Изменение физических характеристик почв под влиянием антропогенного фактора

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) об 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 горизонта Al, A1A2, 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 геплопроводности 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, Ленинград, 1989).

Деформационные свойства почвы

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 ее 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 г., 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:

• контроле за физическим и технологическим состоянием для своевременных рекомендаций по предотвращению неблагоприятных воздействий;

• 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.

На основе единой информационной базы разработаны принципы мониторинга физического и технологического состояния почв посредством системы моделей (программный комплекс): модель уплотнения почв сельскохозяйственной техникой с оценкой возможных потерь урожая; определение технологических и физико-механических свойств; определение основной гидрофизической характеристики почв, рассчитанных по ней значений почвенно-гидрологических констант, коэффициентов фильтрации и влагопроводности. Программный комплекс реализован на ПЭВМ как самостоятельная программная система, функционирующая в диалоговом режиме.

Заключеие

Рассматривая материалы обоих  съездов, можно прийти к следующим  выводам:

>   По сравнению с общим  объемом рассмотренной на съездах информации, количество работ, посвященных вопросу антропогенного влияния на физические характеристики почвы, достаточно немного. Видимо, важность данной проблемы не была достаточно высоко оценена.

>    Все же следует отметить, что вышеуказанной проблеме было уделено больше внимания на II съезде общества почвоведов 1996 г. по сравнению с VIII Всесоюзным съездом почвоведов 1989, что позволяет надеяться, что в дальнейшем проблема будет освещаться шире, и будут найдены оптимальные пути ее решения.

>   На рассмотренных примерах  видно также, что изменился и подход к данному вопросу. Если на "УТЛ Всесоюзном съезде почвоведов он рассматривался в основном в приложении к проблемам сельского хозяйства, то на II съезде общества почвоведов интересы сельского хозяйства учитывались в меньшей степени, работы носили более фундаментальный характер и содержали меньше практических способов решения.

По моему мнению, наиболее приемлемое решение проблемы изменения физических характеристик почв под действием антропогенного фактора может быть достигнуто только при гармоничном сочетании двух вышеуказанных подходов. Необходимо как глубоко исследовать проблему в целом, так и построить четкий метод ее решения (что возможно только при постепенном переходе от частностей к общей, интегральной системе).

Так или иначе, человеческая мысль  непрерывно эволюционирует. Мы проследили изменение подхода к рассмотрению определенной проблемы в рамках двух определенных съездов и убедились в этом. Разумеется, поскольку проблема изменения физических свойств почв является вопросом, можно сказать, общечеловеческой важности, внимание к ней, несомненно, возрастет в будущем, и постепенно мы выйдем к ее решению. Или потеряем огромный почвенный фонд.

ЛИТЕРАТУРА

1.   Волокитил М. П., Хан К.  Ю., Сон Б. К. Влияние различного сельскохозяйственного использования серой лесной почвы на ее агрофизические свойства. // Тезисы докладов II съезда общества почвоведов. 1996 г. Санкт-Петербург. С. 68-69.

2.  Гарунов А. А. О влиянии  пастбищной нагрузки на гидрофизические свойства почв и процессы опустынивания Терско-Кумс-кой низменности. // Тезисы докладов II съезда общества почвоведов. 1996 г. Санкт-Петербург. С. 69-70.

3.   Золотаревская Д. И. Изменение  вязкоупругих свойств и плотности  почвы при движетш колесных  машин// Тезисы докладов VIII Всесоюзного съезда почвоведов. 1989 г. Новосибирск. С. 130.

4.  Икрамов Ж., Саадмурадова Ж,  Влияние различной предпосевной обработки почвы на ее физические свойства и развитие растений.// Тезисы докладов VIII Всесоюзного съезда почвоведов. 1989 г. Новосибирск. С. 131.

5.   Манучаров А, С, Харитонов  Г. В. Реологические свойства  луговых текстурно-дифференцированных  почв Среднеамурской низменности  и их изменения под воздействием  антропогенного фактора. // Тезисы  докладов II съезда общества почвоведов. 1996 г. Санкт-Петербург. С. 96-97.

6.   Нерпин С. В., Нерпин Б,  С, Романов О. -В. Концептуальная  модель уплотнения почвы под  действием внешних нагрузок. // Тезисы  докладов VIII Всесоюзного съезда почвоведов. 1989 г. Новосибирск. С. 137.

7.  Сапожников П. М. Мониторинг физических и технологических свойств почв при антропогенном воздействии. // Тезисы докладов II съезда общества почвоведов. 1996 г. Санкт-Петербург. С. 136.

8.   Тихонравова П. И. Изменение  процесса теплообмена в дерново-подзол истых суглинистых почвах при антропогенном воздействии// Тезисы докладов II съезда общества почвоведов. 1996 г. Санкт-Петербург. С. 118-119.