Изменение физических характеристик почв под влиянием антропогенного фактора

| Категория реферата: Рефераты по экологии
| Теги реферата: шпоры по менеджменту, реферат личность
| Добавил(а) на сайт: Lev.

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.

Как уже указывалось ранее для второго съезда (1996 г ) характерен более интегральный подход к проблемам антропогенного воздействия на почвы.
Примером может послужить рассмотрение Манучаровым А.С. и Харитоновым Г.В.
(Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровск) влияния мелиорации на реологические свойства луговых текстурно–дифференцированных почв
Среднеамурской низменности и способов оценки этого влияния.

Трудности сельскохозяйственного использования и оценки влияния осушительной мелиорации на продуктивность луговых текстурно- дифференцированных почв Среднеамурской низменности заключаются в том, что своеобразие климатических условий в Среднем Приамурье способствует быстрой минерализации органического вещества, деградации и распылению пахотного слоя.

Исследования Манучарова и д.р.(Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова Институт водных и экологических проблем ДВО РАН,
Хабаровск) показали применимость реологических методов для оценки структурного состояния почв и его изменения в результате мелиорации и освоения. Реологические характеристики исследуемых почв дифференцированы по профилю в соответствии с профильной дифференциацией гранулометрического и микроагрегатного составов и физико-химических свойств при влажности верхней границы пластичности. При влажности максимального набухания горизонты различаются по реологическому поведению (цикл нагрузка - разгрузка): гумусово-аккумулятивный горизонт характеризуется тиксотропией, для элювиально-глеевого и иллювиального отмечается реопексия, петли которой больше в гор. Big, обладающем повышенным содержанием водопрочных агрегатов.

Осушительная мелиорация и освоение неоднозначно влияют на структурное состояние поверхностных горизонтов: на макро уровне (почвенные макроагрегаты) преобладают процессы дезагрегации, на уровне микроагрегатов
- процессы агрегации почвенной массы. В пахотном горизонте резко падает число водопрочных агрегатов, снижаются пределы прочности, но при этом снижаются тиксотропные свойства горизонта. В элювиально-глеевом горизонте также падает число водопрочных макроагрегатов, однако, на микро уровне происходит некоторое улучшение структуры: увеличивается как удельная мощность разрушения структуры, так и пределы прочности структуры.

Внесение лигнинно-пометного компоста приводит к улучшению структурно- механических свойств пахотного горизонта исследуемых почв: по сравнению с контролем повышается уровень микроагрегации вещества, реологические кривые характеризуются дилатансией, что связано с увеличением водопрочности структуры горизонта.

В подтверждение вышесказанного об изменении подхода к рассмотрению видов антропогенного воздействия можно привести также доклад Тихонравовой
П.И.(Почвенный институт им,В.В.Докучаева, Москва, 1996) о антропогенном влиянии на процессы теплообмена в дерново-подзолистых суглинистых почвах.

Процесс теплообмена в почве определяется в первую очередь ее теплофизическими свойствами: теплоемкостью, тепло - и температуропроводностью.

Освоение и интенсивное сельскохозяйственное использование дерново- подзолистых почв, проведение агротехнических мероприятий приводит к изменению всего комплекса теплофизических показателей.

При распашке целинных (под лесом) и освоении дерново-подзолистых почв в пахотном горизонте наблюдается рост теплофизических показателей, что определяется уменьшением содержания гумуса в результате вовлечения в этот слой rop.A1, А1А2, А2, уплотнением и снижением общей пористости. Меняется характер изменения теплофизических показателей верхнего слоя 0-30 см в процессе увлажнения. Температуропроводность пахотного слоя освоенной почвы в процессе увлажнения возрастает более интенсивно, чем целинной, интенсивность роста величины теплопроводности имеет иной характер - в целинной почве она выражена более четко, чем в освоенной. Характер изменения объемной теплоемкости в процессе увлажнения этих почв практически не меняется. Так, при влажности 23% от объема температуропроводность слоя почвы 0-30 см под лесом составляет 129% от значения этого показателя для абсолютно сухой почвы и 138% соответственно для освоенной.

При окультуривании освоенных почв, по мере увеличения в пахотном горизонте содержания гумуса, общей пористости, уменьшения плотности сложения происходит изменение теплофизических показателей в сторону их снижения. Тепло - и температуропроводность пахотного горизонта высоко окультуренной (гумуса около 4,5 %, плотность 1,07-1,10 г/см3) почвы при оптимальном увлажнении в 1,8 раза ниже освоенной (по сравнению с гор. А1 целинной только в 1,3 раза).

Глубокое (на 50-60 см) рыхление подпахотных горизонтов дерново- подзолистых почв способствует снижению теплопроводности в зоне рыхления в среднем в 1,5 раз, температуропроводности - в 1,3 раза, объемной теплоемкости - в 1,1 раз по сравнению с контролем.

Почвоведение (равно как и биология) является наукой имеющей дело со множеством частных случаев в каждом из которых необходим свой индивидуальный подход. Но, разумеется, почвоведение, как и другие науки, не может существовать без своих парадигм и моделей, которые вносят упорядоченность и возможность систематизации в различные частные, порой непонятные случаи. На VIII Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск 1989) большое внимание уделялось и моделированию антропогенных нагрузок.
Рассмотрим модель уплотнения почвы под действием внешних нагрузок, предложенную С.В.Нерпиным, Б.С.Нерпиным, О.В.Романовым (Агрофизический институт, г. Ленинград, 1989).

Рассматривая деформационные свойства почвы целесообразно выделить иерархические уровни, различающиеся по характеру внутренних и внешних связей: макроуровень, к которому относится вся область распространения напряжений, возникающих при действии внешних нагрузок; уровень почвенных агрегатов; уровень коллоидных и других почвенных частиц. Дискретность и иерархичность почвенной структуры определяют трансформацию напряженного состояния при переходе от верхних к нижним уровням структуры. Например, при нулевом значении девиатора напряжений на макроуровне он не равен нулю на следующих уровнях, что и определяет возможность пластического изменения формы почвенных агрегатов. Закономерности, определяющие кинетику деформаций на каждом уровне, выступают затем в обобщенном виде в качестве закономерностей, определяющих равновесие и кинетику на следующем, более высоком уровне. Так закономерности относительного смещения отдельных коллоидных частиц под действием совокупности внешних сил и внутренних поверхностных сил трансформируются в закономерности деформации почвенных агрегатов; затем последние - в закономерности деформации почвы как
"сплошной" среды на макроскопическом уровне. Деформационные свойства почвы существенно зависят от содержания в ней влаги; усадка и набухание почвы меняет прочностные и деформационные её характеристики на всех иерархических уровнях; содержание влаги определяет и фильтрационное сопротивление уплотнению особенно при заполнении макропор, когда возможность
"внутреннего" стока жидкости отсутствует. Развитие к настоящему времени теории поверхностных сил в коллоидных системах, почвенная гидромеханика и макроскопическая теория деформаций вязко-упругопластических тел позволяют перейти от измененных общих концепций к построению фундаментальных и прикладных математических моделей уплотнения почв под действием движителей сельскохозяйственной техники.

В заключение данного рассмотрения, хотелось бы привести одну из работ
1996 года, носящую обзорно-методологический характер. Автор предлагает основные способы мониторинга за изменением физических и технологических свойств почв под действием антропогенной нагрузки. Данная работа была проведена Сапожниковым П.М. (РосНИИземпроект, Москва, 1996)

В условиях интенсивной антропогенной нагрузки все почвы в той или иной степени подвержены физической и технологической деградации, которая проявляется на различных уровнях структурной организации. Своевременная диагностика деградационных изменений физических и технологических свойств - основное назначение мониторинга.

Основные задачи мониторинга физического состояния почв заключаются в: o контроле за физическим и технологическим состоянием для своевременных рекомендаций по предотвращению неблагоприятных воздействий; o расчете экологически безопасного уровня агротехнического воздействия на почву.

Методологической основой комплекса показателей физического и технологического состояния почвы, который может быть использован в целях мониторинга, служит концепция базовых показателей. В систему базовых показателей включены удельная поверхность твердой фазы, плотность сложения и плотность твердой фазы, влажность.