Методы мониторинга состояния почв

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Водная эрозия - результат размывающей деятельности воды на поверхности земли. Водная эрозия определяется поверхностным стоком и глубиной базиса эрозии, крутизной, длиной и формой склона. На коротких и пологих склонах (до 10) эрозия почти не развивается, на покатых и крутых склонах она резко выражена и тем сильнее, чем больше угол наклона и относительно длиннее склон.

Критическая крутизна склона, где начинается интенсивный размыв, определяется зональными и местными условиями, особенно поверхностным стоком, зависящим от характера угодья (пашня, залежь, лес).

На склонах вначале развивается делювиальная эрозия, которая выражена плоскостным смывом, предшествующим размыву. Она является первой стадией эрозии, а линейная - второй. Плоскостная и линейная эрозия протекают совместно. эрозия агроландшафт чернозем водный

После поверхностного смыва, а местами независимо от него начинается образование оврагов по следующим этапам:

1 - формирование рытвин и промоин, дно которых повторяет профиль поверхности склона;

2 - образование оврагов с растущими вершинами;

3 - развитие оврагов с профилем дна;

4 - затухание донного размыва при достижении профиля равновесия, сопровождающееся выполаживанием, закреплением и задернением склонов и дна. Овраг, отмирая, переходит в стадию балки с пологими задернованными склонами и широким дном часто без выраженного русла. Иногда на дне при возобновлении линейной эрозии возникает новое русло.

Водная эрозия находится в прямой зависимости от климата. Она сильнее выражена при большом количестве и высокой интенсивности атмосферных осадков летом и таянии снежного покрова весной. Последнее особенно ярко выражено на склонах южной экспозиции. Увеличению эрозии способствует глубокое промерзание почвы вследствие сокращения инфильтрации в период снеготаяния. Сильное влияние на водную эрозию оказывает растительный покров, увеличивающий шероховатость поверхности и задерживающий поверхностный сток. Растительность, особенно луговая, оказывает прямое и косвенное противоэрозионное действие, препятствуя стоку, обогащая почву гумусом и делая её более структурной, водопроницаемой и влагоемкой. Такую же роль в какой-то степени выполняет и сохраняющаяся стерня. Каждому типу почвы соответствует свой характер эрозионного процесса. Менее устойчивы к эрозии почвы степей, более устойчивы почвы влажных областей; почвы других областей занимают промежуточное положение. На почвах с однородным строением преобладает поверхностный смыв, а на почвах с более сложным профилем, где увеличивается склонность к глубинной эрозии - линейный размыв.

Проведенные нами исследования по изучению влияния стока талых вод и их влияния на эрозию почвы позволили установить, что объемы стока талых вод зависят от высоты снежного покрова, экспозиции склона и температурного режима в период таяния снега. Наблюдается обратная зависимость высоты снежного покрова и запасов воды в виде снега от уклона местности, то есть чем меньше уклон, тем толще снежный покров.

Чем круче и длиннее склон, тем сильнее разрушительная работа воды. Южные склоны эродируются значительно сильнее северных. Выпуклые склоны подвержены водной эрозии больше, чем вогнутые. На выпуклых склонах эрозия усиливается с нарастанием крутизны вниз по склону, а на вогнутых - ослабляется вниз вследствие уменьшения крутизны склона и снижения скорости потоков талых и ливневых вод.

Например, на северной экспозиции при уклонах 0,5…2,00, 2,1…3,50 и 3,6…5,00 запасы воды в снеге составили, соответственно, 56,3, 44,5 и 38,9 мм. В то же время размеры стока при этих запасах изменяются пропорционально величине уклонов с 16,7 до 17,7 мм, коэффициент стока с 0,30 до 0,49 и, что особенно наглядно, увеличивается масса смытой почвы с 1,08 до 2,61 т/га или в 2,4 раза. Эти данные показывают, что при всех примерно равных условиях основное влияние на водную эрозию оказывает величина уклона и показатели стока.

Исследования, проведенные в опыте 2 показали так же, что на величину водной эрозии от талых вод оказывает большое влияние способы основной обработки почвы. На пологих склонах (уклон 0,5-2,00) смыв почвы на вариантах поверхностных способов обработки почвы - плоскорезная обработка и дискование повышается по сравнению со вспашкой (контроль) соответственно, на 14 и 22%.

С увеличением уклона масса смытой почвы увеличивается на всех вариантах, но наибольшей величины 1,4 т/га достигает на варианте 3 - дискование при уклонах 3,6..5,00, что больше чем на контроле (вариант 1) в 1,9 раза. Выносится и большое количество азота, фосфора и калия до 1 кг/га.

Такая же закономерность наблюдается в наших опытах при изучении стока при интенсивных ливнях в до посевной период (определялась на стоковых площадках при искусственном создании дождя необходимой интенсивности и экспозиции). Данные, приведенные ниже, показывают, что на пологих склонах с уклонами 0,5…2,00 на варианте 1 по вспашке, где имеется более толстый слой рыхлой почвы, способной аккумулировать большее количество воды, чем на поверхностных способах обработки сток начинается при продолжительности ливня более 5 мин и интенсивности ливня 15 мм/мин.

При увеличении уклонов, продолжительности ливня или его интенсивности масса смытой почвы резко увеличивается и достигает катастрофических значений - 102,4 т/га.

Данные, полученные при проведении исследований в опыте 3, показывают, что масса смытой почвы зависит также от вида возделываемых растений и почвенной разности. Посевы многолетних травосмесей оказались наиболее устойчивыми к водной эрозии по сравнению с зябью и даже целиной (пастбище). Если на вариантах 1, 2, 3 и 5 масса смытой почвы не превышает на всех типах почвы 0,8 т/га, то по зяби эти показатели возросли от 1,39 т/га на луговых солончаковых почвах до 3,32 т/га на черноземах сильносолонцеватых, то есть в 4 раза. Сами травосмеси на разных почвах так же оказали влияние на величину смытой почвы. Наименьшая масса смытой почвы по вариантам была: на варианте 1 - на черноземах обыкновенных слабосолонцеватых 0,19 т/га; на варианте 2 - на луговых солончаковых и аллювиальных почвах 0,21…0,27 и наименьшей 0,14 т/га была на варианте 3 на луговых черноземных почвах (южная экспозиция).

Полученные в опытах 1, 2, 3 данные по влиянию различных вариантов и почвенной разности на водную эрозию использованы нами при разработке технологических схем и мероприятий по охране эрозионно опасных земель.

Антропогенное воздействие на природу, особенно при внесении агрохимических средств огромно, по мощности оно сопоставимо с естественными геологическими процессами. Важнейшим условием приоритетного направления в рациональном использовании пахотных почв является недопущение снижения уровня плодородия почвы, истощения запасов биогенных веществ. В этой связи особая роль принадлежит дифференцированному использованию удобрений, которые являются материальной основой количественных и качественных показателей продукции. Удобрения и мелиоранты, вносимые в почву, изменяют ее микроэлементное состояние, посредством воздействия на почвенные свойства, такие как: содержание органического вещества, реакция среды, содержание и соотношение элементов питания в почвенном поглощающем комплексе. Наряду с положительным влиянием минеральные удобрения обладают существенным недостатком, связанным с наличием в их составе сопутствующих балластных элементов, таких как фтор, хлор, натрий, а также тяжелых металлов: кадмия, свинца, никеля, хрома и др. Объемы поступления загрязняющих веществ зависят от их концентрации в удобрениях и доз применения.

В Ставропольском крае с минеральными удобрениями в почву в среднем за годы поступило с 1966 по 1995 гг. тяжелых металлов (тонн): свинца от 1,6 до 11,38, кадмия - 0,72…0,63, цинка - от 15,5 до 33,79, меди - от 4,67 до 25,38. Минимальное поступление ТМ в почву с удобрениями отмечается в период с 1966 по 1971 гг. До 1990 г. ежегодно поступление ТМ увеличивалось. В период с 1991 по 1995 гг. сравнению с 1986-1990 гг. уменьшилось в 4,5-5 раз. Это связано с резким сокращением внесения удобрений. Максимальное количество ТМ поступает из фосфорных удобрений - 45 %, немного меньше - 36 % из азотных и 19 % из калийных. В условиях разработки адаптивно-ландшафтной системы земледелия, на наш взгляд, важно изучить вопрос, влияния различных форм, доз и сроков внесения минеральных удобрений на изменение содержания тяжелых металлов в черноземе обыкновенном.

Рассмотрим вероятность загрязнения тяжелыми металлами чернозема обыкновенного на различных таксонах агроландшафта. В звене севооборота озимая пшеница - горох - озимая пшеница. Ежегодно под предпосевную культивацию вносилась доза минеральных удобрений N120P120K120. Используя данные о содержании тяжелых металлов в удобрениях, рассчитываем поступление их в почву с азотными и комплексными удобрениями.

Расчетные материалы свидетельствуют о том, что ежегодное поступление ТМ в почву с удобрениями под сельскохозяйственные культуры составляет малую долю от содержания тяжелых металлов на данный момент в почвах.

Таким образом, за период исследований с минеральными удобрениями в почву поступило количество ТМ, исчисляемое десятками граммов на гектар. Больше всего в почву поступило цинка и меди с комплексными удобрениями. В целом можно отметить, что с аммиачной селитрой поступает от 2,1 до 38,5 % от количества ТМ, поступающих с нитроаммофоской.

По результатам исследований нами не было выявлено превышения значений ПДК (ОДК) как для валовых, так и для подвижных форм в пахотном и подпахотном горизонтах почв. Тем не менее, при применении минеральных удобрений наблюдалось некоторое изменение содержания тяжелых металлов в почве. Так, при внесении нитроаммофоски в дозе 360 кг д.в. за три года содержание валовых форм кадмия увеличилось в пахотном горизонте на подурочище окраина плакора вдвое. Содержание свинца увеличилось как в пахотном, так и в подпахотном слое почвы на таксонах окраина плакора и нижняя часть коренного склона. А в верхней части коренного склона количество валовых форм свинца снизилось. Содержание цинка и меди несколько увеличилось по всем таксонам агроландшафта. Содержание кобальта увеличилось только в пахотном слое почвы на таксоне окраина плакора.

Таким образом, некоторое повышение содержания тяжелых металлов на окраине плакора, возможно связано с тем, что применение высоких доз удобрений на низко плодородных почвах в связи с их низкой буферностью оказывает повышенное влияние на агрохимические свойства и способствует увеличению валовых форм тяжелых металлов. Содержание подвижных форм кадмия, свинца, цинка и кобальта после внесения сложного минерального удобрения варьирует по таксонам агроландшафта. И только содержание подвижных форм меди в почвах увеличивается в пахотном и подпахотном горизонтах. Тем не менее, все полученные значения ниже ПДК (ОДК).

При внесении аммиачной селитры в дозе 240 кг д. в. за три года содержание валовых форм кадмия не изменилось. Содержание свинца возросло в пахотном горизонте таксона окраина плакора до 18,7 мг/кг и в нижней части коренного склона до 16 мг/кг, а в верхней части коренного склона несколько снизилось. Количество валовых форм цинка и меди несколько возросло по всем таксонам агроландшафта. Содержание кобальта повысилось на таксоне окраина плакора и в пахотном горизонте нижней части коренного склона, а в верхней части коренного склона снизилось.

Высокие нормы азотных удобрений способствуют переходу в растения и вымыванию из почвы тяжелых металлов. Таким образом, изменение содержания валовых форм тяжелых металлов связано не только с внесением тяжелых металлов в почву с минеральными удобрениями, рельефом местности, содержанием гумуса, гранулометрическим составом, но и с возрастающим поглощением тяжелых металлов растениями и вымыванием их в более глубокие слои почвы.

Содержание подвижных форм тяжелых металлов (актуальный запас) при внесении азотного удобрения изменяется. Содержание кадмия в пахотном горизонте почвы возросло на окраине плакора почвы, а в верхней части коренного склона снизилось. В нижней части коренного склона не изменилось. Актуальный запас свинца на удобренных вариантах снижался на таксонах окраина плакора и верхняя часть коренного склона в пахотном и подпахотном горизонтах почвы, а в нижней части коренного склона увеличивался. Содержание подвижных форм цинка снижалось при применении аммиачной селитры на таксонах верхней и нижней части коренного склона. А резкого изменения содержание кобальта и меди при применении азотных удобрений не наблюдалось. Тем не менее, все значения ниже предельно допустимых концентраций тяжелых металлов.

Такие изменения связаны не только с особенностями почв таксонов агроландшафта, но и со свойствами самих элементов. Так, на снижение содержания цинка, при применении азотных удобрений повлияло более активное поглощение этого элемента растениями за счет увеличения урожайности. Снижение содержания тяжелых металлов в подпахотном горизонте и одновременное увеличение в пахотном горизонте связано также, со способностью растений подтягивать в верхний слой почвы необходимые элементы.

Незначительное изменение содержания подвижных форм тяжелых металлов показывает, что при применении минеральных удобрений мы не нарушаем динамического равновесия ионов тяжелых металлов, присутствующих в почвенном растворе. Таким образом, минеральные удобрения на данном этапе применения не оказали негативного влияния на экологические показатели чернозема обыкновенного на различных таксонах агроландшафта, а, наоборот, улучшили его агрохимические свойства.

Размещено на Allbest.ru