Состав почвы

Введение

 

 

Под земельными ресурсами  обычно принято понимать площади  поверхности суши с различными ландшафтами, климатическими условиями, почвами, используемыми  в сельском хозяйстве.

 

Площадь суши - 15 млрд га, т.е. около трети поверхности земного  шара. Плотность населения на этой площади-427 чел./тыс. га. Освоенные земли  составляют 37%. Из всей площади суши леса занимают 28Mi, пустыни, ледники, населенные пункты и другие участки со слабо  выраженным почвенным покровом - 45, пастбища - 17, обрабатываемые земли - 10% (таким образом, питание людей  обеспечивает в основном 1450 млн га возделываемых почв), примерно столько  же земли пригодно для обработки, но использование ее в земледелии экономически невыгодно.

 

Важнейшим компонентом земельных  ресурсов является почва. Она служит связующим звеном между всеми  сферами Земли и с главной  из них биосферой. Почва - основной источник получения продуктов питания  для человека, среда произрастания  растений и обитания животных, база социально-экономического развития любого государства, его национальное достояние  и стратегический природный ресурс. Она заслуживает бережного использования  и тщательной охраны.

 

Почва, ее состав и строение

 

 

Рис. 1. Строение профилей почв:

 

а подзолистой; б - слабоподзолистой; в - среднеподзолистой;

 

г - сильноподзолистой; д. - подзола; е - чернозема; ж - солонца

 

Почва - рыхлый поверхностный  слой земной коры, образовавшийся в  результате длительного воздействия  на литосферу атмосферы, воды, животных и растений. Почва состоит из хорошо выраженных слоев, называемых почвенными горизонтами, различающихся по структуре, составу и цвету (рис. 1). Верхний  горизонт А, гумусовый, населенный многочисленными  видами растений, животных, микроорганизмов, содержит отмершие части растений, трупы животных. За счет процессов  гумификации - разложения органических остатков и 

 

образования высокомолекулярных гуминовых соединений - они превращаются в мелкодисперсный органический материал. Гумификация протекает  с разной интенсивностью, что отражается на структуре почвы гумусового горизонта. Горизонт A подразделяется на подслои: А0 - подстилка, А1 - собственно гумусовый, А2 - выщелоченная светлоокрашенная почва. Следующий горизонт B состоит в основном из минеральной части почвы. Органические вещества переработаны здесь редуцентами и равномерно перемешаны с мелкозернистой материнской породой.

 

Горизонт C представляет собой  слабо измененную материнскую породу.

 

Последовательность почвенных  горизонтов называют почвенным профилем. Почвенный профиль и толщина  горизонтов варьируются в зависимости  от каждой природно-климатической зоны и определенного рельефа местности. Так, равнинные степные почвы  умеренного климата содержат в среднем 12 тыс. т/га гумуса, лесные - около 100 т/га.

 

Свойства почвы зависят  от состава и особенностей твердой, жидкой, газообразной и живой ее частей. Так как почва является продуктом жизнедеятельности многих организмов: растений, животных, микроорганизмов, то их обилие, соотношение групп  определяют свойства почвы. Самым важным из них является ее плодородие - способность  обеспечить урожай растений. Почва  сохраняет плодородие до тех пор, пока населена многочисленными живыми организмами, участвующими в сложных  процессах гумификации. Представление  о соотношении живых и неживых  компонентов почвы дают диаграммы  на рис. 2.

 

Основу почвенной биоты  составляют микроорганизмы. Они представлены сине-зелеными и зелеными водорослями, бактериями, грибами и простейшими.

 

Важную роль в почвообразовательных процессах играют организмы, разлагающие  органические вещества. Они относятся  к следующим таксономическим  группам: 1) спорообразующие и неспорообразующие  гетеротрофные бактерии; 2) актиномицеты; 3) различные грибы, в том числе  плесени; 4) почвенные простейшие, в  том числе амебы, инфузории, жгутиковые. Они встречаются в наземных биоценозах повсюду, но особенно их много в самых  верхних слоях почвы. Численность  микроорганизмов в луговых почвах умеренного климата составляет 1012-- 1015 особей, а биомасса -10-100 г/м2 (по Ю. П. Одуму, 1975). От обилия органических веществ, их разрушения микроорганизмами с образованием гумусовых соединений зависят структура и плодородие почвы.

 

К мезофауне почвы относятся  нематоды, энхитреиды, микроартроподы (клещи и ногохвостки). Микроартроподы и энхитреиды исчисляются тысячами на 1 м2, нематоды - миллионами.

 

К макрофауне принадлежат  крупные насекомые и их личинки, дождевые черви. Плотность населения  дождевых червей на известково-глинистых  почвах умеренного климата достигает 300 особей/м2. Наибольшими по биомассе компонентами почвы являются корни  растений. Сухая масса корней в  степных почвах достигает 1000 г/м2, в  лесу - 3000 г/м2gt; и более. К макрофауне относятся также роющие позвоночные: кроты, суслики, слепушонки, мыши, полевки  и др.

 

 

В почве есть болезнетворные организмы, становящиеся причиной заболеваний  и сельскохозяйственных животных и  человека. Многие из них связаны  с определенными типами почв. Так, гистоплазмоз вызывается паразитическим грибком Histoplasma capsulatum, поражающим соединительные ткани и эндотелий человека и  некоторых млекопитающих. При этом заболевании увеличиваются печень, селезенка, лимфатические узлы, происходят кожные кровоизлияния, при легочном гистоплазмозе появляется кровохарканье. Распространение гистоплазмоза  связано с красно-желтыми оподзоленными  почвами субтропиков и тропиков. На других почвах эта болезнь практически  отсутствует.

 

Рис.2. Живой и неживой  компоненты луговой почвы (по В.Тышлсру, 1955)

 

В почве могут находиться возбудители брюшного тифа, дизентерии, бруцеллеза, многих глистных заболеваний  и т. д. Наибольшая смертность от холеры связана с заболоченными почвами  пойм рек Западной Индии.

 

На состояние здоровья человека химический состав почвы оказывает  влияние через воду, растения и  животных. Недостаток или избыток  определенных химических элементов  в почве бывает столь велик, что  приводит к нарушению обмена веществ, вызывает серьезные заболевания  или способствует их развитию. Так, широко распространенное заболевание  эндемический (местный) зоб связано  с недостатком йода в почве. Малое  количество кальция при избытке  стронция служит причиной уровской болезни. Нехватка фтора приводит к кариесу  зубов. При высоком содержании фтора (свыше 1,2 мг/л) нередко возникают  заболевания костной системы (флюороз).

 

Результаты антропогенного воздействия на почвы

 

 

Почвенный слой является буферной зоной между атмосферой и недрами. По сути, он принимает на себя основную долю нагрузки от всех видов хозяйственной  деятельности человека.

 

Загрязнение почв. Большой  ущерб почвам наносит их загрязнение  чужеродными химическими веществами. Для борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений и сорняками широко применяют  разнообразные ядохимикаты: пестициды, инсектициды, гербициды, дефолианты. Установлено, что устойчивые пестициды, широко применяемые  для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков и сохраняющие  до 1/3 урожая, отрицательно влияют на численность  и активность почвенной фауны  и микроорганизмов. Пестициды и  продукты их естественных превращений  вредны для личинок полезных животных: насекомых-опылителей и энтомофагов, насекомоядных, хищных, промысловых  птиц и млекопитающих. Остатки пестицидов вместе с собранным урожаем и  водой могут попадать в пищу и  причинять вред здоровью человека. Решение проблемы применения пестицидов в сельском хозяйстве заключается  в строгой дозировке и умелом их использовании. Важно создавать  препараты с малым периодом жизни, которые сравнительно быстро разрушаются; продукты их естественной переработки  должны быть неядовитыми. В последние  годы для борьбы с сельскохозяйственными  вредителями стали применять  новые быстро разлагающиеся препараты, однако проблема получения безопасных для полезных животных и человека ядохимикатов требует дальнейших разработок.

 

Другая проблема - правильное использование химических удобрений. Неудачный подбор минеральных удобрений  может вызывать избыточное подщелачивание или подкисление почвы. Для лесных кислых почв необходимы подщелачивающие  удобрения (натриевая и аммонийная селитры), известкование почвы. На карбонатных  почвах и в аридных районах  нужны подкисляющие удобрения: суперфосфат, сульфат аммония и др. Особенно осторожно следует применять  минеральные удобрения на почвах, испытывающих засоление.

 

Отрицательное влияние на почву оказывают отходы промышленных предприятий, в частности металлургических заводов, выхлопные газы автотранспорта, шахтные воды, отходы нефтепромыслов. Особенно интенсивно происходит загрязнение  почвы промышленными отходами в  последние десятилетия во многих развитых странах. Загрязнения охватывают огромные территории и проявляются  даже в отдаленных районах земного  шара. В наиболее населенных и промышленно  развитых районах поступление многих химических элементов в почву  превышает их естественное содержание в гумусовом слое в десятки  тысяч раз. Попадают они в почву  с золой и доменным дымом. Избыточное количество марганца, хрома, меди, кобальта, никеля, свинца и других элементов, содержащееся в почвах, окружающих заводы, снижает урожайность зерновых на 20-30%, бобовых - на 40, картофеля - на 47, кормовой и сахарной свеклы - на 35%. Загрязнение  гумусового слоя пылью тяжелых металлов, их солей при попадании в почву  соединений серной кислоты действует  угнетающе на развитие растений, вызывает гибель их корневой системы, снижает  урожай. После Второй мировой войны  возникла угроза загрязнения почв радиоактивными веществами (С, Sr, Cs и др.), которые  могут попадать в почву и накапливаться  в ней в результате выпадения  осадков после ядерных взрывов. Местами почва оказывается зараженной радиоактивными отходами атомных электростанций и других предприятий. Мощное загрязнение почв радиоактивными веществами произошло в результате катастрофы в 1957 г. на ПО «Маяк» в Челябинской области и аварии на Чернобыльской АЭС в 1986г.

 

Засоление почв. Естественное засоление почв характерно для территорий с аридным климатом. Оно происходит в результате подтягивания солей  к поверхностным слоям почвы  из грунтовых вод и коренных отложений  при восходящем движении влаги. Влага  по мере вертикально восходящего  движения испаряется, а содержащаяся в ней соль откладывается на стенках  порового пространства почв. Высоким  природным засолением обладают почвы  пустынь и полупустынь. Больше засолены почвы, образующиеся на коренных породах  с высоким природным засолением и при неглубоком (менее 3 м от поверхности земли) залегании грунтовых  засоленных вод.

 

В естественных условиях процесс  идет медленно, но он существенно усиливается (вторичное засоление) и становится настоящим бедствием при орошаемом  земледелии. По оценкам ФАО-ЮНЕСКО, более 50% всех орошаемых земель мира подвержено вторичному засолению и  осолонцеванию. Как показал многолетний  опыт орошения земель Средней Азии, Заволжья и Нижнего Дона, орошаемое  земледелие вызывает целый комплекс «болезней» почв: выщелачивание, разрушение структуры, засоление, осолонцевание, заболачивание и в итоге полнейшую  деградацию и уничтожение.

 

 

Засоление почв происходит на той стадии орошения, когда соленые  грунтовые воды поднимаются на глубину 1-3 м от поверхности земли и  транспирация растительностью и  испарение приближается к величине испарения с открытой поверхности  воды (в аридных районах оно  достигает 1000- 1500 мм в год). При минерализации  таких вод 2-3 г/дм3 в верхний слой почвы за лето привносится около 20 т/га солей.

 

Подъем уровня грунтовых  вод (подтопление) на орошаемых землях неизбежен при любых щадящих  режимах полива. Подтопленные территории становятся непригодными для орошения еще и по причине непроходимости таких земель для обрабатывающей техники.

 

Важнейшие профилактические меры предупреждения вторичного засоления - применение дождевальных установок  с дозированной подачей воды (в  зависимости от вида почв, состояния  приземного воздуха, вида культуры и  др.) и подпочвенного орошения. Хороший  эффект дают планировка поверхности, ликвидация оросительных каналов, подача воды по лоткам, строго дозированный расход воды. Если применение дренажных систем необходимо, то целесообразно использовать вертикальный дренаж.

 

Заболачивание почв. В естественных природных условиях довольно много  заболоченных земель. Основными причинами  заболачивания являются климатические  условия, понижения в рельефе  поверхности земли, разгрузка подземных  вод, водный баланс территории. Наиболее распространены заболоченные территории в гумидных зонах (рис. 3).

 

Рис.3. Заболачивание почв восточного Подмосковья в зоне распространения  флювиогляциальных отложений

 

Существует большое количество естественных, низинных и верховых, болот, общая площадь которых  вместе с заболоченными землями  в странах СНГ составляет около 180 млн га. Заболоченные земли широко распространены в Белоруссии, Прибалтийских  республиках, на севере Украины, в Нечерноземной  зоне РФ и в Западной Сибири.

 

Заболачиваются обычно пониженные участки суши, долины и поймы рек. Заболачивание происходит в местах выхода и разгрузки подземных  вод при превышении инфильтрационного  питания над испарением. Благоприятные  условия для заболачивания складываются в лесной зоне умеренного климата, где  невысокие летние температуры сочетаются с большим количеством осадков  и слабым испарением. В условиях низинной тундры, с близким залеганием вечной мерзлоты, огромные территории заболочены. В первую очередь заболачиваются низменности и слабо всхолмленные территории. Огромные болотистые территории, например Васюганские болота в Западной Сибири, трудно проходимы и хозяйственно не освоены.

 

В условиях хозяйственной  деятельности человека заболачивание  происходит весьма активно, особенно на орошаемых землях. В значительной степени ему подвержены участки, прилежащие к водохранилищам. Здесь  резко повышается уровень грунтовых  вод, и заболачивание охватывает значительные площади равнинных  и пониженных территорий. Оно может  развиваться также в результате и сплошной рубки леса (особенно деревьев с высокой транспирационной способностью) в районах с избыточным увлажнением. Заболачивание земель при техногенном подтоплении  происходит на урбанизированных территориях.