Влияние осушительной мелиорации на экологическое состояние дерново-подзолистых минеральных земель

ВВЕДЕНИЕ

Проблема взаимодействия человека с природой - проблема вечная и одновременно современная. Растущая антропогенная нагрузка и интенсивное землепользование влияют на экологическое состояние почвенного покрова. В настоящее время в связи с всё большей интенсификацией промышленности и сельского хозяйства становится актуальным установление последствий антропогенного влияния.

Естественное состояние почв часто не соответствует требованиям, которые к ним предъявляются, что вызывает необходимость проведения мероприятий по их улучшению. Система организационных, хозяйственных и технических мероприятий, задачей которых является коренное улучшение неблагоприятных свойств почв, а также условий их использования, называется мелиорацией (от лат. melioratio – улучшение).

Осушительная мелиорация вызывает коренное изменение свойств почв и условий почвообразования. Она приводит к усилению аэрации почвы, обеспечению аэробных условий разложения органического вещества благодаря удалению избытков влаги и поддержанию нужной структуры почвы. Оструктуривание почвы поддерживает воздухо- и водопроницаемость, в результате чего влага распределяется по глубине, предохраняя от переувлажнения корнеобитаемые слои почвы.

Удаление излишней влаги с осушаемой территории обеспечивает ее эффективное сельскохозяйственное использование. Наиболее существенное действие осушения - влияние его на аэрацию почвы. Осушительные мероприятия понижают средний уровень грунтовых вод на осушаемой территории и уменьшают амплитуды его колебания, что положительно влияет на условия дыхания растений, а также повышают температуру почвы благодаря удалению влаги.

Повышая аэрацию и температуру почвы, осушение благоприятно влияет на условия и направления микробиологических процессов в ней. Анаэробные (без доступа воздуха) процессы разложения вещества сменяются аэробными. Это сопровождается более полной минерализацией органического вещества, элементы которого образуют окисленные соединения - нитраты, фосфаты, сульфаты и др. Таким образом, почва обогащается питательными для растений веществами в подвижной и удобоусвояемой форме.

Под влиянием осушения происходит свертывание коллоидов почвы - почва оструктуривается и прочность ее увеличивается. Прочность почвы увеличивается также в результате сжимания при высыхании глинистых фракций. Структурообразованию способствуют процессы промерзания: замерзающая почвенная влага, расширяясь, раздвигает частицы почвы.

Урожайность сельскохозяйственных культур на осушаемых землях     (в особенности на землях с двусторонним регулированием водного режима) значительно выше, чем на переувлажненных.

Однако интенсивная эксплуатация мелиоративных земель, продолжительный срок их использования в сельскохозяйственном производстве и бессистемное антропогенное (техногенное) воздействие на них привели к их частичной деградации (потере гумуса, значительной сработке органического вещества), а также к химическому загрязнению. Поэтому в настоящее время важными задачами являются повышение продуктивности длительно используемых мелиорированных земель и экологическая защита их от воздействия техногенеза [21, c. 395].

Цель работы: Изучить влияние осушительной мелиорации на экологическое состояние дерново-подзолистых минеральных земель.

Задачи работы:

1. Проследить динамику кислотности в осушенных дерново-подзолистых минеральных почвах.
2. Изучить содержание подвижных форм калия и фосфора в осушенных дерново-подзолистых минеральных почвах.
3. Оценить изменение концентраций нитратного азота на осушенных дерново-подзолистых минеральных почвах.
4. Рассмотреть водно физические свойства дерново-подзолистых почв в зависимости от характера их исследования.
5. Описать водный режим дерново-подзолистых почв.

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1.  ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Кислотность почв и биологические аспекты ее снижения

Всякая почва обладает определенной реакцией, которая проявляется при взаимодействии с водой или растворами солей и может быть кислой, нейтральной или щелочной. Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и усвоение ими элементов питания, жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, скорость  направленность химических и биохимических процессов: разрушение почвенных минералов, растворение труднорастворимых соединений, минерализацию органических остатков и гумификацию, коагуляцию и пептизацию коллоидов, на эффективность вносимых в почву удобрений [23, c. 67].

Состав поглощенных катионов определяет многие свойства почв, прежде всего с ним связана реакция почв. Реакция почв – это физико-химическое свойство почвы, обусловленное активностью ионов водорода () и гидроксил-ионов () в твердой и жидкой фазах почв. Если в почве преобладают ионы водорода, то реакция её кислая, если гидроксил-ионы – щелочная [13, c. 134].

Реакция почв измеряется величиной pH, которая представляет собой отрицательный логарифм активности водородных ионов. В различных почвах pH может быть от 3,5 до 9 и более.

Кислотность почв — это способность почвы подкислять почвенный раствор. Носителями кислотности могут быть почвенный раствор и почвенные коллоиды. Кислотность обусловливается наличием ионов водорода и алюминия в почвенном растворе и в поглощающем комплексе. В зависимости от места нахождения этих ионов она делится на два вида: актуальную (активную) и потенциальную (скрытую), которая, в свою очередь, подразделяется на обменную и гидролитическую [6, c. 112].

Актуальная кислотность – кислотность почвенного раствора, обусловленная повышенной концентрацией ионов водорода по сравнению с ионами гидроксила. Она определяется наличием в почвенном растворе водорастворимых кислот – щавелевой, лимонной, фульвокислот, гидролитических кислых солей, и, прежде всего, угольной кислоты. Всегда образующаяся в почвенном растворе в результате биологической деятельности угольная кислота диссоциирует на ионы и и раствор становится кислым из-за повышения концентрации ионов . Для большинства почв pH почвенного раствора колеблется от 4 до 8.

Актуальная кислотность тесно связана с потенциальной кислотностью, по сравнению с которой невелика, но более динамична.

Потенциальная кислотность – кислотность твердой фазы почвы. Она обусловлена наличием ионов водорода и алюминия в ППК в обменном состоянии. По способу ее определения различают обменную и гидролитическую кислотность.

Обменная кислотность обусловлена наличием в поглощенном состоянии ионов водорода и алюминия, способных обмениваться на катионы нейтральных солей, например хлорида калия.

У почв с повышенной обменной кислотностью неблагоприятные агрономические свойства, которые могут быть улучшены известкованием и внесением достаточного количества органических удобрений.

Обменная кислотность регулирует реакцию почвенного раствора. Она подкисляет  нейтральный почвенный раствор или увеличивает актуальную кислотность благодаря воздействию твердой фазы почвы с катионами растворимых солей, образующихся при минерализации органических веществ, или с катионами вносимых в почву минеральных удобрений, которые вытесняют обменно поглощенные ионы водорода и алюминия в раствор.

Гидролитическая кислотность определяется наличием в почве поглощенных ионов водорода и алюминия, способных обмениваться на катионы гидролитических щелочных солей.

В случае, когда определяется вся кислотность почвы, как актуальная, так и потенциальная, уровень гидролитической кислотности значительно больше обменной [6, c. 115].

Для дерново-подзолистых почв характерна сильнокислая реакция среды (pH 5,0-6,0). Состояние фосфатов, соединений железа, алюминия, марганца, кальция, калия, бора, кобальта, йода аналогично резкокислым условиям. Понижена бактериальная деятельность, активизирована грибная. Для почв с таким pH при суглинистом и особенно глинистом гранулометрическом составе характерны плохие физические свойства – склонность к уплотнению. Весной эти почвы не созревают, а постепенно высыхают. Благоприятные условия обработки бывают только в очень узком диапазоне влажности: то почва сырая и дает пласты, далее легко ссыхающиеся в глыбы, то сухая и пашня глыбистая. Объясняется это тем, что весной образующаяся углекислота при этом pH не вытесняет , а соединения алюминия и железа также еще не образуют достаточного количества ионов [15, c. 85].

Снижение повышенной кислотности почвы и оптимизация этого показателя не только обеспечивает увеличение урожая сельскохозяйственных культур и эффективности применяемых удобрений, но и существенно улучшает почву, как живую специфическую природную систему. Указанное особенно четко проявляется на активизации и регулировании равновесия деятельности биоты почвы – незаменимой составной части этой системы [3, c. 39].

2. Подвижные формы фосфора и калия в минеральных почвах

Фосфор – исключительно важный биогенный элемент. Он входит в состав важнейших макромолекул клетки – некоторых белков, нуклеиновых и аденозинфосфорных кислот [1, c. 143].

Фосфор является не возобновляемым ресурсом, находится в верхних слоях почвы. Содержание фосфора в почве – показатель ее окультуренности. Обычно его содержание составляет 1,2 – 6 т/га и зависит от механического состава почвы и содержания гумуса [4, c. 196].

Фосфор в отличие от других элементов питания быстро поглощается почвой, поэтому растения используют фосфаты не удобрений, а соединений, которые образовались при взаимодействии с почвами. Фосфорный режим почвы определятся растворимостью фосфорных соединений почв и вносимых удобрений. Фосфорное равновесие почвенного раствора может изменяться под влиянием фосфатов твердой фазы, синтеза и распада органических и минеральных соединений, воздействия растений и жизнедеятельности микроорганизмов [12, c. 88].

В почве фосфор находится в форме органических и минеральных соединений. Органические соединения представлены нуклеиновыми кислотами, нуклеопротеидами, фосфатидами, сахарофосфатами и др. Минеральные соединения фосфора содержатся в почвах главным образом в виде солей кальция, магния, железа и алюминия ортофосфорной кислоты. Фосфор может находиться в почве в составе минералов апатита, фосфорита и вивианита, а также в поглощенном состоянии в виде фосфат-аниона          [23, c. 175].

 Фосфор обладает малой  подвижностью, накапливается в удобренном  гумусовом слое дерново-подзолистых  земель, пронизанном корнями растений. Фиксация фосфора происходит  в результате связывания его  с кальцием, магнием, алюминием и  железом. Ионы  поглощаются глинистыми минералами. Сначала этот процесс носит обменный характер, затем переходит в химический с образованием С химической адсорбцией связано неполное использование фосфора удобрений. Коэффициент использования фосфорных удобрений колеблется от 5 % до 35%, в среднем 20%. На кислых почвах он составляет меньшую величину. Коэффициент использования также зависит от культуры, под которую вносят удобрения. Высушивание почвы увеличивает подвижность фосфора за счет разрушения агрегатов при последующем их смачивании [8, c. 197].

В целом при среднем содержании подвижного фосфора в почвах 190 мг/кг наблюдается большая его пестрота (таблица 1). Есть почвы очень бедные (5% - 1 группа, 12% - 2 группа), преобладают почвы 3 и 4 групп, но есть и зафосфаченные (13% - 5 группа, 6% - 6 группа). Причины зафосфачивания известны: слабая подвижность и химическое поглощение фосфора, а также применение высоких доз фосфорных удобрений и внесение фосфора в запас.  Правда в настоящее время строгая дозировка дефицитных и дорогих фосфорных удобрений с учетом содержания подвижного фосфора в почве практически «снимает» вторую причину зафосфачивания.

Если говорить о зафосфачивании, то следует отметить как плюсы, так и минусы этого явления. Отрицательные моменты зафосфачивания: депрессия урожаев зерновых, снижение сахаристости сахарной свеклы, снижение белка в зерне, «перерасход» азота на формирование урожая при очень высоком содержании фосфора. Положительная сторона: создание запаса фосфора в почве и отсутствие необходимости внесения фосфорных удобрений           [12, c. 90].

 

 

 

 

Таблица 1

Содержание подвижных форм фосфора в дерново-подзолистых минеральных почвах Беларуси [16, c. 135, таблица 1]

	Группы по обеспеченности
	1	2	3	4	5	6
, мг/кг	<60	61-100	101-150	151-250	251-400	>400
Доля, %	5	12	22	42	13	6

 

Кислые почвы содержат химически активные формы железа и алюминия. Фосфор в них в большей степени находится в виде фосфатов железа и алюминия и др.] или связан полутораоксидами в виде адсорбционных соединений, способных к частичному обмену фосфат-ионами, входящими в их состав [23, c. 175].

В нейтральных или слабощелочных почвах преобладают фосфаты кальция. В почвах, богатых кальцием, фосфаты кальция постепенно переходят в наиболее устойчивую форму гидроксилапатита ∙ , более основную, чем трехкальциевый фосфат  .

Соединения фосфора – не только важнейший элемент питания растений, они также благоприятно влияют на физические и биологические свойства почвы. Эти соединения способствуют протеканию в почве коллоидно-химических и микробиологических процессов, определяющих образование и поддержание водоустойчивой структуры. Структурные агрегаты, обогащенные ионами фосфора, содержат коллоиды, которые устойчивы против набухания и свертывания под влиянием внешних воздействий [23, c. 176].