плотность почвы, водопроницаемость, сопротивление пенетрации, порозность и особенности растительного покрова.
Научная новизна. Для засоленных почв дельты Волги выявлены закономерности изменения физических свойств почвы от степени засоления. В настоящее время отсутствует единая идеология комплексной экологической оценки. Теоретически любая экосистема может быть описана бесконечным набором параметров. Для реализации экологической оценки почвы на практике число подобных параметров должно быть разумно ограниченным. Впервые разработана система показателей качества засоленных почв на основе физических функций. Впервые предложена система показателей для экологической оценки засоленных почв на основе физических свойств. Разработан подход для экологической оценки физического состояния засоленных почв. Впервые разработанный подход реализован для экологической оценки засоленных почв дельты Волги.
Разработанный подход может быть рекомендован для широкого использования в вопросах землепользования, земельного кадастра, бонитировки и оценки засоленных почв в аридных регионах РФ.
Материалы исследования используются в учебном процессе при преподавании почвоведения, физики почв, земельного кадастра и бонитировки почв, почвенно-экологического мониторинга и др. а Астраханском государственном университете.
Результаты исследования поддержаны программой «У.М.Н.И.К.» фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере для молодых исследователей; Российским фондом фундаментальных исследований (проекты №№ 06-04-48297-а и 09-04-97002-рповолжьеа) и Аналитической Ведомственной Целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы» Мероприятие 2. «Проведение фундаментальных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук научно-методическое обеспечение развития инфраструктуры вузовской науки» № 2.1.1/4284 «Новый подход к экологическому нормированию засоленных почв».
Результаты работы использованы при разработке рабочих программ и лекционных курсов по дисциплинам «Агроэкологическая оценка почв», «Охрана и рациональное использование почв Астраханской области», «Физика почв», «Почвенно-экологический мониторинг».
Апробация работы: Основные результаты исследования доложены на Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы современных аграрных технологий» (Астрахань, 2006, 2007, 2008); Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы экологии и сохранения биоразнообразия» (Владикавказ, 2009, 2010); Международной научно-практической конференции «Экология биосистем: проблемы состояния, индикации и прогнозирования» V Всероссийском съезде Российского общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008); XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2009» (Москва, 2009); III Всероссийской научной конференции с международным участием «Актуальные проблемы экологии и сохранения биоразнобразия» (Астрахань, 2009); IV Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии Южного Урала» (Оренбург, 2009).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 1 статья в изданиях, рекомендованных ВАК. Доля участия автора составляет 50%.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка литературы, включающего 121 наименований, из них 12 на иностранных языках. Изложена на 136 страницах машинописного текста, включает 35 рисунков и 11 таблиц.
Заключение Диссертация по теме «Почвоведение», Стародубов, Александр Александрович
1. Для экологической оценки засоленных почв рекомендуется использовать комплексную оценку всех параметров, зависящую от каждого отдельного почвенного свойства.
2. Установлены наиболее информативные показатели экологического состояния почвы: плотность почвы (г/смЗ), водопроницаемость (см/ч), порозность почвы (%), сопротивление пенетрации (МПа), содержание гумуса (%).
3. Предложено разделение используемых параметров на две группы: базовые (основные) и косвенные. Базовые параметры отвечают за выполнение почвой основных функций в функционировании экосистем и вносят значительный вклад в выполнение биосферных функций. Косвенные параметры реагируют на изменение основных.
4. Установлено, что агрегатное состояние почв не может быть выбрано в качестве базового показателя при оценке экологического состояния почвы, так как не имеет однозначной трактовки по величинам содержания агрономически ценных агрегатов и КС1р. Происхождение почвенных агрегатов может быть связано с высоким содержанием в почве гипса и карбонатов и спецификой физико-химических свойств глинистых частиц.
5. Предложены основные этапы и методические подходы для экологической оценки засоленных почв. Составлена схема экологической оценки засоленных почв, включающая пошаговый алгоритм проведения, в том числе полевые работы. При планировании пробных площадок, предлагается использовать метод равномерной сетки, позволяющий выявить пространственные переходы между почвенными разностями и пространственное варьирование почвенных свойств в зависимости от солесодержания.
6. Разработана схема ранжирования параметров (почвенных свойств) по отношению к степени засоления почвы, включающая расчет относительных величин для каждого параметра.
7. Для экологической оценки почвы использован интегральный показатель физического состояния (ИПФС), рассчитанный как среднее значение относительных величин свойств соответствующего почвенного слоя.
8. Подход реализован для засоленных почв дельты Волги. Для плотности почвы относительный показатель состояния почвы составил 58%, водопроницаемости — 76%, порозности почвы — 57%, сопротивления пенетрации — 34%, содержания гумуса — 24%. Интегральный показатель физического состояния исследуемой почвы составил 50 %, следовательно, экологическое состояние почвы может быть оценено как 50% от экологической нормы.
При разработке предлагаемого подхода для экологической оценки засоленных почв не имеет смысла использовать оценку для каждого отдельного показателя. Смысл заключается именно в использовании комплексной оценки, зависящей от каждого отдельного показателя и учитывающей их все в совокупности.
Общие закономерности изменения свойств почвы по мере возрастания содержания легкорастворимых солей сформулированы на основе собственных экспериментальных материалов. В результате исследований установлены наиболее информативные показатели экологического состояния почвы для целей экологического нормирования. К ним относятся, прежде всего, физические показатели, поскольку они лучше коррелируют со степенью засоления и имеют меньшее варьирование в пространстве и во времени по сравнению с водными (влажность). Кроме того, должны быть учтено содержание солей. Выбранные параметры состояния почвы действительно являются определяющими для выполнения почвой своих биосферных и экологических функций, и дает объективную и информативную картину о протекающих в почве процессах и ее экологическом состоянии.
Учитывая, что для экосистемы существует бесконечное множество параметров, прямо или косвенно связанных с солесодержанием в почве. Во избежание значительной трудоемкости, предложено провести разделение на две группы; базовые (основные) и косвенные. Основные параметры должны отвечать за выполнение почвой основных функций в функционировании экосистем и вносить значительный вклад в выполнение биосферных функций. Косвенные параметры реагируют на изменение основных. Прямого влияния на засоление почвы эти параметры не оказывают.
В результате анализа экспериментальных результатов и теоретического обоснования установлено, что агрегатное состояние почв не
118 имеет однозначной трактовки по величинам содержания агрономически ценных агрегатов и Ксхр. Происхождение почвенных агрегатов может быть связано с высоким содержанием в почве гипса и карбонатов и спецификой физико-химических свойств глинистых частиц. Поэтому данный показатель не может быть выбран в качестве базового при оценке экологического состояния почвы.
На основании проведенных исследований предложены следующие основные этапы экологического нормирования засоленных почв:
1. Выбор территории исследования
2. Экспедиционные работы (полевые определения и пробоотбор)
3. Составление перечня базовых параметров
4. Определение базовых параметров
5. Определение экологического состояния почвы на основе ее физических свойств
Для каждого этапа даны пояснения и предложены методические подходы для реализации. На основе анализа собственных и литературных данных, установлены ряд ограничений и условий для объекта исследований. При проведении полевых исследований, а точнее планировании пробных площадок, предлагается использовать метод равномерной сетки, позволяющий проследить переходы между почвенными разностями и изучить пространственное варьирование почвенных свойств в зависимости от солесодержания.
Составлена схема экологической оценки засоленных почв, включающая пошаговый алгоритм проведения, в том числе полевые работы.
Предложена схема ранжирования параметров (почвенных свойств) по отношению к степени засоления почвы, включающая расчет относительных величин для каждого параметра, что позволяет проводить их сравнение независимо от размерностей.
Для оценки почвы предложено использовать интегральный показатель физического состояния (ИПФС), который может быть рассчитан как
119 среднее значение относительных величин свойств соответствующего почвенного слоя. Данный подход успешно реализован на примере засоленных почв дельты Волги.
Все полученные в ходе исследования результаты подтверждены результатами проведенных натурных исследований и экспериментальных определений. Выводы получены из вновь разработанных и общих научных положений, имеют обоснованную научную трактовку и не противоречат известным данным.
Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Стародубов, Александр Александрович, Астрахань
1. .Bresler, Е. et al. Numerical method for estimating simultaneous flow of water and salt in unsaturated soils // Soil Sci. Soc. Am. Proc. 1969 — № 33.-p. 827-832.
2. Amador Jose A. Finescale spatial variability of physical and biological soil properties in Kingston, Rhode Island / Amador Jose A., Wang Yong, Savin Mary C., Gorres Josef H. // Geoderma. 2000. — 98, № 1-2. — C. 8394.
3. Chhabra R. Classification of salt-affected soils / Chhabra R.// Arid Land Res. and Manag. 2005. — 19.№1. — C. 61-79.
4. Ma Fengyun. Li Xinrong, Zhang Jingguang, Li Aixia. // Yingyong shenglai xuebao=Chin. J. Appl. Ecol. 2006. 17, № 5, C. 789-795.
5. Miralles I. Degradación del suelo por exceso de sales y su relación con la topografía en un area del sur de Espaiia / Miralles I., Ortega R., Canton Y., Asensio C. // Agrochimica.- 2002. 46. № 6. — C 270-279.
6. Moroizumi Toshitsugu. Sato Yuichi, Sato Koichi // Nogyo doboku gakkai ronbunshu = Trans. Jap. Soc. Irrig., Drain, and Reclam. Eng. 2002. — 70, №4.-с. 9-17.
7. Qamar-Liz-Zaman. Planning vanatilc tillage practices based on spatial vanalion in soil physical conditions and crap yield using DGPS/GIS / Qamar-Liz-Zaman // Agr. Mech. Asia. Afr. and Lat. .Amer. 2002. — 33. № 3. -C. 41-44.
8. Richards, L.A. Influens of capillary conductivity and depth of wetting on moisture retention in soil. / L.A. Richards, D.C. Moore. // Trans. Am. Geophys. Union. 1952. № 4. — P.4
9. Scofield C.S. Pecos River joint investigation: reports of participating agencies. // US National Resources planning Board. Washington, 1942. — P.263-334.
10. Song Chang-chun. Техника борьбы с вторичным засолением почвы на западе равнины Сонгнен / Song Chang-chun, Deng Wei. Li Qu-sheng, Wang Zhi-chun, Zhang Guang-xin // Dili kexue = Sei. geogr. sin. 2002. -22. №5. — С 610—614.
11. Triantafilis J. Five geostatistical models to predict soil salinity from electromagnetic induction data across irrigated cottom / Triantafilis J., Odeh I.O.A., McBratney A.B. // Soil Sei. Soc. Amer. J. 2001. — 65. № 3. — С 869-878.
12. Villafane Roberto . Calificación de los suelos por sales y dispersion por sodio y su aplicación en la evaluación de tierras / Villafane Roberto // Agron. trop. (Venezuela). 2000. — 50. № 4. — С 645-658.
13. Азнаурьян Д.И. Оценка устойчивости биологических свойств почв Юга России к нефтезагрязнению / Д.И. Азнаурьян, С.И. Колесников // Изв. вузов Северо-Кавказского региона. Естественные науки. 2007. — №6. С. 93-94.
14. Ахтырцев, Б.П. Деградация почвенных ресурсов и проблема их оптимизации/ Б.П. Ахтырцев // Вестник Воронежского университета. -2000.-№1.-С. 98-102
15. Бондарев А.Г. Проблема регулирования физических свойств почв в интенсивном земледелии. / А.Г. Бондарев. // Почвоведение. 1988. -№9.-С. 64-70
16. Бондарев А.Г. Физические свойства почв, как теоретическая основа их уплотнения/ А.Г. Бондарев М., 1981. — С.3-9
17. Бреслер Э., Макнил Б.Л., Картер Д.Л. Солончаки и солонцы. Принципы, динамика, моделирование. Л., «Гидрометеоиздат», 1987, 296 с.
18. Буева Ю.Н. Пространственная вариабельность физических свойств комплекса серых лесных почв Владимирского ополья : Автореф. Дис. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук / Ю.Н. Буева МГУ. Москва. 2005. -21 с.
19. Бутылкина М.А. Закономерности пространственного варьирования физических свойств дерново-подзолистых почв на двучленных отложениях / М.А. Бутылкина, Б.В. Фаустова, М.В. Банников // Почвоведение. 2003. — № 8. — С. 948-957.
20. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. //М. Агропромиздат, 1986.
21. Важенин И.Г. О разработке предельно-допустимых концентраций (ПДК) химических веществ в почве// Бюлл. Почв, ин-та им. В.В. Докучаева. 1983. — Вып. 35. — С. 3-6
22. Важенин И.Г. Почва как активная система самоочищения от технического воздействия тяжелых металлов ингредиентов техногенных выбросов // Химия в сельском хозяйстве. — 1982. — № 3. — С. 3-5125
23. Вальков В.Ф. и др. Справочник по оценке почв. Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2004. — 236с.
24. Владыченский С.А. Почвенно-мелиоративные исследования в Волго-Ахтубинской пойме (рукопись). -М., 1952. 415с.
25. Ворбейчик Е.Л. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень)./ Е.Л. Ворбейчик, О.Ф. Садыков, М.Г. Фарафонтов Екатеринбург: УИФ «Наука», 1994. -281с
26. Ворбейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). Екатеринбург: УИФ «Наука», 1994. -281с.
27. Воробьева Л. А. Химический анализ почв: Учебник М.: Изд-во МГУ, 1998. 272с.
28. Воробьева Л.А. Химический анализ почв/Л.А. Воробьева. М.: Изд-во МГУ, 1998.-272 с.
29. Воронин А.Д. Основы физики почв / А.Д. Воронин. — М.: Изд-во МГУ, 1986.С. 194
30. Ганжара Н.Ф. Практикум по почвоведению. / Н.Ф. Ганжара, Б.А. Борисов. М.: Агроконсалт, 2002. — 280 с.
31. Гасанов Г.Н. Перспективы биомелиорации засоленных почв Западного Прикаспия. Гасанов Г.Н., Мусаев М.Р. Арид. экосистемы 2003.9 №19-20 с 105-107
32. Гасанов Г.Н. Фитомелеорация засоленных почв Западного Прикаспия / Гасанов Г.Н., Мусаев М.Р., Абдурахманов Г.М., Курбанов С.А., Аджиев A.M. М.: Наука.2004. -264 с.
33. Гедройц К.К. почва как культурная среда для сельскохозяйственных растений. Почвенные коллоиды и солонцеватость почв. По данным агрохимического отдела Носовской сельскохозяйственной опытной станции. Киев, 1926, 66 с.
34. Глазовская М.А. Критерии классификации почв по опасным загрязнениям / М.А. Глазовская //Почвы.-1994.-№4.-С. 110-120.
35. Глазовская М.А. Принципы классификации почв по их устойчивости к химическому загрязнению. / М.А. Глазовская // Земельные ресурсы мира и их использование и охрана. М.: Наука, 1978. С. 85-89.
36. Глазовская М.А. Проблемы и методы оценки эколого-геохимической почв и почвенного покрова к техногенным воздействиям устойчивости / М.А. Глазовская //Почвоведение.-1998.-№1.-С.114-124.
37. Глобус А. М. Почвенно-гидрофизические обеспечение агроэкологических моделей. JL: Гидрометеоиздат. 1987. 428 с
38. Глушко А .Я. Влияние засоления почв на продуктивность земель юга Европейской части России // Сборник научных трудов СевКавГТУ. Серия «Естественнонаучная». 2010. № 6.
39. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2004 году». М., 2005.
40. Деградация и охрана почв/ Под. ред. Г.В. Добровольского. М.: Изд-во МГУ, 2002. — 654с.
41. Десяткин Р.В. Мониторинг пространственной вариабельности термического режима почв таежно-аласных ландшафтов / Р.В. Десяткин, А.Р. Десяткин // Междунар. конф. «Мониторинг криосферы», Пущино, 2023 апр., 1999: Тез. докл. Пущино. 1999. — С. 148-149.
42. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.: Наука, 1990. 270с.
43. Дояренко, А.Г. Избранные работы и статьи в 2-х томах, т.1 / А.Г. Дояренко. -М.: Изд. Моск. земельн. отдела, 1926.
44. Дядышна С.Е. Пространственная изменчивость водопроницаемости пахотных серых лесных почв / С.Е. Дядькина // Вести. МГУ. Сер. 17. 2004. — № 2. — С. 10-16.
45. Дядькина С.Е. Пространственная изменчивость водопроницаемости серых лесных почв Владимирского ополья. : Автореф. Дис. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук / С.Е. Дядькина МГУ. Москва, 2004. — 25 с.
46. Елисеева Н.В. Экология: учебное пособие для вузов./ Н.В. Елисеева, Н.В. Чернышева, И.И. Имгрунт, В.В. Стрельников Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2004. — 196с.
47. Жовтоной О.Е .Экологическое нормирование орошения на основе моделирования состояния плодородия почвы. / Жовтоной О.Е. // ВюН. аграр. науки. — 2000. — № 10. С. 57-61, 86, 88.
48. Засоленные почвы России. М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. — С.189.
49. Зимовец, Б.А. Определение степени и типа засоления почв по почвенным растворам и водным вытяжкам в сухостепной зоне Нижнего Заволжья / Б.А. Зимовец, З.Н. Кауричева // Орошаемые почвы и методы их изучения. Ташкент, 1976. — С. 72-83.
50. Ильин В.Б. О надежности гигиенических нормативов содержания тяжелых металлов в почве / В.Б. Ильин // Агрохимия. 1992. № 12. С. 78-85.
51. Ильин В.Б. Оценка буферности почв по отношению к тяжелым металлам / В.Б. Ильин // Агрохимия. 1995. № 10. С. 109-113
52. Каблова Н.Ю. Структуры гранулометрического состава и их влияние на засоление почв Алтайской Кулунды : Автореф. Дис. на соиск. уч. степ. канд. с.-х. наук / Н.Ю. Каблова Алт. гос. аграр. ун-т, Барнаул, 2003. — 18 с.
53. Канаев А.И. и др. Сравнение способов определения неоднородности почвенного покрова. // Совершенствование конструкции и технол. испытания с/х техники: 50 лет фак-ту механизации с/х. СГСХА: Самара, 1999.-С. 13-15.
54. Каррыев Б.Б. Оценка экологического состояния почвы. Практическое руководство. /Б.Б. Каррыев, А.Г. Муравьев, А.Р. Ляндзберг— СПб: «Крисмас+», 2008. — 216 с
55. Качинский H.A. Оценка основных физических свойств почв в агрономических целях и риродного плодородия их по механическому составу. / H.A. Качинский // Почвоведение. 1958. — № 5. — С. 80-83.
56. Качинский H.A. Почва, ее свойства и жизнь. / H.A. Качинский -М.: Наука, 1975.С-296
57. Качинский H.A. Физика почв. ч.П. Водно-физические свойства и режимы почв. / H.A. Качинский М.: «Высшая школа», 1970. — 360с.
58. Качинский H.A. Физика почвы. М., «Высшая школа», 1965
59. Кирдяшкин П.И. Фильтрационная и сорбционная неоднородность серой лесной почвы Владимирского ополья / П.И. Кирдяшкин // Тез. докл. IX Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2002». Москва, 2002. — С. 55;
60. Классификация и диагностика почв СССР. М.: «Колос», 1977. — 224с.
61. Классификация и диагностика почв СССР/ В.В. Егоров, В.М. Фридланд, E.H. Иванова, H.H. Розов, В.А. Носин, Т.А. Фраев М. Издательство: Колос, 1977 г. -223 с
62. Ковда В.А. Происхождение и режим засоленных почв. M.-JL: Изд-во АН СССР, 1947. — Т.Н. — 375 с.
63. Ковда, В.А. Номенклатура и классификация засоленных почв. / Ковда В.А. // Почвы аридной зоны. М.: Наука, 1968. — С. 11-24.
64. Ковда, В.А. Процессы почвообразования в дельтах и поймах рек континентальных областей. / В.А. Кова. // Проблемы советских почвоведов. -М: АН СССР, 1946.-Вып. 14.-С. 101-125
65. Малышева Т.И. Солевое состояние почвогрунтов обсохшего дна Аральского моря / Малышева Т.И., Куст Г.С. // Арид. экосистемы. — 1998. — 4, № 9. — С. 47—62.
66. Медведев В.В. Оптимизация агрофизических свойств черноземов./ В.В. Медведев М.: Агропромиздат, 1988. 160 с
67. Минашина, Н.Г. Метод водной вытяжки и баланс солей в промываемых почвах / Н.Г. Минашина, Г.К. Гаврилова // Науч. тр. Почв. Ин-та им. В.В. Докучаева. М., 1976. — С. 106-112.
68. Муравьев А.Г. Оценка экологического состояния почвы : Практ. руковод. / Муравьев А.Г., Каррыев Б.Б., Ляндзберг АР. СПб : Крисмас + , 2000. — 152 с. 185. — ((Сер. Экол. мониторинг в образ, учрежд. Вып. 5)).
69. Муравьев А.Г. Оценка экологического состояния природно-антропогенного комплекса. / А.Г Муравьев // Учебно-методическое пособие. Изд. 2-е. перераб. и дополн. СПб.: «Крисмас+», 2000. — 118 с.
70. Муратова, B.C. Содержание токсичных солей в водных вытяжках и опчвенных растворах гипсоносных почв Голодной степи / B.C. Муратова, В.Ю. Маргулис // Почвоведение. 1971. — № 12. — С. 87-89.
71. Нагорный В.А. Влияние многолетию; трав на изменение солевого состава почв при лиманном орошении в Заволжье /Нагорный В.А., Лисконов А.А // Агро XXI. 2003-2004. — № 7-№ 12. — С. 114. — Рус.
72. Очерет Н.П. Влияние антропогенных факторов на экологическое состояние почв и качество окружающей среды республики Адыгея./ Очерет Н.П., Лиськова И.П., Бородкина О.В //Современные наукоемкие технологии.-2007.-№4 с. 31-35
73. Панкова Е.И. Изменение засоления почв оазиса Эхинн-Гол (Монголия) по данным обследований 1977 и 2001 годов /Панкова Е.И., Мандахбаяр Ж., Голованов Д.Л. // Почвоведение. 2004. — № 9. — С. 1040-1056.
74. Подздняков А.И., Гюлалыев Ч.Г. Электрофизические свойства некоторых почв. Москва-Баку: «Адильоглы», 2004. 240с.
75. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв: Методическое руководство/ под ред. Е.В.Шеина. -М.: Изд-во МГУ, 2001. 200с.
76. Попутникова Т.О. Оценка негативного воздействия полигона ТБО на почвы по биотическим показателям / Т.О. Попутникова, В.А. Терехова, A.C. Яковлев // Экология и промышленность России.2010. №3.-С.51-53.
77. Почепцова Л.Г. Оценка пространственной изменчивости физических показателей почвы. Оцшка просторово1 мшливост1 фiзичниx показник1в грунту / Л.Г. Почепцова // Bich, аграр. науки. 2003. — № 9. — С. 75-77, 86, 88.
78. Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве (ПДК): № 3210-85 от 01.02.85 /МЗ СССР. М., 1985
79. Растворова О.Г. Физика почв.//(Практическое руководство). Л. Изд-вл Ленингр.ун-та, 1983. 196 с.
80. Ревич Б.А. Геохимическая оценка загрязнения территорий городов химическими элементами / Б.А.Ревич, Ю.Е. Сает -М., 1982. -112 с.
81. Ревут И.Б. Плотность почвы и ее плодородие // Сб. тр. по агрономической физике. О.: Сельхозиздат, 1962. Вып. 10.
82. Ревут И.Б, Физика почв / И.Б. Ревут. Л. : Колос, 1972. — 368 с
83. Ровинский Ф.Я. Фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов./ Ф.Я. Ровинский, Т.А. Теплицкая, Т.А. Алексеева Л.: Гидрометеоиздат, 1988. С. 42-56
84. Садыков Экологическое нормирование: проблемы и перспективы / О.Ф. Садыков // Экология. 1989. № 3. С. 3-11.
85. Сапожников А.П. Состояние почвенного покрова как основакадастровой оценки земель /В кн.: Почвоведение: история, социология,методология. Памяти основателя теоретического почвоведения В.В.133
86. Докучаева / Отв. ред. В.Н. Кудеяров, И.В. Иванов. М.: Наука, 2005. -С. 379-385.
87. Сеньков A.A. Влияние природных факторов на атмогенное засоление почв и пород юга Ишнмской равнины / Сеньков A.A. // Сиб. экол. ж.-2004. 11.№3.-С. 301—313.
88. Сорокин А.П. Пространственная вариабельность влажности почвы в дельте Волги // Мат. Всероссийской научной конференции XII молодежные Докучаевские чтения «Почвы и продовольственная безопасность России». Санкт-Петербург, 2009. С. 77-78.
89. Сорочкин В.М. Равновесная плотность дерново-подзолистых почв и ее изменение при обработке // Почвоведение. 1982. — № 12. — С. 129-133.
90. Стасюк Н.В. Оценка деградации и опустынивания почвенного покрова северного равнинного Дагестана / Стасюк Н.В., Добровольский Г.В., Зашбеков З.Г., Саидов А.К., Добрынина Д.В. // Экология. 2004. — № 3. -С. 172-178.
91. Строганова М.Н. Комплексная оценка экологического состояния городских почв. / Строганова М.Н., Прокофьева Т.В., Прохоров АН., Лысак Л.В., Сизов АП., Яковлев АС; МГУ. — М., 2001. 50 с. : ил. — Библиогр.: 12.
92. Структурно-функциональная роль почвы в биосфере. М.: ГЕОС, 1999.-278 с.
93. Судницын И.И. Движение почвенной влаги и водопотребление растений. М. Изд-во МГУ, 1979. 255с.
94. Теории и методы физики почв. Коллективная монография/ Под. ред. Шеина Е.В. и Л.О. Карпачевского. М.: «Гриф и К», 2007. — 616с.
95. Теория и практика химического анализа почв / Под ред. Л.А. Воробьевой. -М.: ГЕОС, 2006.-400 с.
96. Федотова, A.B. Почвы Восточной части дельты Волги и района западных подстепных ильменей (Текст): монография/ A.B.Федотова.-Астрахань: Изд. дом Астраханский университет, 2006, С. 6-33
97. Цаценкин, И.А. Растительность и естественные кормовые ресурсы Волго-Ахтубинской поймы и дельты р. Волги / В кн. «Природа и сельское хозяйство Волго-Ахтубинской долины и дельты р. Волги». М.: Изд-воМГУ, 1962.-С. 118-192.
98. Шеин Е.В. Закономерности распределения почвенно-генетических и физических свойств комплекса серых лесных почв Владимирского ополья / Е.В. Шеин, A.B. Кириченко, М.А. Бутылкина, Ю.Н. Буева // Вестн. МГУ. Сер. 17. 2002. — № 4. — С. 17-24.
99. Шеин Е.В. и др. Лабораторные методы исследования физических свойств почв. Изд.: ГЕОС, Москва, 2000 г.
100. Шеин Е.В. Комплекс полевых исследований физических свойств и процессов в почвах / Е.В Шеин // Почвоведение. 1987. — № 2. -С. 35-41.
101. Шеин Е.В. Курс физики почв.: Учебник. М.: Изд-во МГУ, 2005.-432с.
102. Шеин Е.В. Физические основы функций почв / В кн. «Структурно функциональная роль почвы в биосфере». М.: ГЕОС, 1999. С. 82-91
103. Шеин, Е.В. Гранулометрический состав почв: проблемы методов исследования, интерпретации результатов и классификаций/ Е.В. Шеин// Почвоведение. 2008. — № 10. — С. 958-964.
Источник