| |
Лекции по экологии 
3.2.1.2.
Свойства почвы как среды обитания
Свойства
различных типов почв определяют эдафогенные факторы, которые ниже и
рассматриваются.
3.2.1.2.1. Минеральные
элементы питания и
способность
почвы их удерживать
Для питания
растений необходимы такие минеральные, питательные компоненты (иными словами
биогены), как нитраты (NO3-), фосфаты (PO43-),
калий (K+) и кальций (Ca2+). За исключением соединений
азота, которые образуются из атмосферного N2 в процессе круговорота,
все биогены изначально входят в химический состав горных пород наряду с
“непитательными” элементами, такими как кремний и алюминий. Однако эти биогены
недоступны растениям, пока они закреплены в структуре пород. Чтобы ионы
биогенов перешли в менее связанное состояние или в водный раствор, порода
должна быть разрушена.
Порода, которую
называют материнской, разрушается в процессе естественного выветривания.
Выветривание включает процессы:
1) воздействие ветра и воды
2) замерзание и оттаивание;
3) нагревание и охлаждение;
4) абразивное действие песчаных частиц;
5) биологические факторы (растения в мелких трещинах и др.);
6) химическое воздействие.
Когда ионы
биогенов высвобождаются, они становятся доступными для питания растениям, но
могут также вымываться просачивающейся сквозь почву водой. Последний процесс
называется выщелачиванием.
Выщелачивание
почв - вымывание из почвы или отдельного ее горизонта
растворимых веществ под влиянием нисходящего или бокового тока почвенного
раствора. Эти вещества могут выноситься за пределы почвы или накапливаться в
одном из ее горизонтов (расположенный параллельно поверхности
относительно однородный слой почвы, обособившийся в процессе почвообразования).
Выщелачивание не
только снижает плодородие почв, но и способствует загрязнению среды.
Способность почвы связывать и удерживать ионы биогенов, чтобы они не
выщелачивались и могли поглощаться корнями, называют ионообменной емкостью
почвы.
Будучи исходным
источником биогенов, выветривание все же слишком медленный процесс, чтобы
обеспечить нормальное развитие растений. В естественных системах основной
источник биогенов - разлагающиеся детрит и метаболические отходы животных, то
есть кругооборот биогенов. Если ионообменная емкость утрачена, то биогены
выщелачиваются и плодородие падает.
В
агроэкосистемах происходит неизбежное удаление биогенов с собранным урожаем,
так как они входят в состав растительного материала. Поэтому их запас постоянно
пополняют, внося удобрения:
1) неорганические (химические) смесь минеральных биогенов (нитраты, фосфаты,
калийные удобрения и др.);
2) органические (растительные остатки и отходы, например, навоз).
Даже при
внесении удобрений ионообменная емкость почвы сохраняет свое жизненно важное
значение.
Выщелачивание
удобрений наносит экономический ущерб и загрязнение водоемов, а порой приводит
к эвтрофикации водоемов, сопровождающейся массовым размножением
сине-зеленых водорослей, уменьшением концентрации свободного кислорода в воде и
массовой гибелью многих обитателей водоемов, а особенно рыб, изменением
видового состава бактерий и т.д.
3.2.1.2.2. Вода
и водоудерживающая способность почвы
В листьях
растений существуют тонкие поры, через которые происходит поглощение
углекислого газа (CO2) и выделение кислорода (O2) в
процессе фотосинтеза. Однако они же пропускают пары воды из клеток растения с
поверхности листьев в атмосферу. Это явление транспирации, на которую
расходуется 99 % всей поглощаемой растениями воды, на фотосинтез же
расходуется менее 1 % . Недостаток воды определенно сказывается на росте и
развитии растений. Очевидно, что если вода стекает с поверхности, а не
впитывается, пользы от этого не будет. Поэтому важна инфильтрация
(способность воды просачиваться в глубь почвы и далее). Причем вода,
просачивающаяся в нижние слои (ниже 1 – 1,5 м), для многих растений
становится недоступной. Для растений важна вода, удерживаемая слоем почвы.
Величина этого запаса воды называется водоудерживающей способностью почвы.
Даже при редких осадках почвы с хорошей водоудерживающей способностью могут
запасти достаточно влаги для поддержания жизни растений.
Кроме этого,
запас воды в почве сокращается не только в результате его использования
растениями, но и за счет испарения с поверхности почвы. Чтобы его уменьшить,
создают растительный покров.
Таким образом,
идеальной может считаться такая почва, которая имеет следующие характеристики:
1) инфильтрация
- хорошая;
2)
водоудерживающая способность - высокая;
3) испарение с
поверхности - низкое.
Этим условиям
соответствуют, например, черноземы.
3.2.1.2.3.
Кислород и аэрация почвы
Чтобы расти и
поглощать биогенные элементы, корням необходима энергия, генерируемая при
окислении глюкозы в процессе клеточного дыхания. При этом потребляется кислород
и в качестве отхода образуется СО2.
У корней должна
быть возможность поглощать О2 из окружающей почвы и удалять в нее СО2.
Безусловно, обеспечение диффузии (пассивного движения) кислорода из атмосферы в
почву и обратное перемещение СО2 - важнейшая черта почвенной среды.
Этот показатель характеризует аэрация.
Аэрация - естественное или искусственное поступление воздуха в какую-либо
среду (воду, почву и т.д.). Она может производиться при помощи технических
средств или путем ликвидации преграды (льда, масляной пленки и др.),
препятствующей естественному доступу воздуха к поверхности воды, почвы.
Аэрацию почвы
обычно затрудняют 2 обстоятельства:
1) уплотнение
почвы;
2) насыщение её
водой.
3.2.1.2.4. Водородный
показатель (рН) и кислотность почвы
Кислотность
почвы важнейший показатель. Например, фосфаты легче усваиваются растениями в
кислых почвах.
Число рН -
реальная концентрация ионов водорода [H+], выраженная в единицах
водородного показателя:
При равной
концентрации ионов Н+ и ОН- - среда нейтральная, а рН =
7. Если [H+] больше концентрации гидроксильных ионов [ОH-],
то среда кислая, а рН меньше 7. При [ОH-] > [H+] -
cреда щелочная, а рН больше 7.
Например, рН = 1
и рН = 14 соответствуют: [H+] = 10-1 моль/л и [H+]
= 10-14 моль/л.
3.2.1.2.5.
Механический состав почвы и размеры минеральных частиц
Структура и
механический состав почвы определяются относительным содержанием в ней песка
(размеры его частиц: 0,05¸2 мм) и глины (размером < 0,002 мм). Имеется 11 структурных классов
почв. Идеальная почва должна содержать приблизительно равные количества глины и
песка с частицами промежуточных размеров. В этом случае образуется пористая,
крупитчатая структура, и почва называется суглинками (размер частиц ближе к
размерам частиц глины, чем песка). Если же преобладают песчаные частицы, то можно
говорить о супесях. По основным почвенным показателям суглинки значительно
превосходят глину и песок, что хорошо видно из табл. 3.1.
Таблица 3.1. Сравнительные
показатели (характеристики) для различных типов почв
|
Тип почвы
|
Инфильтрация
|
Водоудержи-
вающая спо-
собность
|
Ионно-
обменная
емкость
|
Аэрация
|
Обрабатываемость
|
|
Песок
Глина
Суглинки
|
+++
+
++
|
+
++++
++
|
+
++++
++
|
+++
-
++
|
+++
-
++
|
3.2.1.3. Почва и
глобальные проблемы
3.2.1.3.1.
Наиболее опасные воздействия человека на почву
1.
Загрязнение химическим
веществами.
2.
Антропогенная эрозия.
3.
Засоление (главным образом, за счет чрезмерного
водного орошения).
4.
Заболачивание.
5.
Добыча полезных ископаемых (главным образом -
горючих, а также металлических руд).
6.
Использование плодородной почвы под строительство.
3.2.1.3.2.
Загрязнения почвы
Главными
загрязнителями являются промышленные предприятия (черной и цветной металлургии,
энергетики, химической промышленности), вызывающие загрязнение токсичными
веществами, включая тяжелые металлы, а также компоненты, способствующие
выпадению кислотных дождей. Автотранспорт дает загрязнение свинцом и утечками
топлива, быт и строительство (бытовые отходы, свалки), сельское хозяйство
(загрязнение пестицидами, а иногда и перенасыщение почвы удобрениями).
Значительное загрязнение дают утечки топлива (аварии нефтепроводов, а также при
операциях транспортировки), могильники с радиоактивными отходами и токсичными
веществами и др. источники.
3.2.1.3.3.
Эрозия почвы и опустынивание земель
Эрозия почвы (от лат. erosio - разъедание) - это процесс разрушения верхних
наиболее плодородных слоев почвы и подстилающих пород под действием воды,
ветра, вследствие хозяйственной деятельности человеческого общества, а также
животных, что приводит и к нарушению структуры почвы, а главное - к уменьшению
плодородия почвы.
Археологи
установили, что упадок многих ранее могущественных цивилизаций был вызван не
внешними врагами, а медленным экологическим самоубийством - неспособностью
сохранить земельные и водные ресурсы. Например, Северная Африка, некогда
снабжавшая зерном Римскую империю, теперь по большей части представляет собой
пустыню. Аналогично, ключевым фактором упадка некогда процветающей в
Центральной Америке культуры Майя, вероятно, была потеря почвенного плодородия
вследствие эрозии.
За последние 25
лет площади сельскохозяйственных угодий сократились на 33 млн га, несмотря
на ежегодное вовлечение в сельскохозяйственный оборот новых земель. Подсчитано,
что земельные ресурсы на душу населения уменьшаются на 2 % за год,
плодородные земли (угодья) на 6-7 %. Русские экологи А.В. Яблоков и
С.А. Остроумов (данные 1985 г.) считают, что ежегодно в мире площади
пашен и пастбищ под влиянием деятельности человека сокращаются на 5-8
млн га. Из них в результате эрозии теряется примерно 3 млн га,
подвергается различным видам опустынивания - 2 млн га и исключается из
пользования в результате загрязнения - около 2 млн га. Пустыни интенсивно
наступают и занимают все большие территории. Так, отмечен в некоторые годы рост
пустыни Сахара со скоростью порядка 48 км в год. Потери почвы в основном
вследствие вышеуказанных факторов, а также рост численности населения
обусловливают интенсивное уменьшение площади почвы на душу населения.
Считается, что в 1950 г в мире на душу населения приходилось 0,24 га пашни, а к
1983 году эта площадь уже уменьшилась до 0,15 га, в России же сейчас на душу
населения приходится большая площадь - около 0,9-1 га на человека. Следует,
однако, учитывать, что основные площади пахотных земель России расположены в
районах с неблагоприятными условиями для земледелия, где имеется недостаток,
либо избыток тепла и влаги. Однако вместо того, чтобы усвоить уроки прошлого,
мы склонны повторять ошибки в глобальном масштабе. По оценке Института мировой
статистики потери почвы от эрозии в мире из года в год продолжают расти. В
отличие от землетрясений и извержений вулканов это бедствие надвигается
постепенно, но это не уменьшает значения проблемы.
3.2.1.3.3.1.
Типы эрозии почвы
1. Геологическая: а) водная; б) ветровая.
2. Антропогенная.
3. Зоогенная (пастбищная).
В водной
эрозии в качестве разрушающей силы выступает текущая и падающая вода.
Водную эрозию подразделяют на плоскостную (равномерно сносится водными
потоками поверхностный слой почвы), струйчатую (заметно проявляются
слабые очаги эрозии по местам концентрации водных потоков), бороздчатую
и овражную (как следующие две стадии струйчатой, сопровождающиеся
очаговым разрушением почв и даже грунтов с выносом больших масс продуктов
эрозии в водные источники, из-за этого на 1 га пашни приходится до 5-10 км оврагов),
ирригационную (связана с подачей на поверхность больших масс воды,
которая не успевает впитываться и стекает по поверхности, а часто
сопровождается и засолением почв), капельную (разрушение структуры почв
каплями воды, что приводит к ее уплотнению и уменьшению водопроницаемости), русловую
(например, действие речных водных потоков), а также подземную (боковую и
глубинную) и др.
Ветровая
эрозия (или дефляция) - это разрушение почвы за
счет движения воздуха (ветра). Она сильно зависит от скорости ветра и его
продолжительности, степени от открытости пространства (рельефа, наличия
растительности и особенно леса), а также от типа и структуры почвы. Эрозию
усиливает сухость почв обеднение их гумусом. Особенно велика опасность ветровой
эрозии в степях (характерный пример, освоение у нас целинных земель за Уралом),
полупустынях и пустынях.
Антропогенная
эрозия (разрушение почвы в результате хозяйственной
деятельности человека) включает: механическую и транспортную
(вызывает нарушение структуры почвы, например, при использовании тяжелой
сельскохозяйственной техники или неверных способах обработки земель), строительную
(карьеры, вырубка лесов, строительство на плодородных землях), химическую
(загрязнение веществами приводилось выше), пастбищную (вытаптывание и уплотнение
почвы животными, обкусывание растений, чрезмерное увеличение детрита в почве
из-за длительного выпаса животных на одном месте и др.), а также водную
антропогенную (капельная, струйчатая, овражная, ирригационная,
которые были рассмотрены выше). При этом особо нужно остановиться на орошаемом
земледелии. Сейчас в мире около 250 млн га орошаемых земель, а в России
- примерно 6 млн га. При этом кроме ирригационной эрозии поливные почвы
часто подвергаются так называемому вторичному засолению. Избыточная
влага постепенно проникает до грунтовых вод и обусловливает повышение их
уровня. За короткое время грунтовые воды с глубины 20-30 м могут близко
подниматься и даже выходить на поверхность почвы. При испарении воды с
поверхности растворенные в этих водах соли накапливаются в поверхностном слое
почвы. Это и есть вторичное засоление, которое, в частности, можно оценить и по
увеличению показателя плотности почвы, ведь ранее указывалось, что плотность
черноземов примерно 1,1-1,2 г/см3. Это ведет к уменьшению урожайности
почвы и другим неблагоприятным последствиям. Первичное засоление (образование
солончаков) происходит естественным порядком без участия человека.
3.2.1.3.3.2.
Основные причины ускоренной эрозии
1. Неверные методы земледелия (введение монокультур, неправильное орошение
и обработка почвы);
Страницы: 1, 2, 3, 4
|
|
