Государственное управление в области охраны земельных ресурсов
Лекция 3.2.3. Переувлажнение почв, подтопление и заболачивание земель
1. Переувлажнение почв, подтопление и заболачивание земель
Переувлажнение почв(син. избыточное увлажнение почвы) — состояние почвы в целом или отдельного ее горизонта, при котором влажность почвы (или отдельного горизонта) сохраняется выше наименьшей влагоемкости сравнительно длительный период времени, затрудняя или исключая воздухообмен между почвой и приземным слоем атмосферы. Развитие переувлажнения происходит при положительном водном балансе почвы в целом или отдельного ее горизонта.
Различают две существенно отличающиеся ситуации, сопровождающие переувлажнение почвы. Наиболее часто переувлажнение сопровождается возникновением и развитием анаэробных условий и соответствующих им окислительно-восстановительных процессов в почве. Это приводит к угнетению или гибели многих культурных растений и поселению влаголюбивых сорных видов.
Вторая ситуация связана с переувлажнением почвы в аэробных условиях за счет поступления вод, содержащих большое количество растворенного кислорода. Она встречается сравнительно редко в холодном климате в горах в условиях пониженной микробиологической деятельности и проточности почвенных вод.
Наименьшая влагоемкость (НВ) почвы(син.предельная полевая влагоемкость (ППВ) почвы) — это влажность почвы (или отдельного горизонта), соответствующая максимальному количеству воды, удерживаемому капиллярно-сорбционными силами в порах почвы после предварительного заполнения всего порового пространства водой и свободного гравитационного стекания воды в течение 2–3 дней в условиях исключения испарения с поверхности почвы и потребления воды корнями растений.
Анаэробные условия— это условия в почве, сопровождающиеся отсутствием или затрудненным обменом между атмосферным воздухом приземного слоя и почвенным воздухом в поровом пространстве почвы, а также крайне низким содержанием или отсутствием свободного молекулярного кислорода (O2) в почвенном воздухе и растворенного кислорода в почвенном растворе. Анаэробные условия приводят к развитию окислительно-восстановительных процессов с образованием восстановленных форм железа, марганца, азота, серы. В анаэробных условиях способны жить организмы, получающие энергию за счет окислительно-восстановительных реакций при отсутствии свободного кислорода и наличии легко сбраживаемого органического вещества.
Аэробные условия— это условия в почве, обеспечивающие поступлениемолекулярного кислорода в почвенный воздух в количестве, достаточном для осуществления дыхания живыми организмами, населяющими почву, и корня-ми растений.
Окислительно-восстановительные процессыв почве — это процессы преобразования химических соединений в почве, представляющие собой совокупность протекающих во времени реакций отдачи электронов одними элементами (окисление) и присоединением электронов другими (восстановление), сопровождающиеся изменением степени окисленности участвующих в реакции химических элементов.
Подтопление земель— процесс регионального подъема уровня грунтовыхвод за счет их подпора в местах разгрузки, сопровождаемый возникновением длительного сезонного или постоянного переувлажнения нижней части почвенного профиля почв земельного угодья.
Заболачивание земель— процесс развития сильного длительного сезонногоили постоянного переувлажнения всего почвенного профиля или его верхней части почв земельного угодья. Заболачивание земель сопровождается поселением видов, характерных для болотной растительности (мхов, осок, тростника и др.).
Затопление почв или земель— процесс возникновения и развития слоя свободной воды на поверхности почвы или земельного угодья, сопровождающийся водонасыщением и переувлажнением почвы.
Водонасыщеннойсчитается почва, все поровое пространство которой заполнено водой.
Грунтовые воды — это подземные воды первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонта, залегающего на первом выдержанном по площади водоупорном пласте.
Верховодка— это временное, сезонное скопление подземных вод, не имеющих гидравлической связи с грунтовыми водами.
Водный режим почвы— совокупность процессов и явлений поступленияводы в почву, изменения состояния воды в почве, ее передвижения внутри почвы, потребления воды организмами и удаления ее из почвы, а также изменение всех указанных явлений и процессов во времени.
Для количественного описания водного режима почвы используют физико-математические модели упомянутых выше процессов и для каждого требуемого интервала времени и объема почвы рассчитывают водный баланс.
Естественные почвы избыточного увлажнения распространены в большинстве почвенно-биоклиматических областей Мира.
В тундровой зоне многие почвы испытывают переувлажнение почвенного профиля в течение короткого (от двух недель до двух месяцев) вегетационного периода, когда эти почвы оттаивают. Водонасыщенное или близкое к нему состояние обусловлено несколькими причинами. Первая из них — на глубине от 0,5 до 3 м залегают слои многолетнемерзлых пород (вечная мерзлота) постоянной отрицательной температурой. В этих условиях вода из жидкого состояния переходит в твердое (лед) и не может течь. Поэтому многолетне-мерзлые породы являются абсолютным водоупорным слоем, через который невозможен дренаж вод из расположенного выше водонасыщенного оттаявшего слоя с почвой. Вторая причина — для многих (но не всех) тундровых территорий характерен холодный гумидный климат с отрицательными среднегодовыми температурами воздуха и превышением количества выпадающих осадков над испаряемостью. Он создает положительный баланс влаги в почве за счет поступления осадков в большем количестве, чем их может испариться или быть израсходовано растениями при имеющемся поступлении тепла. Третья причина — почти плоский рельеф с малыми уклонами, характерный для равнинных тундр, который затрудняет естественный поверхностный дренаж территории. По этим причинам во многих тундровых почвах имеются оторфованные или торфяные горизонты и признаки оглеения в разных минеральных горизонтах вплоть до образования собственно глеевых горизонтов. Имеющееся разнообразие почвообразующих пород и прочих экологических условий определяет многообразие тундровых почв избыточного увлажнения: торфяно-глееземы, глееземыкриотурбированные, криоземы глееватые, органо-криометаморфические глееватые, пелоземы гумусовые глееватые, аллювиальные торфяно-глеевые, торфяные олиготрофные почвы, гравелисто-торфяные эутрофные почвы, подбуры глееватые, торфяно-подбуры глеевые, подзолы глееватые, торфяно-подзолы глеевые перегнойно-глеевые криотур-бированные и другие почвы.
В таежно-лесной зоне постоянное избыточное увлажнение характерно для торфяных болотных (низинных и верховых) и дерново-глеевых почв, длительное сезонное переувлажнение — для болотно-подзолистых и аллювиальных пойменных почв, а также кратковременные периоды переувлажнения — для подзолистых почв на суглинистых и глинистых отложениях. Широкому распространению явлений естественного переувлажнения почв таежно-лесной зоны способствует умеренный (бореальный) гумидный климат с коэффициентом увлажнения больше единицы. При 500–600 мм выпадающих годовых осадках, а при поступающем количестве тепла может испариться только 400–450 мм. Это способствует избыточному поступлению воды в ландшафт. Пересеченный рельеф, разнообразие гидрофизических свойств пород и текстурная дифференциация профиля подзолистых и болотно-подзолистых почв в совокупности приводят к существенному пространственному перераспределению воды в ландшафте.
Под широколиственными и хвойно-широколиственными травянистыми лесами на ровных участках или пологих склонах, сложенных породами тяже-лого гранулометрического состава (тяжелыми суглинкамми, глинами), в условиях затрудненного естественного дренажа формируются буроземы глеевые подзолисто-буроземные глеевые почвы. Они распространены в холмистых, предгорных и горных районах Карпат, Кавказа, Крыма, Алтая, Дальнего Востока и других горных регионов среди массивов бурых лесных почв.
Начиная с лесостепи и южнее, почвы избыточного увлажнения приурочены преимущественно к вогнутым элементам мезо- и микро-рельефа, в которых наблюдается сосредоточение поверхностного стока, а также к территориям с неглубоким (менее 3–5 м) залеганием уровня грунтовых вод, связанным обычно с наличием водоупорных горизонтов.
В лесостепи под лиственными переувлажненными лесами или под влажными злаково-разнотравными вторичными лугами формируются серые лесные глееватые и глеевые почвы. В лесостепи и степи под многолетними травянистыми сообществами в условиях постоянного или сезонного переувлажнения развиты лугово-черноземные, луговые, лугово-болотные почвы, почвы засоленного ряда (солоди, лугово-степные и луговые солонцы, гидроморфные солончаки), темные слитые почвы (вертисоли), а также аллювиальные почвы пойм, испытывающие паводковое затопление.
В полупустынях и пустынях также встречаются небольшие участки, обильно увлажняемые поверхностными и грунтовыми водами. На них формируются торфяно-болотные и иловато-болотные почвы.
На побережьях морей в условиях периодического затопления и длительного переувлажнения функционируют маршевые почвы.
Таким образом, переувлажнение приводит к возникновению большого разнообразия естественных почв в зависимости от конкретного сочетания климатических, геоморфологических, гидрогеологических и биоценотических условий их функционирования и проявления различных сопутствующих процессов (образования и аккумуляции торфа, гумуса, миграции, преобразования и накопления соединений железа, алюминия, марганца, солей, твердых частиц и др.).
Каждая территория (ландшафт) имеет определенную предрасположенность или потенциальную опасность развития переувлажнения, обусловленную сочетанием параметров климата, рельефа и водно-физических свойств почв, почвообразующих и подстилающих пород до глубины 3–5 м.
В естественных условиях в силу конкретного сочетания параметров эта потенциальная опасность может не реализоваться. В свою очередь, прямая и косвенная водорегулирующая деятельность человека в агроландшафте изменяет его водный баланс в целом или в отдельных его частях, нарушая естественное равновесие. В результате имеющиеся природные предпосылки строения и функционирования территории в новых условиях перераспределения влаги могут приводить к развитию локального переувлажнения в позициях с наибольшей предрасположенностью к нему, характеризующихся вогнутыми и слабонаклонными поверхностями и/или наличием относительных или абсолютных водоупорных почвенных горизонтов близко к дневной поверхности.
Природными предпосылками развития переувлажнения являются фоновые параметры климата и их многолетние циклы изменения, рельеф и гидро-геологическое строение территории.
Климат является одной из важных природных предпосылок образования переувлажненных почв в разных зонах. В условиях гумидного климата с коэффициентом увлажнения (КУ) больше единицы, характерным для лесной зоны с дерново-подзолистыми почвами, вероятность возникновения периодов переувлажнения большинства почв территории самая высокая. Это сопровождается широким распространением естественных болотных, подзолисто-болотных, луговых, пойменных и прочих переувлажненных почв. В лесостепи с серыми лесными почвами, черноземами оподзоленными, выщелоченными и типичными, для которой характерно чередование лет с повышенным увлажнением (КУ > 1) и более сухих (КУ Государственное управление и охрана земельных ресурсов России на современном этапе: курс лекций. Часть 1. Управление в области охраны земель. Деградация почв и земель. / Г.Р. Сафина, В.А. Федорова.– Казань: Казан. ун-т, 2020. – 106 с.
Тема 9. Стр. 82-97.
Государственное управление и охрана земельных ресурсов России на современном этапе: курс лекций. Часть 2. Деградация почв и земель: эрозия, уплотнение, переувлажнение. / Г.Р. Сафина, Федорова В.А.– Казань: Казан. ун-т, 2020. – 114 с.
Темы 1-3. Стр. 4 – 113.
Государственное управление и охрана земельных ресурсов России на современном этапе: курс лекций. Часть 3. Деградация почв и земель. Мелиорация / Г.Р. Сафина, В.А. Федорова.– Казань: Казан. ун-т, 2020. – 135 с.
Источник
Чем опасно переувлажнение почвы.
Установлено, что основная причина угнетения растений при переувлажнении почвы — недостаток в ней кислорода и излишнее накопление углекислоты. Вода и воздух в почве взаимосвязаны, чем больше в почве воды, тем меньше воздуха и наоборот.
Переувлажнение почвы вредно, так как при этом нарушаются аэрация и тепловой режим, ухудшается деятельность полезных микроорганизмов.
При избыточном увлажнении, когда вода заполняет все почвенные поры, воздух из почвы вытесняется почти полностью. А без кислорода невозможна нормальная жизнедеятельность и работа корней. Более того, — при этом в поглощающих корнях происходят необратимые изменения, ведущие к утере способности образовывать корневые волоски даже при последующем восстановлении воздушного режима. В результате рабочая поверхность корней резко сокращается. В листьях падает содержание хлорофилла, что приводит к образованию хлороза. Этим и объясняется пожелтение листьев при длительных дождях.
Очень длительное и сильное переувлажнение почвы может привести к опадению листьев и даже гибели растений. Таким образом, как резкий недостаток влаги, так и ее систематический избыток ведут к одинаковым последствиям: отмиранию активных корней и уменьшению их всасывающей поверхности, побледнению листьев и хлорозу (а в крайних случаях и к их опадению), уменьшению и потере роста, продуктивности, снижению зимостойкости растений. Создание корнеобитаемого слоя на переувлажнённых почвах требует больших затрат, чем на хорошо дренированных.
Избыточная влажность создаёт в почве недостаток кислорода, подавляет разложение органического вещества почвы и использование растениями удобрений, тем самым нарушает режим питания растений. В переувлажнённых почвах накапливаются вредные для растений вещества, такие как сероводород, аммиак, метан. Происходит загнивание и отмирание корней.
Существует несколько способов улучшения переувлажнённых почв, первым шагом при их освоении должно быть устранение переувлажнения, улучшение водно-воздушного режима.
На садовых участках улучшить водный режим, уменьшить вредное влияние избыточной влажности на растения можно особыми способами посадки растений — профилированием, устройством холмов, валов, гребней, гряд. Цель этих способов посадки растений — искусственным путём поднять уровень почвы отдалив таким образом растения от переувлажнённых слоев.
Если переувлажнение почвы происходит из-за присутствия близкого залегания водоупорной глины, не пропускающей влагу, то этот слой можно разрушить, перекопав с песком и внеся органические удобрения или даже мелко порубленные ветки деревьев и кустарников. Рационально на переувлажнённых почвах выращивать овощи, цветы, землянику на насыпных грядах. Для этого следует грядки или рабатки оконтурить коробом из досок или другим материалом, насыпать на дно песок слоем около 5 см, перекопать почву с песком, а сверху насыпать слоем 25-30 см плодородный грунт.
Пескование почв — трудоёмкий процесс, но, проведя его единожды, вы на много лет создадите благоприятные условия для растений.
Хорошее рыхлящее действие на тяжёлые почвы оказывают опилки. Их лучше вносить с осени — не более 5 вёдер на 10 м2. Не следует применять свежие опилки, в этом случае разлагающие их микроорганизмы будут использовать азот почвы, что приведёт к снижению её плодородия. Перед внесением опилки следует смочить раствором любого азотного удобрения. Растворите в ведре воды 220 г мочевины (или чуть меньше 300 г аммиачной селитры) и этим количеством раствора обработайте 3 ведра опилок.
Т.М.Вырва,
Государственный инспектор отдела земельного надзора управления Росельхознадзора по Амурской области.
Источник