Основы земельной экологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Пахотные почвы таежно-лесной зоны и пути повышения их плодородия

Таёжно-лесная зона занимает большую часть бореального (умеренно-холодного) пояса нашей страны. На севере она соприкасается с тундрой, на юге - с лесостепной зоной и простирается от Западной границы России до Охотского и Японского морей. Зона занимает более 50% территории России, в том числе около 18 % площади расположено в горных районах Средней и Восточной Сибири. Таежно-лесную зону и северную часть лесостепной зоны с серыми лесными почвами часто называют Нечерноземной зоной, учитывая общность природно-хозяйственных признаков и особенности ведения земледелия на этой территории. Почвообразующие породы в европейской части и Западной Сибири представлены в основном разнообразными четвертичными бескарбонатными отложениями ледникового, водно-ледникового и озерно-ледникового происхождения различного гранулометрического состава (морены, флювиогляциальные пески и супеси, покровные суглинки и глины и т. д. Кроме этих пород выделяются древнеаллювиальные и современные аллювиальные отложения, элювий и делювий коренных пород, а иногда и лёссовидные суглинки. Часто наблюдается двучленность почвообразующих пород по гранулометрическому составу в пределах почвенного профиля, влияющая на водные, физические и другие свойства почв. В районах (исключая горные) Средней и Восточной Сибири почвообразующие породы представлены главным образом элювием и делювием коренных пород; в Центрально-Якутской низменности преобладают четвертичные лёссовидные суглинки и супеси, а на равнинах дальнего Востока -- четвертичные и более древние породы различного гранулометрического состава.

Средняя тайга является подзоной подзолистых почв.

Подзона южной тайги занята смешанными широколиственно хвойными лесами с мохово-травянистым и травянистым покровами. К востоку доля широколиственных пород (дуб, ясень, клен, липа) уменьшается, а доля хвойных пород, в том числе пихты, возрастает. Вырубки и пожарища, так же как и в средней тайге, быстро занимают осина и береза. Эти древесные породы в южнотаежной подзоне Западной Сибири наряду с хвойными являются пре обладающими. Почвенный покров южной тайги образует подзону дерново-подзолистых почв.

Для средне- и восточносибирской таежно-лесной зоны характерны светлохвойные лиственничные леса, для дальнего Востока -- светлохвойные, темнохвойные и широколиственные леса.

Как было отмечено, условия почвообразования изменяются в таежно-лесной зоне не только с севера на юг по подзонам, но и с запада на восток, а это обусловливает формирование фациальных особенностей почв, выражающихся в возникновении в почвах специфических признаков, свойств и режимов. Выделяют теплую (западно-. и южноевропейскую), умеренную (восточноевропейскую), холодную (западно- и среднесибирскую), длительно-мерзлотную (восточносибирскую и дальневосточную) и холодную влажную (тихоокеанскую) фации -- Камчатка, Сахалин.

Основными процессами, под влиянием которых происходило образование почвенного покрова таежно-лесной зоны, являются подзолистый, дерновый и болотный (торфообразование и оглеение). Отмечено также проявление лессиважа, а на территории Центрально-Якутской низменности солонцового, солончакового процессов и процесса осолодения. Рассмотрим главные почвы зоны: подзолистые, дерново-подзолистые, а также встречающиеся среди них болотно-подзолистые и мерзлотно-таежные.

2. Минеральные удобрения и их классификация

К минеральным удобрениям относят вещества минерального происхождения, вносимые в почву для обеспечения растений питательными элементами, улучшения её физико-химических свойств и получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

Минеральные удобрения очень разнообразны и многочисленны, поэтому нуждаются в классификации. Классификацию проводят по различным признакам:

1. Различают простые и сложные минеральные удобрения.

Если удобрение содержит какое-либо одно питательное вещество, его называют простым. Например, хлорид калия (КСl) - простое калийное удобрение. экологический экспертиза почва удобрение

Сложные или комплексные удобрения содержат несколько питательных веществ. Эти удобрения характеризуются высокой концентрацией питательных веществ, поэтому применение таких удобрений обеспечивает значительное сокращение расходов хозяйства на их транспортировку, смешивание, хранение и внесение. К недостаткам комплексных удобрений относится постоянное соотношение основных питательных веществ - NPK, что усложняет их применение на различных по плодородию почвах. К сложным удобрениям относят аммонизированный суперфосфат N - 2-3 %, Р₂О₅ - 18 %; аммофос N - 12 %; Р₂О₅ - 50 %; диаммофос N - 20 %, Р₂О₅ - 52 %; калийная селитра N - 13 %, К₂О - 47 %; нитрофоска N - 16 %, Р₂О₅ - 11-30 %, К₂О - 12-25 %.

2. Макроудобрения и микроудобрения.

Макроудобрения содержат макроэлементы, необходимые для питания растений в большом количестве. Это азотные, фосфорные и калийные удобрения.

Микроудобрения содержат микроэлементы: бор, молибден, медь, цинк, марганец, необходимые для питания растений в небольших дозах.

3. Прямодействующие и косвенно действующие.

Прямодействующие удобрения содержат необходимые макро и микроэлементы, необходимые для питания растений. Это все перечисленные выше минеральные удобрения.

Косвенно действующие (мелиорирующие) удобренияприменяют для химической мелиорации кислых и щелочных солонцеватых почв, что повышает плодородие почв и, как следствие, урожайность сельскохозяйственных культур.

Для мелиорации кислых почв используют известь (CaCO₃), щелочных - гипс (CaSO₄ • 2H₂O). Известкование и гипсование сохраняют положительный эффект в течение нескольких лет. Мелиоранты не являются источником элементов питания для растений, но применение их настолько эффективно увеличивает урожай, что их рассматривают как косвенно действующее удобрение.

Питательная ценность минерального удобрения определяется по содержанию в нём действующего (питательного) вещества. Ту часть удобрений, которую усваивают растения, называют действующим веществом.

В азотных удобрениях действующее вещество азот. Растения усваивают азот в нитратной (NO₃ ^-), аммонийной (NH₄ ⁺) и амидной (NH₂) формах.

В фосфорных удобрениях действующее вещество фосфорный ангидрид - Р₂О_5.

В калийных удобрениях - оксид калия К₂О.

Действующее вещество составляет определённый процент общей массы минерального удобрения, остальную часть занимают различные примеси. Чем выше содержание действующего вещества - тем эффективнее удобрение. В современных минеральных удобрениях содержание действующего вещества в среднем составляет 32 %.

Азотные удобрениясодержат азот в нитратной, аммонийной или амидной формах, хорошо растворимы в воде, подвижны в почве и легко усваиваются растениями. Чаще всего применяется сульфат аммония (NH₄)₂SO₄, натриевая селитра NaNO₃, аммиачная селитра NH₄NO₃ кальциевая селитра Са(NO₃)₂, мочевина (карбамид) [CO(NH₂)₂], жидкие азотные удобрения: жидкий аммиак, аммиачная вода и др.

3. Экология как наука. Предмет и основные задачи экологии

Экология - наука об изучении взаимоотношений живых организмов с окружающей их средой.

Поскольку взаимодействие организмов между собой и окружающей их средой всегда системно, то есть всегда реализуется в форме некоторых систем взаимосвязей, поддерживающихся обменом вещества, энергии и информации, основным объектом исследования экологии являются экосистемы. Самой крупной в иерархии экосистем является биосфера. Учение о биосфере - это обширная область знания о функционировании и развитии биосферы, включающая в себя целый ряд научных направлений естественнонаучного и общественного профиля.

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой.

Исходя из приведенных выше понятий и направлений, следует, что задачи экологиивесьма многообразны.

В общетеоретическом плане к ним относятся:

- разработка общей теории устойчивости экологических систем;

- изучение экологических механизмов адаптации к среде;

- исследование регуляции численности популяций;

--изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

--исследование продукционных процессов;

--исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости;

--моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Основные прикладные задачи, которые экология должна решать в настоящее время, следующие:

- прогнозирование и оценка возможных отрицательных по следствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;

- улучшение качества окружающей природной среды;

- сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

- оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее неблагополучных районах.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Таким образом, экология становится одной из важнейших наук будущего и, «возможно, само существование человека на нашей планете будет зависеть от ее прогресса».

К экологии часто относят большое количество смежных отраслей знаний, главным образом из области охраны окружающей среды.

4. Классификация почвообразующих пород по генезису и их влияние на свойства почв

Совокупное воздействие комплекса факторов почвообразования (климат, рельеф, почвообразующие породы, биота и время) приводит к формированию в этой точке вполне определенной почвы (почвенный профиль ABC) с присущими только ей свойствами. В этом случае действуют почвообразующие факторы, проявляющиеся в каждой точке пространства индивидуально, в результате чего создается неповторимый почвенный профиль -- собственно почва.

По своему составу почвообразующие породы чрезвычайно разнообразны. Как правило, они делятся на группы пород разного генезиса, физико-механических и химических свойств и потенциального плодородия.

Массивно-кристаллические породы магматического и метаморфического генезиса. Магматические породы по своему составу достаточно стабильны и содержат главным образом соединения кремния, алюминия, железа, щелочей, магния и кальция. По содержанию Si0₂ магматические породы подразделяются на четыре группы: кислые (>65%), средние (52 -- 65%), основные (40--52%) и ультраосновные (<40 %). Кислые магматические породы -- граниты, пегматиты, риолиты, дацит и другие -- обычно имеют светлую и буроватую окраску с выраженными кристаллами кварца, полевых шпатов, слюд. Содержание Si0₂ в них высокое (более 65 %) при заметном количестве калия и натрия. В то же время железа немного, а кальция и магния ничтожно мало.

Основные магматические породы -- базальт, габбро и др., как правило, имеют темную (до черной) окраску. Для них характерно более низкое по сравнению с кислыми породами содержание SiOj. Основные магматические породы относительно богаты соединениями железа, марганца, хрома, кобальта, цинка, титана, никеля, меди.

Кроме кислых и основных пород нередко встречаются магматические породы переходного типа (средние) -- интрузивные породы группы диорита и их эффузивные аналоги -- андезиты. Соответственно и почвы на этих породах приобретают черты, сходные с почвами, приуроченными к кислым или основным породам.

Метаморфические породы -- переходные между массивно-кристаллическими и осадочными породами. Древние осадочные породы при погружении, высоком давлении и температурах метаморфизируются, образуя гнейсы, серпентиниты, мрамор, кварциты, глинистые сланцы. Гнейсы по своему составу особенно близки к гранитам.

Осадочные почвообразующие породы преобладают на земной поверхности и по своему генезису делятся на породы морского и континентального происхождения. По объемной массе они легче магматических пород и разнообразнее по сложению, цвету, структуре. Доминируют глинистые сланцы (77 %), песчаники и известняки встречаются значительно реже (11,3 %).

По происхождению и химизму осадочные породы делятся на следующие группы.

Механические наносы: а) грубообломочные (> 1 мм) -- каменистая морена, галечники, отложения щебня, дресвы, гравия; б) пески (1--0,1 мм) -- прибрежные, ледниковые, речные (флювиальные), эоловые; в) суглинки (0,1 -- 0,01 мм) -- ледниковые, флювиальные (среди суглинистых осадочных пород особенно важны лессы и лессовидные породы, распространенные в Центральной Азии, Восточной и Западной Европе, США, Аргентине, Уругвае); г) глины (<0,01 мм) -- осадки стоячих водоемов, рек, озер, лагун, эстуариев, заливов и т.д. Химические осадки: пресноводный мергель (известковая порода, содержащая 20 --30 % углекислого кальция), гипс, мирабилит, поваренная соль, кремнезем, окислы железа и др. Осадочные породы биогенного происхождения: торф, сапропель -- органический ил на дне пресноводных озер, некоторые известняки, трепел (скопление кремневых панцирей диатомовых водорослей.

5. Условия эффективного применения физиологически кислых удобрений

Эффективность удобрений зависит от типа, подтипа, вида или разновидности почвы - агрохимических ее показателей, видов, форм, сочетания удобрений, а также от сроков и способов их внесения на разных почвах. Наибольшие прибавки урожая от удобрений получают на дерново-подзолистых, серых лесных почвах, оподзоленных и выщелоченных черноземах.

Эффективность удобрений на обыкновенных и южных черноземах, каштановых почвах при возделывании сельскохозяйственных культур значительно ниже.

Прибавки урожая сельскохозяйственных культур на песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах выше от азотных и калийных удобрений, а на среднесуглинистых и тяжелосуглинистых почвах - от фосфорных. Физиологически кислые удобрения оказывают большое подкисляющее действие на песчаных почвах, чем на суглинистых.

Физиологически кислые удобрения - удобрения подкисляющие реакцию питательной среды. К ним относятся аммиачные удобрения, хлористый калий и др. Физиологическая кислотность этих удобрений связана с преимущественным использованием растениями катионов (NHlj , К+ и др.) из состава соответствующих солей; сопутствующие анионы (S04 --, С1_ и др.) остаются в почве и, постепенно накапливаясь, подкисляют ее. Увеличение почвенной кислотности особенно сильно проявляется на малобуферных низконасыщенных основаниями с невысоким содержанием гумуса почвах (подзолистые и серые лесные). На насыщенных основаниями почвах, обладающих высокой нейтрализующей способ ностью (черноземы, сероземы, каштановые), не происходит заметного подкисления почвы даже в случае длительного внесения больших доз физиологически кислых удобрений. Более того, возникшая кислотность способствует частичному переходу труднорастворимых фосфатов этих почв в легкоусвояемые для растений формы. В связи с этим применение на таких почвах физиологически кислых удобрений, особенно азотных, под любые культуры, в т. ч. виноград, дает положительный эффект. Нежелательными для винограда являются хлорсодержащие физиологически кислые удобрения. Отрицательное действие физиологически кислых удобрений устраняется известкованием, применением органич и щелочных удобрений.

6. Виды вещества в биосфере и их характеристика

Биосфера - особая оболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Эти представления базируются на учении Вернадского о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в ХХ в. Биосфера включает в себя: живое вещество, образованное совокупностью организмов; (растительный и животный мир, микроорганизмы); биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (магматические горные породы); биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы); радиоактивное вещество, вещество космического происхождения (метеориты и др.), вещество рассеянных атомов, не связанных химическими реакциями. Все эти семь типов веществ геологически связаны между собой.

Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоем озона, который задерживает губительные для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Атмосфера: газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержится диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Гидросфера: Вода - важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300 млн. км³. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км³, а количество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн. км³. Литосфера: Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов.

Решающее отличие живого вещества от косного заключается в следующем: изменения и процессы в живом веществе происходят значительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах - геологического времени. Для сравнения отметим, что секунда геологического времени соответствует примерно ста тысячам лет исторического; в ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает В. И. Вернадский, проявляется прежде всего "в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно"; только в живом веществе происходят качественные изменения организмов в ходе геологического времени. Процесс и механизмы этих изменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видов путем естественного отбора Ч. Дарвина (1859 г.); живые организмы изменяются в зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции. Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в целом, в том числе и неприродные биокосные тела, например, почвы, наземные и подземные воды и т. д.



7. Основные показатели гумусового состояния почв. Меры по охране гумусового состояния

В связи с тем, что гумус является одним из главных источников элементов питания растений, от его содержания зависит плодородие почвы. Гумусовые вещества влияют на химические, биологические, физические свойства почвы, способствуют созданию благоприятного водно-воздушного режима. Вместе с тем гумусовые вещества довольно быстро изменяются под влиянием окультуривания. В настоящее время самой большой экологической проблемой пахотных почв является проблема дегумификации - уменьшение содержания гумуса в пахотных горизонтах. Процесс снижения содержания и запаса гумуса при введении целинных почв в культуру можно сказать известен, и общие закономерности этого процесса были освещены в монографиях И.В.Тюрина, М.М.Кононовой. Этому вопросу были посвящены работы казахстанских авторов.. Несмотря на это, проблема гумуса продолжает оставаться в поле зрения исследователей до настоящего времени, т.к. почвенное плодородие, как интегральный показатель свойств почв, обусловлено гумусным состоянием почв. Эта проблема актуальна и в связи с усилением техногенной нагрузки на почвенный покров. Нами были проведены стационарные исследования по изучению гумусного состояния черноземов и темно-каштановых почв Кустанайской и Акмолинской областей, составляющих основной земельный фонд Казахстана.

Гумус -- один из главных источников элементов питания растений, важный фактор плодородия почв. Гумусовые вещества также способствуют оструктуриванию почвенной массы, созданию благоприятного водно-воздушного режима. Но в процессе обработки почв происходит дегумификация -- уменьшение содержания гумуса в пахотном горизонте. Это осуществляется, во-первых, за счет перемешивания верхнего слоя, богатого органическими остатками, с ниже расположенными, содержащими меньше гумуса, и, во-вторых, в результате разрушения гумуса целинных почв в процессе их эксплуатации. Например, содержание гумуса в дерново-подзолистых почвах при обработке без внесения органических удобрений снизилось за 40 лет примерно на !/з- Уменьшение содержания гумуса не только снижает урожай данного года, но вызывает разрушение структуры почвы и ухудшает водопроницаемость, что влечет за собой усиленную водную эрозию почв и способствует дальнейшему снижению плодородия в последующие годы.

Дегумификация развивается не только на сравнительно бедных дерново-подзолистых почвах, но и на черноземах, в которых ежегодные потери гумуса достигают 0,5--1,8 т/га. Одновременно изменяется качественный состав гумуса, снижается содержание гуминовых кислот, что приводит к разрушению зернистых агрегатов и ухудшению структуры. По данным В. А. Ковды (1981), распаханные почвы Аргентины, Канады, США ежегодно теряют гумуса в среднем около 1,5 т/га, а в некоторых случаях до 8 т/га. Содержание гумуса в распаханных почвах прерий к настоящему времени снизилось на 30--40%.

Оптимальный уровень содержания гумуса для разных почв неодинаков. Установлено, что оптимальное содержание гумуса в пахотном горизонте дерново-подзолистых почв около 3--4%, а в пахотном горизонте черноземов -- 5--7%. Следовательно, охрана гумусного состояния распаханных черноземов должна преследовать цель стабилизации содержания органического вещества, охрана же распаханных дерново-подзолистых почв -- подъем исходного содержания гумуса в природных почвах на более высокий уровень.

8. Содержание и формы азота в почвах. Превращение азотистых соединений в почве

Азот - один из самых необходимых для растений химический элемент. Присутствует повсеместно в свободном или связанном состоянии. Азотные удобрения выпускаются в различных формах и применяются для основного и предпосевного внесения - как поверхностного, так и на подкормку. Только 1 % азота почвы находится в легко усваиваемых растениями минеральных формах, поэтому применение азотных удобрений - важное условие для сохранения и повышения плодородности сельскохозяйственных земель.

На долю органических соединений - белков, аминов, амидов, аминокислот и прочих - приходится 93-95 % почвенного азота. Однако органический азот практически недоступен растениям и становится усваиваемым ими только после минерализации.

Минеральный азот, входящий в состав нитратных и аммиачных форм, накапливается в почве в результате процессов аммонификации и нитрификации, которые осуществляют различные группы микроорганизмов.

Разложение азотистых органических соединений в различных типах почв проходит по единой схеме: белки > гуминовые вещества > аминокислоты > амиды > аммиак > нитриты > нитраты.

Скорость минерализации основного запасного фонда азота - органических веществ почвы - зависит от многих факторов: влажности почвы, температурного режима, кислотности, характера органического вещества. Поэтому количество образующихся минеральных форм азота постоянно пребывает в динамичном состоянии. Максимальное количество накапливается в весенний период, наиболее благоприятный по режиму температуры и влажности для нитрификации. Однако нитраты - подвижные соединения, и они могут вымываться из почвы или подвергаться биологической денитрификации (образованию газообразных форм). В результате почва теряет часть азота. Валовое содержание азота в почве сильно варьирует и зависит от типа почвы, гранулометрического состава, запасов органики, режима увлажнения и степени окультуренности почвы. Содержание общего азота тем больше, чем больше содержание гумуса. Кроме того, содержание доступного элемента значительно возрастает при окультуривании почвы.

Азотные удобрения подразделяют на шесть групп: нитратные (натриевая селитра и кальциевая селитра); аммонийные (сульфат аммония, хлористый аммоний); аммонийно-нитратные (аммиачная селитра); амидные (карбамид); аммиачные (безводный аммиак, аммиачная вода); карбамид-аммонийно-нитратные (карбамид-аммиачная селитра - КАС).

Азот поступает в почву из воздуха и при разложении органических остатков.

Молекулярный азот - один из самых инертных газов и при обычных условиях не образует никаких соединений с другими элементами. Но в соединениях с другими веществами азот является одним из самых активных элементов.

Поэтому реакция превращения молекулярного свободного азота в разные соединения вызывает особый интерес и известна под названием реакции фиксации или связывания свободного азота.

Большие количества атмосферного азота (общий запас азота в воздухе составляет более 4.000 млрд. тонн), связываются в толще почвы микробиологическим путем с помощью микроорганизмов - азотфиксаторов: аэробных и анаэробных бактерий. Азотфиксаторы усваивают азот из его растворимых в воде соединений.

Значительно большие количества минерального азота образуются при попадании в почву органических остатков и их дальнейшем разложении. В результате процессов аммонификации, происходит освобождение азота и его поступление в почву в виде аммиака и солей аммония.

9. Методы, используемые в экологии. Связь экологии с другими науками

Методическую основу современной экологии составляет сочетание си стемного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моде лирования. Разнообразие исследовательских и прикладных задач влечет за собой и разнообразие применяемых в экологии методов. Их можно объединить в несколько групп.

Методы регистрации и оценки состояния среды являются необ ходимой частью любого экологического исследования. К ним относятся метеорологические наблюдения; измерения температуры, прозрачнос ти, солености воды и анализ ее химического состава; определение характеристик почвенной среды, измерения освещенности, радиацион ного фона, напряженности физических полей, определение химической и бактериальной загрязненности среды и т.п. К этой же группе методов следует отнести мониторинг -- перио дическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и за качеством окружающей среды.

Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных лежат в основе изучения природных сообществ. Для этого применяются подсчеты особей на контрольных площадках, в объемах воды или почвы, маршрутные учеты, отлов и мечение животных, наблюдения за их перемещениями с помощью телеметрии и другие средства вплоть до аэрокосмической регистрации численности стад, скоплений рыбы, состояния посевов и урожайности полей.

Исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов составляют наиболее разнообразную группу методов эколо гии. В их число входят различные, подчас сложные и длительные наблюдения в природе.

Методы изучения взаимоотношений между организмами в мно говидовых сообществах составляют важную часть системной экологии. Здесь также важны натурные наблюдения и лабораторные исследова ния пищевых отношений, пищевого поведения, опыты с переносом «меток», например, радиоактивных изотопов, с помощью которых можно определить, какое количество органического вещества и энергии переходит от одного звена пищевой цепи к другому: от рас тений -- к травоядным животным, от травоядных -- к хищникам.

Кибернетические исследования и методы математического моделирования приобретают все большее значение в экологии. Потребность в них для целей управления и прогнозирования очень велика. Существуют близкие к реальным процессам математические модели техногенных эмиссий, распространения загрязнителей в ат мосфере, самоочищения реки.

Экология тесно взаимодействует с науками как биологическими, так и других областей знаний. На стыке экологии и других биологических наук возникли: экоморфология - выясняет, как условия среды формируют строение организмов; экофизиология - изучает физиологические адаптации организмов к факторам среды; экоэтология - исследует зависимость поведения организмов от условий их жизни; генетика популяций - изучает реакции особей с разным генотипом на условия среды обитания; биогеография - изучает закономерности размещения организмов в пространстве. Экология взаимодействует и с географическими науками: геологией, физической и экономической географией, климатологией, почвоведением, гидрологией; другими естественными науками (химией, физикой). Она неотделима от морали, права, экономики и т.д. Современная экология тесно связана с политикой, экономикой, правом (включая международное право), психологией и педагогикой, так как только в союзе с ними возможно преодолеть технократическую парадигму мышления, свойственную XX в., и выработать новый тип экологического сознания, коренным образом меняющий поведение людей по отношению к природе.

10. Широтная зональность почв. Почвенные зоны и основные типы почв на территории РФ

Почвы сменяют друг друга широтно, т. е. в направлении с севера на юг. Такой закон распространения почв на поверхности Земли называется законом широтной зональности. Он был сформулирован и назван так В. В. Докучаевым в конце XIX в., когда о почвах еще мало было достоверных знаний. Изменение климата по широтам обусловливает смену природных зон с севера на юг.

На территории России выделяют следующие типы почв:

Тундрово-глеевая. Самая маломощная и неплодородная почва, формирующаяся в условиях холодного и влажного климата под покровом мохово-лишайниковой или редкой травянистой и кустарничковой растительности.

Подзолистая. Формируется под хвойными и смешанными лесами в условиях влажного и прохладного климата. Остатки древесной растительности довольно быстро разлагаются, а образующийся гумус хорошо растворяется под действием дождевых вод и вымывается в нижние почвенные слои. Гумуса в такой почве мало.

Мерзлотно-таежная. Формируются в зоне хвойных лесов, где есть многолетняя мерзлота. Особенность этой почвы в том, что слой мерзлоты препятствует водному промыванию и затрудняет вынос солей.

Дерново-подзолистая. Образуется под смешанными лесами в условиях избыточного увлажнения территории, прохладного лета и относительно теплой зимы. Особенность этой почвы: она почти вся пронизана корнями травянистых растений, образующих нижний ярус в смешанном лесу.

Серая лесная. Образование происходит в зоне широколиственных лесов с достаточно большим объемом биомассы и в условиях достаточного увлажнения территории (осадки примерно равны испаряемости). Гумуса в серых лесных почвах значительно больше, чем в подзолистой и дерново-подзолистой почве.

Чернозем - в этой почве гумуса содержится намного больше, чем во всех остальных типах. Образуется в условиях континентального умеренного теплого климата в зоне степей и на открытых участках лесостепей. Процессы разложения в теплое время года протекают быстро, а частичное вымывание гумуса происходит лишь ранней весной и поздней осенью.

В районах с жарким засушливым летом и прохладной зимой развиваются бурые, серо-бурые почвы полупустынь, сероземы пустынь (район Прикаспийской низменности). В этих почвах из-за крайне скудной растительности и малого количества осадков гумус почти отсутствует и отмечается повышенное содержание солей.

На Черноморском побережье Кавказа, где климат влажный и теплый (влажные субтропики), происходит формирование красноземов с повышенным содержанием окислов железа, придающих почве соответствующую окраску. Гумус почти весь растворяется из-за обильных дождей.

На севере России, на территории тундры распространены глеевые почвы. Такие почвы содержат много кислорода, они очень переувлажнение, что не дает возможность использовать их для земледелия.

Подзолистые почвы формируются в зоне тайги под хвойными лесами. Таким почвам свойственна повышенная кислотность, которая образуется вследствие разложения хвойных листьев, которые падают на землю. Благодаря обильным осадкам, кислотность таких почв значительно падает, и они становятся весьма плодородными.

Каштановые почвы фактически не обладают гумусовыми удобрениями, поэтому не такие плодородные как черноземы. Залегание грунтовых вод причина того, что почвы степных регионов (каштановые, сероземы, серо-бурые) обладают повышенной соленостью.

11. Отношение различных сельскохозяйственных культур к реакции почвы

Большинство культурных растений и почвенных микроорганизмов лучше развиваются при слабокислой или нейтральной реакции почвы (рН 6--7); щелочная и излишне кислая реакции оказывают на них отрицательное действие. Различные растения по-разному относятся к реакции среды -- имеют неодинаковый интервал рН, благоприятный для их роста и развития. Растения по отношению к реакции среды и по отзывчивости на известкование можно разделить на несколько групп.

1. Наиболее чувствительны к кислотности хлопчатник, люцерна, сахарная, столовая и кормовая свекла, капуста. Они хорошо растут только при нейтральной или слабощелочной реакции (рН 7--8) и очень сильно отзываются на внесение извести даже на слабокислых почвах.

2. Чувствительны к повышенной кислотности ячмень яровая и озимая пшеница, кукуруза, соя, фасоль, горох, кормовые бобы, клевер, подсолнечник, огурцы, лук. Они лучше растут при слабокислой или нейтральной реакции (рН 6--7) и хорошо отзываются на известкование. Без него эти культуры не дают хороших урожаев не только на сильнокислых, но и на среднекислых почвах.

3. Слабо чувствительны к повышенной кислотности рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка, томат, редис, морковь. Эти культуры могут удовлетворительно расти в широком интервале рН, при кислой и слабощелочной реакции (рН 4,5-7,5), но наиболее благоприятна для их роста слабокислая реакция (рН 5,5-6,0). И все же они положительно реагируют на применение кальция. Полезное влияние известкования на урожай этих культур объясняется не столько снижением кислотности, сколько усилением мобилизации питательных веществ из почвы и улучшением питания растений азотом и зольными элементами.

4. Лен и картофель нуждаются в известковании только на сильнокислых почвах. Наиболее благоприятны для их роста слабокислые почвы.

Повышенная кислотность почвы ухудшает рост и ветвление корней, поэтому ухудшается использование растениями питательных веществ почвы и удобрений. Растения наиболее чувствительны к кислотности почвы в первый период роста, сразу же после прорастания. Кислая реакция в первый период роста вызывает сильные нарушения в углеводном и белковом обмене, отрицательно влияет на закладку генеративных органов, что отражается в последующем на процессе оплодотворения и наливе зерна, урожай его резко снижается. Водород, вытесняя кальций из почвенного гумуса, уменьшает его содержание в кислых почвах. Полезные для растения микробиологические процессы в кислых почвах подавлены, образование доступных для растений форм питательных веществ протекает слабо. Различные почвенные микроорганизмы неодинаково относятся к кислотности почвы. Плесневые грибы лучше развиваются при сильнокислой реакции. Многие полезные почвенные микроорганизмы лучше развиваются при нейтральной и слабощелочной реакции. В кислых почвах сильно ослаблена или вовсе прекращается фиксация азота воздуха, замедляется минерализация органического вещества, в результате чего резко ухудшаются условия азотного питания растений. В кислых почвах подвижные формы фосфора связываются с образованием нерастворимых и малодоступных растениям фосфатов алюминия и железа, менее интенсивно протекают процессы минерализации органических соединений фосфора, в результате чего ухудшается фосфорное питание растений. При повышенной кислотности молибден переходит в труднорастворимые формы, доступность его растениям снижается. На сильнокислых песчаных и супесчаных почвах растениям может недоставать усвояемых соединений кальция и магния.

12. Определение экологической экспертизы, задачи экспертизы. Виды экспертизы

Экологическая экспертиза - это проверка соответствия документации, на основании которой будет производиться хозяйственная деятельность, установленным законодательством требованиям. В ходе экспертизы определяют, допустима ли реализация объекта. Цель такой проверки - предотвращение негативного влияния деятельности человека на окружающую среду.

Экологическая экспертиза преследует следующие задачи:

· исследование прогнозируемой деятельности на предмет соответствия правилам охраны окружающей среды, предписанным нормативно-правовыми актами Российской Федерации и ее субъектов, санитарными нормами и правилами строительства;

· установление уровня безопасности и экологического риска производимой или запланированной деятельности;

· осуществление комплексной, научно подтвержденной оценки объектов экологической экспертизы;

· оценка влияния деятельности объектов;

· экспертиза степени воздействия на окружающую среду, состояние здоровья человека и качество природных ресурсов;

· определение обоснованности, полноты, эффективности и нужного количества мероприятий по защите окружающей среды и здоровья человека;

· составление объективных и полностью обоснованных выводов экологической экспертизы.

Виды экологической экспертизы

1. Государственная экологическая экспертиза. Это мероприятие обязательно проводится для всех объектов строительства. Экспертизу осуществляет экспертная комиссия, созданная органами власти. Объекты государственной экологической экспертизы большой частью связаны с проверкой на соответствие отдельным правовым актам (нормативно-технической, инструктивно-методической документации и различных целевых программ), с обеспечением экологической безопасности (технические документы на новые технологии, технику или вещества - к примеру, проекты по локализации и уничтожению вредных отходов, аргументирование некоторых лицензий, наноматериалы), с охраняемыми в особом порядке природными объектами, территориями экологических катастроф, а также с некоторым перечнем природных ресурсов.

2. Общественная экологическая экспертиза. Такая экспертиза проводится по инициативе общественных объединений, органов местного самоуправления либо отдельных граждан.

13. Водная эрозия почв, ее виды. Комплекс приемов по охране почв от водной эрозии

Водная эрозия почв - разрушение почв под действием временных водных потоков. Различают следующие формы водной эрозии: плоскостную, струйчатую, овражную, береговую.

Условия для проявления водной эрозии создают природные факторы, а основной причиной ее развития является производственная и иная деятельность человека. Появление новой тяжелой почвообрабатывающей техники, разрушающей структуру почвы, -- одна из причин активизации водной эрозии. Другие негативные антропогенные факторы: уничтожение растительности и лесов, чрезмерный выпас скота, отвальная обработка почв и др.

Среди различных форм проявления водной эрозии значительный вред приносит овражная эрозия. Овраги уничтожают ценные сельскохозяйственные земли, способствуют интенсивному смыву почвенного покрова.

К эрозионным процессам относят также промышленную эрозию, разрушение сельскохозяйственных земель, при строительстве и разработке карьеров, военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивной пастьбе скота) и др.

Мероприятия по защите почв от водной эрозии. Противоэрозионная организация территории состоит в научно обоснованном размещении сельскохозяйственных угодий и различного рода сооружений, препятствующем или уменьшающем развитие эрозии. Почвозащитная обработка почвы является наиболее простым мероприятем по регулированию стока талых вод, не требующих дополнительных затрат. Основными задачами обработки почв, подверженных водной эрозии являются: предупредить возможность проявления эрозионных процессов; увеличить сопротивляемость почвы смыву; способствовать увеличению водопоглощающих свойств почвы, повышению шероховатости поверхности и защитной роли растительного покрова. По берегам прудов, водохранилищ и других водоемов размещают берегоукрепляющие и противоэрозионные лесные и кустарниковые полосы. Защита почвы от водной эрозии обеспечивается комплексом организационно-хозяйственных, агромелиоративных, лесо- и гидромелиоративных мероприятий. Организационно-хозяйственные мероприятия предусматривают обследование и картирование полей с целью оценки земель по их эрозионному состоянию, разработку проекта внутрихозяйственного землеустройства с противоэрозионной организацией территории, контроль над своевременным выполнением всех намеченных проектом мероприятий по защите почвы от эрозии.

14. Виды кислотности почв. Степень насыщенности почв основаниями

Кислые продукты разложения лесной подстилки, образующиеся преимущественно в результате жизнедеятельности микроорганизмов, являются основным источником почвенной кислотности. Кислотность жидкой и твердой фаз почвы, тесно между собой связанных, определяется кислотностью почвенного раствора (актуальная кислотность), а также ионами водорода и алюминия, находящимися в поглощенном состоянии (потенциальная кислотность). Возникновение и размеры актуальной кислотности зависят от количества находящихся в почвенном растворе ионов водорода и гидроксила. Потенциальные формы кислотности, подразделяемые обычно на обменную и гидролитическую, зависят преимущественно от размеров и качественного состава почвенного поглощающего комплекса. Обменная кислотность, по мнению одних исследователей, определяется поглощенными ионами водорода; по мнению других, кислые свойства почвенной солевой вытяжки зависят от присутствия в растворе обменного алюминия; согласно третьей точке зрения обменная кислотность может определяться совместным влиянием ионов и водорода и алюминия, соотношение между которыми варьирует в зависимости от генезиса той или иной почвы и свойств отдельных ее горизонтов. Имеющиеся экспериментальные материалы наиболее полно отвечают гипотезе о совместном присутствии в кислых почвах ионов водорода и алюминия, извлекаемых солевыми вытяжками; в гумусированной части почвы кислотность почвы определяется преимущественно наличием водородных ионов, а в минеральных бескарбонатных горизонтах - ионов алюминия и отчасти марганца. Следует также отметить, что кислотность почвы увеличивает подвижность не только алюминия, но и марганца, а на сильнокислых почвах также и железа, и цинка. Повышенная концентрация названных элементов оказывает токсическое влияние на большинство растений. Из этого приходится сделать вывод о необходимости в дальнейшем разработать более дифференцированную диагностику известкования с учетом структуры кислотности, т. е. содержания ионов водорода, алюминия и марганца и отношения к ним отдельных культур.Гидролитическая кислотность возникает в результате воздействия на почву гидролитически щелочных солей. Большинство исследователей считают, что в почве нет резко ограниченных форм кислотности, а есть лишь поглощенные водородные ионы, которые способны обмениваться с основаниями при различной величине рН раствора. Так, обменная кислотность соответствует поглощенным водородным ионам, вытесняемым из поглощающего комплекса при рН до 5,0, а гидролитическая - при рН 8,0 действующего раствора.Разделение потенциальной кислотности на обменную и гидролитическую является условным и сохраняется лишь ввиду некоторого удобства такого деления при решении ряда практических вопросов известкования.Результаты аналитических определений различных форм кислотности почвы коррелируют с рядом природных факторов, непосредственно влияющих на биологические процессы в почве и рост растений, а поэтому могут являться ценными показателями для прогноза действия извести на почву и растения.Овощные культуры по-разному реагируют на кислотность почвы. Большинство из них лучше растет и развивается на почвах с реакцией, близкой к нейтральной. По требованиям к кислотности почвы овощные культуры можно разделить на три группы: первая -- рН от 7 до 7,5 (артишок, капуста кочанная и цветная, морковь, свекла, сельдерей, салат, лук репчатый, спаржа, петрушка); вторая -- рН от 6 до 7 (фасоль, баклажаны, чеснок, капуста листовая, брюссельская, редис, кабачки, свекла листовая, репа, томаты, лук-шнитт, лук-шалот, лук-порей, дыня мускатная, цикорий, огурцы, хрен, шпинат, ревень); третья -- рН от 5 до 6 (тыква, картофель, пастернак, щавель).

15. Продуктивность экосистем, виды продукции экосистем

По мере того, как человечество с упрямством, достойным лучшего применения, превращает лицо Земли в сплошной антропогенный ландшафт, всё большее практическое значение приобретает оценка продуктивности различных экосистем. Человек научился получать энергию для своих производственных и бытовых нужд самыми различными способами, но энергию для собственного питания он может получать только через фотосинтез.

В пищевой цепи человека в основании почти всегда оказываются продуценты, преобразующие энергию Солнца в энергию биомассы органического вещества. Ибо это как раз та энергия, которую впоследствии могут использовать консументы и, в частности, человек. Одновременно те же самые продуценты производят необходимый для дыхания кислород и поглощают углекислый газ, причём скорость газообмена продуцентов прямо пропорциональна их биопродуктивности. Следовательно, в обобщенном виде вопрос об эффективности экосистем формулируется просто: какую энергию может запасти растительность в виде биомассы органического вещества? На верхнем рис. 1 приведены значения удельной (на 1 м²) продуктивности основных типов экосистем. Из этой диаграммы видно, что сельскохозяйственные угодья, создаваемые человеком, отнюдь не самые продуктивные экосистемы. Наивысшую удельную продуктивность дают болотистые экосистемы -- влажные тропические джунгли, эстуарии и лиманы рек и обычные болота умеренных широт. На первый взгляд, они производят бесполезную для человека биомассу, но именно эти экосистемы очищают воздух и стабилизируют состав атмосферы, очищают воду и служат резервуарами для рек и почвенных вод и, наконец, являются местами размножения для огромного числа рыб и других обитателей вод, используемых в пищу человеком. Занимая 10 % площади суши, они создают 40 % производимой на суше биомассы. И это без каких-либо усилий со стороны человека! Именно поэтому уничтожение и «окультуривание» этих экосистем есть не только «убийство курицы, несушей золотые яйца», но и может оказаться самоубийством для человечества. Если обратиться к нижней диаграмме рис. 1, то можно видеть, что вклад пустынь и сухих степей в продуктивность биосферы ничтожен, хотя они уже занимают около четверти поверхности суши и благодаря антропогенному вмешательству имеют тенденцию к быстрому росту. В долгосрочной перспективе борьба с опустыниванием и эрозией почв, то есть превращение малопродуктивных экосистем в продуктивные, -- вот разумный путь для антропогенных изменений в биосфере.

Способность живых организмов к созданию новой биомассы называется продуктивностью. Скорость образования биомассы за единицу времени на единице площади называется продукцией. Биологическую продукцию выражают в джоулях на 1 м² за одни сутки, калориях на 1 м² за одни сутки, килограммах на 1 га за один год.

Органическая масса, создаваемая растением за единицу времени называется первичная продукция. Валовой первичной продукцией называют общее количество вещества и энергии, производимых автотрофами экосистемы. Чистая первичная продукция-скорость накопления органического вещества в растительных тканях после вычета расходов на дыхание. Консументы могут использовать только чистую первичную продукцию.

Вторичная продукция в экосистемах образуется консументами. Вторичная продукция сообщества всегда меньше первичной продукции. Согласно правилу пирамиды биологической продукции на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы создаваемой за единицу времени больше, чем на последующем.

16. Ветровая эрозия почв, районы наибольшего распространения. Меры по охране почв от ветровой эрозии

Под эрозией (от латинского слова «егозю» -- «разъедание») понимают многообразные процессы разрушения и сноса почв и рыхлых пород потоками воды и ветром. Разрушение почв и пород дождевыми, талыми и поливными водами называют водной эрозией, а ветром -- ветровой эрозией или дефляцией.

Ветровая эрозия -- это полное или частичное разрушение пахотного слоя почвы под действием ветра. Иногда этот процесс называют дефляцией почвы -- выдувание воздушными потоками почвенных агрегатов и механических элементов из поверхности почвы. Ветровая эрозия бывает повседневной и заключается в постепенном перевевании высохших плодородных частиц, обнажении корней растений, а также кратковременной -- в виде пыльных («черных») бурь, возникающих при сильных ветрах, смерчах, ураганах. Ветровая эрозия вызывает выдувание, развевание почв, навевание на них мелкодисперсных пород. Ветровая эрозия незакрепленных почв может происходить в любое время года и при любой силе ветра. Она наиболее опасна весной при силе ветра более 15 м/с, когда почва взрыхлена и на ней еще не развились сельскохозяйственные культуры. Ветровой эрозии особенно подвержены почвы засушливых областей. Наиболее часто встречается на сельскохозяйственных территориях Азии, Южной Европы, Африки, Южной и Северной Америки, Австралии.

С ветровой эрозией, особенно в открытых степях или на равнинах, можно бороться посадкой ветроломных полос, состоящих из одного или более рядов деревьев или кустарников, размещенных под углом к преобладающим ветрам. Ветроломные полосы имеют местное значение, эффективность их действия определяется густотой и высотой деревьев. Содержание почвы под постоянным растительным покровом в сочетании с ветроломными полосами является надежным способом борьбы с ветровой эрозией в местностях, где она является проблемой. На почвах, богатых органическим веществом, рядки зерновых культур используют для временной защиты овощных культур от ветра.

...