Экологические проблемы использования почв Белгородской области

Состав почвы постоянно  трансформируется под воздействием воды, тепла и живых организмов, при этом происходят изменения в  ее физических свойствах и химическом составе. Кроме того, преобразовывает  почву и человек, обрабатывая, удобряя и эксплуатируя ее.

Водные свойства почвы. Влагоемкостью  называют количество воды, которое  почва может удерживать в себе. Вычисляют влагоемкость (% к сухой  почве) по формуле:

                W= P/ V, где P - пористость, % объема почвы;

                                     V- плотность сложения, г/см3.

Влажностью  называется общее количество воды, содержащееся в почве. Влажность - непостоянная величина и в одной и той  же почве может колебаться от полной влагоемкости в дождливое время  года до ничтожно малых величин в период засухи.

Водопроницаемостью  почвы называется ее способность  впитывать и фильтровать воду.

Воздушные свойства почвы. К ним относятся воздухоемкость и воздухопроницаемость.

Воздухоемкость - способность почвы содержать  то или иное количество, воздуха.

Воздухопроницаемость - способность почвы пропускать через  себя воздух. Она зависит от гранулометрического  состава и структуры почвы. В  целом количество воздуха в почве  может колебаться от 0 до 40 % объема почвы.

Тепловые свойства почвы. Основной источник теплоты для прогревания почвы - энергия Солнца, количество которой определяется географическим положением местности.

Теплоемкость - это количество теплоты в джоулях, которое необходимо для нагревания 1 г (массовая теплоемкость) или 1 см3 (объемная теплоемкость) почвы на 1 °С. Она сильно колеблется не только от соотношения твердой, жидкой и газообразной фаз, но и от состава этих фаз. С увеличением влажности почвы теплоемкость быстро возрастает, поэтому песчаные легко пересыхающие почвы быстрее прогреваются («теплые» почвы), чем влажные глинистые («холодные» почвы).

Теплопроводность - способность почвы проводить  теплоту от теплых слоев к холодным. Поэтому сухие и плотные почвы  быстро проводят тепло, но и быстро его теряют, чего можно избежать, если верхний слой почвы взрыхлить (боронование, шлейфование и т. п.). Рыхлые, переувлажненные и богатые органическим веществом почвы медленно прогреваются, но дольше сохраняют тепло.

Притекающая к  поверхности солнечная энергия  не вся поглощается почвой (теплопоглощение), а часть ее отражается в пространстве и теряется безвозвратно.

Плодородие  почвы. Это ее способность удовлетворять  потребность растений в элементах  питания, воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством  воздуха, тепла и питательными веществами, необходимыми для нормальной жизнедеятельности.

Различают естественное (потенциальное) и эффективное (искусственное) плодородие почвы.

При правильном использовании и охране почв их плодородие повышается - происходит воспроизводство, плодородия. Интенсивное земледелие предполагает расширенное воспроизводство плодородия почв, что особенно важно, для почв с низким естественным плодородием. [2]

     1.3 Структурное состояние и физическая характеристика почв.

Почва характеризуется  многими показателями и в первую очередь внешними или морфологическими признаками (от гр. morphe - форма и logos - понятие, учение).

Как природное образование  почва обладает внешними признаками, отличающими ее от других природных  тел, в частности от горной породы, из которой она образовалась.

В процессе почвообразования складывается мощность почвы и формируется  важнейший внешний признак - строение почвенных горизонтов - распределение  по профилю сверху вниз слоев или  почвенных горизонтов, различающихся  между собой по структуре, физическому и химическому составу, цвету и другим показателям Почвенные горизонты обозначают заглавными буквами латинского алфавита с индексами или без них. В почвах могут выделяться следующие горизонты. (рис. 2)

Схема строения различных почв: 1 – слаборазвитая  почва на коренных твердых породах; 2 – слаборазвитая почва на рыхлых песчаных породах; 3 – развитая почва  под степной растительностью; 4 –  развитая почва под лесной растительноcтью.

Ао - лесная подстилка, образующаяся на поверхности почвы и состоящая из неразложившихся или полуразложившихся травянистых растений и опавших лесных растительных остатков (листьев, хвои, веточек, кусочков коры и т.д.). Мощность этого слоя колеблется от 1... 2 до 15... 20 см;

А1 - перегнойный, или гумусовый, горизонт, который характеризуется накоплением органического вещества в виде перегноя. Этот слой самый темный, его цвет зависит от накапливающегося в нем перегноя. Мощность перегнойного горизонта обычно колеблется он нескольких сантиметров до 1 м и более в зависимости от вида почв;

А2 - влагопроницаемый, или элювиальный (от лат. eluere - вымывать, смывать), горизонт слой интенсивного разрушения минеральной части почвы, образующийся при вымывании продуктов  разрушения. Органические остатки в этом слое не накапливаются. Этот слой имеет более светлую, белесую окраску, напоминающую цветом золу;

В - накопительный, или аллювиальный (от лат. alluvio - нанос), горизонт или слой вымывания, в котором  осаждаются соединения, вымытые из верхних горизонтов. Этот слой более плотный и через него труднее просачивается вода. В нем накапливаются железо и алюминий, вымываемые из верхних горизонтов, поэтому этот горизонт нередко имеет красновато-бурую окраску. Мощность его в разных почвах колеблется от 5... 10 см до 1 ... 1,5 м;

C - материнская  порода, слабо измененная почвообразовательным  процессом. В этом горизонте  совсем нет перегноя, но содержатся  соли: углекислый кальций, гипс  и др. Мощность этого горизонта  бывает различной.

В некоторых  типах почв выделяют свои, только им присущие горизонты. Например, для болотных почв характерен глеевый (от англ. glade - болотистый участок) горизонт G. Он формируется в анаэробных условиях, т. е. при отсутствии доступа воздуха (от гр. anaerbios - где an - отрицание + aer - воздух + bios - жизнь), поэтому этот слой характеризуется большим количеством закисных форм железа.

Необходимо  пояснить, что некоторых горизонтов в той или иной почве может  и не быть.

Мощность и  степень выраженности горизонта  в различных почвах зависят от характера почвообразовательного процесса и степени его развития.

На всех почвах, которые обрабатывают почвообрабатывающими машинами, выделяют пахотный горизонт – Amax. По мощности он может быть равен  горизонту А1 или меньше его. [3]

         1.4. Агрохимическое состояние почв.

Известно, что  почва образуется в результате длительных процессов изменения материнской (почвообразующей) породы и содержит продукты выветривания этих пород, а  также продукты разложения растительных и животных организмов. Такое сочетание продуктов выветривания и продуктов разложения образует чрезвычайно сложный химический состав и большое многообразие содержащихся в почве химических элементов.

В составе почвы  обнаружены почти все известные  химические элементы, но практический интерес представляют лишь немногие из них, необходимые для питания растений.

В основном в  состав почв входят следующие элементы (в % к валовому количеству): кислород (содержится преимущественно в органическом веществе) - 55; кремний (значительная часть  в кварце) - 20; углерод (в гумусе, органических остатках) - 2; водород (больше в гумусе) - 5; азот (в основном в гумусе) -0,1; фосфор (в гумусе, в минеральной части) - 0,08; сера (в гумусе) - 0,04; железо - 2; кальций - 2; магний - 0,6; калий - 1; натрий - 1.

При возделывании сельскохозяйственных культур необходимо знать не только содержание основных элементов питания в почвах, но и в каких соединениях они присутствуют, содержатся ли они в доступной для растений форме. Все эти вопросы изучает наука агрохимия, которая вооружает земледельца необходимыми знаниями.

Агрохимический  состав почв очень разнообразен. Он зависит, прежде всего, от естественного  плодородия почв, т. е. от зоны, в которой  находится данная почва (зональный  тип почв).

Почвы далеко не равноценны по плодородию, и агрохимический состав их очень различен. К примеру, общее содержание основных элементов азота, фосфора и калия в пахотном слое дерново-подзолистых почв в среднем составляет (в процентах): азота - 0,04 - 0,13, фосфора (в окислах) -0,02-0,15, калия (в окислах) -0,5-2,5, а в низинных торфах с травяной растительностью количество азота в десятки раз, фосфора в 2-5 раз больше, а калия в несколько раз меньше. Резко отличается содержание азота, фосфора и калия в почвах с разным механическим составом: например, в глинистых почвах, как правило, больше азота, чем в легкосуглинистых, а последние богаче песчаных. Это различие усиливается под влиянием естественной растительности.

Под хвойным  лесом почвы бедны азотом, а  в лиственных лесах, наоборот, содержание последнего выше, особенно если в них растет ольха, на корнях которой обитают клубеньковые бактерии, фиксирующие азот. Почвы смешанных лесов имеют более высокий общий запас азота в слое 30 и 50 см. В почвах болотного типа с низинным торфом количество азота, как это указывалось раньше, во много раз больше, чем в минеральных почвах.

Общие запасы питательных  веществ в почве достаточно высоки. Чтобы иметь об этом представление, для наглядности произведем следующий  расчет.

Обрабатываемый  слой почвы в 30 см на площади 1 тыс. м² имеет вес 300 тыс. кг. В этом слое дерново-подзолистые почвы содержат: азота - до 390 кг, фосфора - до 450, калия - до 7500 кг. Еще больший запас питательных веществ содержится в корнеобитаемом слое. Необходимо иметь в виду, что корневая система овощных культур, например томатов, проникает за пределы 30-сантиметрового слоя. Для того чтобы оценить, насколько велики эти запасы, можно привести количество питательных веществ, которое выносят из почвы растения при получении средних урожаев. Так, например, растение томата при урожае 6 кг/м² выносит в среднем с площади 1 тыс. м²: азота - 19 кг, фосфора - 2,8 кг, калия - 30 кг. Таким образом, казалось бы, что в обрабатываемом слое почвы запасы питательных веществ обеспечат на многие десятилетия потребности выращиваемых культур.

Однако в  действительности дело обстоит далеко не так. Получить хороший урожай только за счет естественных запасов почвы, не пополняя их за счет удобрений, практически  невозможно, тем более на вновь  осваиваемых почвах. Это объясняется прежде всего тем, что основная масса питательных веществ почвы находится в форме запасов, недоступных для использования растениями. Легкодоступных питательных веществ в десятки и сотни раз меньше, чем их общие запасы.

В почве идут непрерывные физико-химические и биологические процессы перевода ряда питательных веществ в недоступные или малодоступные для растений формы, идет вымывание питательных веществ атмосферными осадками, и при поливах происходит улетучивание азота за счет денитрификации и т. д. Азот содержится преимущественно в органической части, калий - в минеральной, а фосфор - и в органической и в минеральной частях. Органические соединения почвы доступны растениям в ничтожно малых количествах, для их использования на урожай они должны предварительно подвергнуться минерализации, т. е. разложению до простых солей или других форм, доступных растению.

Они либо закреплены в кристаллической решетке минералов, либо находятся в виде нерастворимых  или слаборастворимых окислов и  солей. Практически растениям доступны только те элементы, которые находятся в форме водорастворимых соединений или в форме соединений, растворимых в слабых кислотах, а также в поглощенном почвенными коллоидами состоянии.

К труднорастворимым  минералам и солям относятся  различные соединения кремния, алюминия, фосфорнокислое железо, фосфорит, углекислый кальций и магний и др.

 

 

 

 

 

 

 

          2. Экологические последствия деградации почв

Современное состояние  почв Белгородской области характеризуется проявлением деградации, которая может привести к потере способности выполнять ресурсо- и средовоспроизводящие функции. К сожалению, на территории области проявляется целая серия явлений деградации, связанных с различными нарушениями почвенного покрова и процессов, происходящих в них. Вот некоторые из них:

                      2.1 Причины уменьшения запасов гумуса.

В Белгородской области одним из  факторов, определяющими снижение содержания органического вещества в почве, являются отрицательный баланс гумуса.

Для поддержания  бездефицитного баланса гумуса необходимо вносить в зернопропашных севооборотах 6-10 т подстилочного навоза на гектар пашни. В 2000-2004 гг. органических удобрений было внесено в среднем 1,2 т/га. Однако содержание органического вещества в почве наиболее интенсивно снижается в первые 10-15 лет после распашки из-за быстрого разложения лабильных форм, в дальнейшем этот процесс замедляется вследствие приближения к новому уровню равновесия. Подтверждением данному выводу служат данные агрохимического обследования за 2000-2004 гг., свидетельствующие о стабилизации содержания органического вещества в пахотном слое почв. Средневзвешенная величина данного показателя в VII цикле агрохимического обследования практически не изменилась по сравнению с предыдущими обследованиями и составила 4,9 % (табл.2).

В настоящее  время наиболее хорошо обеспечены органическим веществом пахотные земли Ивнянского, Прохоровского и западная часть  Губкинского районов на северо-западе области, Вейделевского и Ровеньского  районов – на юго-востоке. На северо-западе области преобладают черноземы типичные и выщелоченные со средним содержанием органического вещества 5,3 –5,6 %. На юго-востоке доминируют черноземы обыкновенные, где средневзвешенное содержание органического вещества составляет 5,2 %. Бедны  органическим веществом почвы пашни Старооскольского, Чернянского и Новооскольского районов, где распахано много серых лесных почв легкого гранулометрического состава. Средневзвешенное содержание органического вещества в пахотном слое почв этих районов  составляет 4,1- 4,9 %. Центральные и восточные районы области занимают пахотные земли с содержанием органического вещества в пределах 4,9 - 5,1 %. [5]