Причины дегумификации почв


Виды деградации почв

Российский государственный социальный университет

Факультет охраны труда и окружающей среды

Кафедра социальной экологии и природопользования

ДОКЛАД

по дисциплине:

Введение в экологию и природопользование и формирование университетской корпоративной культуры

на тему:

ВИДЫ ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВЫ

Выполнил: студент группы ЭиП-Д-1

Шувалов Д.Э.

Проверил: д. б. н., профессор

Зубкова В.М.

Москва 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВ

.1 Сущность понятия

.2 Причины деградации

. ВИДЫ ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВЫ

.1 Физическая деградация почв


.2 Химическая деградация почв

.3 Биологическая деградация

. БОРЬБА С ДЕГРАДАЦИЕЙ ПОЧВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Деградация почвы — распространенное явление в мире. Хотя качество почвы может быть улучшено путем рекультивации, большинство антропогенных воздействий снижают качество почвы, прямо или косвенно вызывая ее деградацию.

Каждый год определенная часть почв выходит из сельскохозяйственного обращения в силу разных причин. Огромные территории земли страдают от эрозии, выветривания, опустынивания, большого антропогенного влияния, которое со временем только усиливается. Тем самым плодородие почв уменьшается, приводя к деградации земель, что может очень сильно сказаться на окружающей среде.

Процесс деградации почвы является актуальной проблемой, поскольку почвенные ресурсы Земли имеют важное значение для человека.

Актуальность определила цель исследования — изучить виды деградации почвенного покрова. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

-выявление причин деградации;

-изучение особенностей разных видов деградации почв;

рассмотрение методов борьбы с деградацией почв.

1. ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВ

В широком смысле деградация почв это процессы, ухудшающие плодородие почв. В узком смысле деградация почв это процессы разрушения структуры, потери гумуса и обменных оснований [5].


Несмотря на очевидность понятия «деградация почв», связанного в первую очередь со значительной (по времени) историей развития земледелия и использования почвенных ресурсов (наиболее ранние упоминания о процессах потери почвенного плодородия относятся к ранним цивилизациям, упомянуты в Библии и Коране), впервые научное обоснование деградации почв и вляния на них деятельности человека дали российские ученые В.В. Докучаев и А.А. Измаильский. Именно исследования В.В. Докучаевым причин потери урожайности в степных областях России легли в основу созданной им на рубеже 19-20 веков новой науки о почве как особом естественноисторическом теле природы — почвоведения. Докучаеву так же принадлежит введение понятия "деградация" применительно к почвам, а также обоснование необходимости учета антропогенного фактора при анализе становления и развития почв [4].

1.1Сущность понятия

Понятие «деградация почв» до настоящего времени не имеет четкого определения, однако в него, так или иначе, включаются процессы ухудшения свойств почв и их качества. Обобщая многочисленные определения деградации почв, содержащиеся в современной литературе, можно отметить близость их смыслового содержания и выделить следующие базовые элементы:


-понятие деградации почв обычно раскрывается через совокупность процессов почвообразования, приводящих к изменениям в почвах и почвенном покрове по сравнению с эталонными (как природными эталонами, так и эталонами по продуктивности);

-деградация почв ведет к повышению затрат на восстановление средств и уровня производства;

деградация почв ведет к снижению плодородия почв, продуктивности и качества продукции;

деградация почв приводит к отклонениям от экологических норм, изменениям функций почв как элемента экологической системы и ухудшению параметров, важных для функционирования биоты и человека [4].

В современном почвоведении понятие «деградация почв» или «деградация почвенного покрова» расценивается с сугубо антропоцентрических позиций, т.е. с позиций удобства и благополучия человека и окружающей его природной среды. Системное понятие деградации отвечает понятию деградации почв в случае таких разрушающих почву воздействий и процессов, как эрозия, дефляция, дегумификация, но не вполне соотносится с ним в случае, например, формирования солонцеватых черноземов при орошении. Возможно, в будущем почвоведы будут различать разные стороны понятия «деградация», но в современном мире главной является энвайроменталистская точка зрения (энвайроменталистика — учение об окружающей среде) [1].


Таким образом, точное понятие определения «деградация почв» в наше время заключить достаточно трудно, поэтому существуют только обобщенные понятия и определения.

1.2Причины деградации

Не вполне устоявшимся является также представление о причинах деградации почв и почвенного покрова. Как правило, наиболее активно исследуются деградационные явления, связанные с деятельностью человека. Изменения, происходящие при этом, носят в основном локальный характер, территориально ограниченный тем или иным типом хозяйственной деятельности [1].

Как некоторые из причин деградации почвенного покрова можно выделить:

-медленное тектоническое опускание или поднятие территории;

-землетрясения;

извержения вулканов (в том числе и грязевых), гейзеров, выход термальных источников;

выветривание пород;

затопление земель во время прохождения тайфунов, цунами и приливами;

заболачивание в связи с изменениями термических условий;

-неправильное применение удобрений и пестицидов. Внесение высоких доз азотных удобрений иногда отрицательно влияет на почвенную структуру и снижает противоэрозионную устойчивость почв. Применение повышенных доз пестицидов, содержащих соли тяжелых металлов, также может снижать плодородие почв, т. к. при обработке в ней уничтожаются полезные микроорганизмы и черви, а также изменяется кислотность;


-мелиоративные работы. При неправильной технологии таких работ снижается гумусовый слой почвы, плодородный слой почвы засыпается почвообразующей породой;

лесозаготовки. Повреждаются и уничтожаются подлесок, травянистый покров, подстилка и верхний гумусовый слой почвы. Особенно большой вред почве наносят тракторные волоки и транспортировка леса по временным дорогам;

раскорчевка леса. Вместе с корнями деревьев из почвы выносится большое количество гумуса;

лесные пожары. Вместе с лесом уничтожается лесная подстилка и трава. Действие огня распространяется на гумусовый слой почвы, происходит деградация лесных почв, пожары на осушенных торфяных почвах. На пастбищах и пахотных массивах выгорает полностью органический слой почвы;

отсутствие рациональных соотношений между земледелием и животноводством;

уничтожение растительного покрова при заготовке топлива;

разрушение растительного и почвенного покрова при дорожном и индустриальном строительстве, геологоразведочных работах, разработке полезных ископаемых и т. п.;

вторичное засоление, подщелачивание и подтопление орошаемых земель и засоление почв, не связанное с орошением.


Одной из причин сокращения площади обрабатываемых земель является интенсивная водная и ветровая эрозия, обусловленная ростом масштабов влияния антропогенного фактора на почвы. Эрозия почв стала бичом земледелия, несмотря на меры по ее ограничению. В странах Западной Европы эрозией охвачено 50-60% территории, в США до 75% всех земель. Разрушение почвы проявляется в ее смывах и размывах, в образовании ручьев, оврагов, пыльных бурь и в других отрицательных явлениях. Водной эрозии подвержено 31% суши, ветровой — 34%. Ежегодный смыв почвы с поверхности Земли достигает 134 т/км2, в Мировой океан смывается до 60 млрд. тонн почвенного покрова[1].

Таким образом, существует множество антропогенных и природных факторов воздействия на почву, приводящих к ее деградации.

2. ВИДЫ ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВЫ

Все виды деградации почв можно условно разделить на три основные группы:

-физическая деградация — ухудшение физических и водно-физических свойств почвы, нарушение почвенного профиля;

-химическая деградация — ухудшение химических свойств почв;

биологическая деградация — сокращение численности видового разнообразия и оптимального соотношения различных видов микроорганизмов, загрязнение почвы патогенными микроорганизмами, ухудшение санитарно-эпидемиологических показателей[2].


На Рисунке 1 в наиболее общем виде представлены виды воздействия на почвы, приводящие к проявлению деградационных явлений.

Рисунок 1. Основные виды антропогенного воздействия на экосистемы и их реакция

2.1 Физическая деградация почв

Физическая деградация почвы фиксируется как по уменьшению мощности органогенных горизонтов почв или уничтожению других почвенных горизонтов и всего профиля, так и по изменению конкретных физических свойств механически ненарушенного почвенного профиля (собственно физическая деградация). Нарушение почвы может быть связано и с поступлением на ее поверхность постороннего абиотического наноса, ухудшающего продукционную функцию почвы [1].

Механические нарушения почвы, приводящие к физическому разрушению почвенного профиля или его части, могут быть вызваны различными формами антропогенных воздействий.

Физическая деградация выражается в ухудшении почвенной структуры и всего комплекса физических свойств, т.е. в разрушении физической основы почвы, и развивается везде, где применяют избыточные нагрузки механического, химического, водного или биологического характера. Физическая деградация может быть обусловлена различными природными факторами и развиваться в условиях естественных биогеоценозов в результате изменения климатических условий, естественных процессов выветривания, эрозии, опустынивания и т.д. Причиной физической деградации почв могут явиться также различного рода катастрофические процессы природного и антропогенного характера [1].


Существуют два основных проявления деградации:

-накопление деградационных признаков до критического состояния, когда процессы становятся необратимыми. Это изменение почв фактически представляет собой «медленную» катастрофу, обусловленную всей сложившейся системой эксплуатации природных ресурсов и почв в том числе, общей культурой природопользования. Такая «накопительная» деградация происходит в случае длительной интенсивной эксплуатации почв как постоянного технологического ресурса в технологиях сельского, лесного и некоторых других производств, где основным достоинством почвы считается ее плодородие;

-частичное или полное разрушение почвы как неизбежный этап промышленных технологий природопользования, осуществляемы в течение короткого промежутка времени и приводящего к моментальному разрушению природных объектов и почв в том числе. Такое проявление деградации носит локальный характер и опасно быстротой и полнотой проявления. Как правило, причины и степень разрушения почв являются в данном случае очевидным [1].

Эрозия почв

Под эрозией почвы понимается разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов почвы в результате действия воды и ветра. Причины распространения эрозии почв можно разделить по пяти группам факторов эрозии: климатические, топографические, почвенные, биогенные и антропогенные. Непосредственное влияние на интенсивность эрозиозных процессов оказывают следующие факторы:


климатические факторы — интенсивность и продолжительность дождя или снеготаяния, температура воздуха, скорость, направление и время проявления ветра;

-топографические факторы — длина, крутизна, форма склонов, характер рельефа;

свойства почвы — водопроницаемость, противоэрозийная стойкость;

биогенные факторы — создание беспозвоночными в почве сети каналов, защитная роль растительности, проявляющаяся в снижении скорости ветра и влиянии на температурный и водный режим почвы.

В процессе хозяйственной деятельности человек изменят соотношение факторов эрозии почв, что сопровождается ускорением развития эрозии почв [1].

Как итог, можно сказать, что крайней степенью физической деградации почв является полное уничтожение почвы как природного объекта, вплоть до состояния горной породы.

антропогенный экосистема деградация почва

2.2 Химическая деградация почв

Химическая деградация почв включает изменение многих почвенных свойств вследствие различных причин природного и антропогенного происхождения. Факторы и причины химической деградации можно разделить на две группы:


-изменения, вызванные сельскохозяйственными процессами, связанные с потерей элементов минерального питания, гумуса, подкисления за счет высоких доз кислых удобрений и за счет окисления сульфидов в почвах, где они имеются;

-изменения, вызванные загрязнением почв промышленными и коммунальными отходами, избыточными дозами навоза и пестицидов, кислотными дождями и разливами нефти [1].

В большинстве случаев для пахотных почв характерна потеря гумуса, что, как правило, можно считать негативным явлением. При хорошо спланированном земледелии и высоких урожаях в почве иногда наблюдается и накопление органического вещества. Качественный состав гумуса может изменяться в любую сторону. Изменения предсказать трудно, поскольку они зависят как от набора возделываемых культур, так и от химизации земледелия и применяемых мелиоративных приемов [1].

Гипсование и известкование почв, направленное на регулирование степени почвенной реакции не всегда оказывают только хорошее воздействие на почву. В почву могут попадать нежелательные компоненты, усиливаться вертикальная миграция почвенных компонентов, повышаться растворимость веществ [1].

Щелочные и кислотные дожди — антропогенное явление, обусловленное накоплением в атмосфере оксидов азота, серы, ионов хлора или фтора, и пылевидных выбросов заводов. При взаимодействии таких выбросов с парами воды накапливаются кислоты, которые вместе с осадками поступают на поверхность почвы и затем просачиваются вниз по почвенному профилю. Кислые осадки, как правило, усиливают почвенную кислотность, вызывая деградационные процессы [1].

Добыча и переработка различных полезных ископаемых характеризуется различными химическими процессами, которые сопровождаются выбросами в атмосферу различных газов. Они воздействуют на почвы или непосредственно в газовой форме (поглощаясь почвенным покровом) или предварительно взаимодействуют с парами воды и выпадают на поверхность Земли в виде дождя и снега [1].

При загрязнении почв нефтью в них возрастает доля углеводородов, снижаются подвижность и доступность многих элементов питания растений, изменяется химический состав почвенного воздуха.

В заключение можно отметить, что химическая деградация почв неизбежно происходит даже при их обычном сельскохозяйственном использовании. При развитии и расширении различных видов производства, городских поселений, транспорта, нарушения почвенного покрова могут приобретать огромные размеры.

2.3 Биологическая деградация

Изучение процессов биологической деградации связано с ролью биоты в функционировании почв. Почвенные организмы обеспечивают осуществление многих экологических функций почв. При любых видах деградации почв первыми на них реагируют именно организмы. В первую очередь нарушается биоразнообразие, происходит его обеднение, изменяются доминирующие виды, некоторые виды вообще исчезают. При воздействии деградационных факторов различают четыре зоны со сдвигами в составе биоты:

-зона гомеостаза с нормальным составом организмов;

-зона стресса с перестройкой в количественных соотношениях видов, но без изменения качественного состава;

зона развития резистентных организмов;

зона репрессии [1].

Почвенные организмы страдают от всех видов деградации. При ветровой или водной эрозии почв организмы частично или почти полностью уносятся, причем для восстановления биоты требуется восстановление самой почвы.

Почвенные организмы резко реагируют на деградацию химического состояния почв. Любые изменения ведут к изменению биоты. Однако организмы являются фактором борьбы с химической деградацией почв, так как они могут очищать почву от нефти и пестицидов, способствовать образованию минеральных соединений, разрушать вредные природные органические соединения [1].

Таким образом, деградация биологических свойств почв наносит опасный и многосторонний вред как для почв, так и для биосферы в целом.

3. БОРЬБА С ДЕГРАДАЦИЕЙ ПОЧВ

В последние годы в мире в результате нерационального использования земель произошли и продолжают нарастать неблагоприятные изменения окружающей человека среды обитания. Поэтому система земледелия в крае должна носить природоохранный характер. Природные условия в каждой зоне имеют свои особенности. Выделяются пять уровней охраны почв и борьбы с деградацией:

1уровень — защита почв от их прямого уничтожения. Необходимо максимально ограничить и запретить открытые разработки полезных ископаемых, внедрить технологии застройки, которые бы наиболее экономно использовали почвенное пространство. Для восстановления пострадавших почв нужно проводить рекультивацию земель;

2уровень — защита освоенных и используемых почв от их качественной деградации;

уровень — мероприятия по предотвращению негативных структурно-функциональных изменений освоенных почв. Эта профилактика должна осуществлять систему опережающей защиты почв от деградации. Важными компонентами являются оптимизация пищевого, водного, теплового и газового режимов почвы; поддержание на должном уровне ее биохимической активности и сохранение полноценной почвенной биоты;

уровень — своевременное восстановление деградированных освоенных почв;

уровень — восстановление и сохранение естественных почв; резервирование целинных почв; полное соблюдение охраны почв особо охраняемых территорий; исключение особо охраняемых почв из хозяйственного использования и восстановление естественного состояния; соблюдение особого режима использования и охраны почв; организация новых комплексных почвенных и агропочвенных заказников [3].

Осознавая опасность общей деградации почв, Первая Всемирная конференция Организации Объединенных наций по окружающей среде в 1972 году подняла вопрос о необходимости охраны почв, а Международная организация по продовольствию (ФАО (FAO), Food and Agriculture Organization) приняла в 1982 году «Всемирную хартию почв», в которой было сказано, что нужно рассматривать почвенный покров как всемирное достояние человечества. В наше время необходимость охраны почв подтверждена такими международными документами как «Повестка дня на 21 век» (Рио-де-Жанейро, 1992 год), Конвенция ООН по борьбе с опустыниванием, Конвенция ООН по биоразнообразию и многими другими [4].

В России необходимость охраны почв законодательно закреплена в Законе РФ «Об охране окружающей среды» [6].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Почву часто называют главным богатством любого государства в мире, поскольку на ней производится около 90% продуктов питания человечества.

Точное понятие определения «деградация почв» в наше время заключить достаточно трудно, поэтому существуют только обобщенные понятия и определения.

Существует множество антропогенных и природных факторов воздействия на почву, приводящих к ее деградации.

Все виды деградации почв можно условно разделить на три основные группы: физическая, химическая и биологическая. Крайней степенью физической деградации почв является полное уничтожение почвы как природного объекта, вплоть до состояния горной породы. Химическая деградация почв неизбежно происходит даже при их обычном сельскохозяйственном использовании. При развитии и расширении различных видов производства, городских поселений, транспорта, нарушения почвенного покрова могут приобретать огромные размеры. Деградация биологических свойств почв наносит опасный и многосторонний вред как для почв, так и для биосферы в целом.

Деградация почв сопровождается неурожаями и голодом, приводит к бедности государств, а гибель почв может вызвать гибель всего человечества. Поэтому в наше время нужно разумно использовать почвенные ресурсы, проводить меры, предотвращающие деградацию почвы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Деградация и охрана почв / под ред. Г.В. Добровольского. — М.: Изд-во МГУ, 2002. — С.33-60.

2.Динамика и охрана экосистем / Урусов В.М., Майорова Л.А. , Майоров И.С и др. — М., 2005. — 4 с.

.Привалова Н.М., Костина К.А., Процай А.А. Деградация почв и меры борьбы с ней // Фундаментальные исследования.- 2007.- № 6.-С. 59-59

.Прокофьева Т.В. Деградация почв // Фонд знаний «Ломоносов». — 2010. — 18 декабря [Электронный ресурс]. URL: #»justify»>.Толковый словарь по почвоведению / под ред. А.А. Роде. — М.: Наука, 1975. — 288 с.

.Федеральный закон "Об охране окружающей среды" от 10.01.2002 N 7-ФЗ // Российская газета, №6, 12.01.2002.

Источник: www.BiblioFond.ru

1. Нарушение баланса (биологического круговорота) минеральных и органических веществ в почве вследствии потерь, без соответствующего восполнения. 1.1. Растворение и вынос с поверхностными и почвенными водами в результате дефляции и с урожаем;

1.2. Недостаточное внесение органических и минеральных удобрений с 1993 по 1996 гг. Использование минеральных и органических удобрений снизились более чем в 10 раз. Под урожай 1996 года внесено 336 тысяч тонн органических удобрений на площади 7000 га и 1,4 тысяч тонн минеральных удобрений на площади 21000 га.

2. Отсутствие мониторинга почвенного покрова.

3. Водная и ветреная эрозия почв. Особенно высокая предрасположенность к ветровой эрозии сохраняется в степной подзоне области (1,2 млн. га).

4. Почвоохранные лесные насаждения недостаточны и распределены неравномерно: лесные колки, реки, озера часто не имеют лесов и водоохранных зон.

5. Нарушение агротехнических почвозащитных приемов обработки (обработка сухой почвы, несоблюдение севооборотов).

6. Монокультура — зерновые занимают около 60 % площади пашни.

7. Заболачивание и вторичное засоление почв на орошаемых площадях вследствии природного процесса подъема почвенных и грунтовых вод и в результате аварии на магистральных водопроводах.

8. Механическое влияние тяжелой техники.

9. Недостаточные масштабы залужения оставляемых малопродуктивных пахотных земель.

27

Влажность почвы — безразмерная величина, характеризующая содержание в почве влаги. Выражается: а) в % от веса сухой почвы (весовая влажность, или просто влажность п.); б) в % от объема п. (объемная влажность); в % от содержания влаги, соответствующего тому или иному виду влагоемкости, чаще всего полной или наименьшей (относительная влажность).

Влажность почвы необходимо знатьдля определения значения питания растений.

28

В газообразном состоянии. химически и физически связанная вода. Каппилярная.

Содержание доступной влаги в почве зависит от механического состава, содержания гумуса и структуры почвы.

В жидком и капиллярном состоянии и гравитационном состоянии.

Гигроскопическая влагаадсорбированнаячастицами почвы из атмосферы при её влажности менее 95 %, либо остающаяся в почве при её высушивании довоздушно-сухогосостояния (обычно привлажности воздуха50-70 %). Соответственно, при повышении влажности воздуха возрастает и величина гигроскопической влажности почвы. То же происходит и по мере утяжеления гранулометрического состава почвы, что особенно хорошо проявляется при высоком содержании в почвегумусаиилас диаметром частиц менее 0,001мм. По представлениям большинства исследователей, гигроскопическая влага не сплошь покрывает частицы почвы, а концентрируется лишь на некоторых участках.

Количество воды, которую почва прочно удерживает, а растения не могут использовать, составляет мертвый запас воды.обычно равный полуторной максимальной гигроскопичности.

29

Влагоёмкость(водоёмкость, водоудерживающая сила, капиллярность почвы) — свойство почвы принимать и задерживать в своих волосных скважинах известное количество капельножидкой воды, не позволяя последней стекать.

Водопроницаемостьпочвы(син.: водопропускная способность п.) — свойство п., как пористого тела, пропускать через себя воду

Водопроницаемость— способностьпочвывоспринимать и пропускать воду из верхних горизонтов в нижние.

Водоподъемнаяспособностьпочвы — это его свойство вызывать восходящее передвижение в нем воды за счет капиллярных сил.

Способностьпочвыводоподъемная— свойство п. как пористого тела вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней влаги, происходящее за счет капиллярных сил.

Эти параметры зависят от типов и стпуктуры почв.

30

Деградацияпочв— процесс постепенного снижения плодородияпочвывследствие изменения климата, растительного покрова, воздействия человека, неблагоприятного водного режима, а также ее возрастающего выщелачивания.

ПРИЧИНЫ:

1. Неправильное применение удобрений и пестицидов. Внесение высоких доз азотных удобрений иногда отрицательно влияет на почвенную структуру и снижает противоэрозионную устойчивость почв. Применение повышенных доз пестицидов, содержащих соли тяжелых металлов, также может снижать плодородие почв, т. к. при обработке в ней уничтожаются полезные микроорганизмы и черви, а также изменяется кислотность.

2. Мелиоративные работы. При неправильной технологии таких работ снижается гумусовый слой почвы, плодородный слой почвы засыпается почвообразующей породой.

3. Лесозаготовки. Повреждаются и уничтожаются подлесок, травянистый покров, подстилка и верхний гумусовый слой почвы. Особенно большой вред почве наносят тракторные волоки и транспортировка леса по временным дорогам.

4. Раскорчевка леса. Вместе с корнями деревьев из почвы выносится большое количество гумуса.

5. Лесные пожары. Вместе с лесом уничтожается лесная подстилка и трава. Действие огня распространяется на гумусовый слой почвы, происходит деградация лесных почв.

6. Пожары на осушенных торфяных почвах. На пастбищах и пахотных массивах выгорает полностью органический слой почвы.

Источник: studfile.net

Органическое вещество является важнейшей составляющей частью почвы; его содержание и формы в наибольшей степени определяют основное свойство почвы — плодородие. Плодородие почв (по И. С. Кауричеву) — это способность почв удовлетворять потребность растений в питательных элементах, воде, обеспечивать корневую систему достаточным количеством воздуха, тепла и благоприятной физико-химической средой для нормального роста и развития.
Органическая часть почвы включает все органические вещества, присутствующие в почвенном профиле, за исключением тех, которые входят в состав живых организмов. Сюда относятся отмершие части живых организмов, еще не утратившие своего анатомического строения (корни и стебли растений, остатки микроорганизмов и животных). Совокупность всех органических соединений, утративших свое анатомическое строение в результате гумификации под воздействием почвенных микроорганизмов, составляет гумус.
Гумусовые вещества представляют собой систему высокомолекулярных азотсодержащих соединений, включающих алифатические цепи и циклические структуры. Такое строение обуславливает характер взаимодействия гумусовых веществ с минеральной частью почвы и возможность их прочного закрепления в ней.
Содержание, состав и особенности гумуса той или иной почвы определяются условиями гумусообразования: количеством и составом биомассы, поступающей в почву, климатическими особенностями и т.п. Содержание, состав и запасы гумуса в почвенном профиле относят к числу показателей, от уровня которых зависят практически все агрономически ценные свойства почв и, в первую очередь — ее плодородие (рис. 73).
Оптимальное содержание гумуса в почве обеспечивает благоприятный для растений водно-воздушный режим, хорошую прогреваемость почвы, высокую емкость катионного обмена, устойчивый пищевой режим. Почвы с оптимальным уровнем и составом гумуса устойчивы к водной и ветровой эрозии, обладают высокой буферной емкостью по отношению к внешним факторам, т.е. способны снижать отрицательное действие высоких доз удобрений, «связывать» тяжелые металлы

Причины дегумификации почв
Причины дегумификации почв
Причины дегумификации почв
Причины дегумификации почв
и пестициды. Оптимальным принято считать такое гумусное состояние почв, которое способно обеспечить планируемый урожай при условии максимальной эффективности использования вносимых удобрений и применяемых агротехнических мероприятий.
В процессе целинного почвообразования происходит постепенное накопление гумуса в почве и возрастание ее естественного плодородия (рис. 74). С началом земледелия течение этого процесса нарушается и гумусное состояние почв существенно изменяется. В первые годы после распашки и введения в сельскохозяйственный оборот цезии ных почв в них интенсифицируются процессы минерализации органического вещества и уменьшается его содержание. По данным

Причины дегумификации почв
Рис. 74. Схема изменения содержания гумуса при целинном почвообразовании и сельскохозяйственном использовании почв: 1,2,3 — при различных уровнях окультуривания и внесения органических удобрений; 4,5,6 — при различных уровнях дефицита органического вещества

почвенного института им. В.В. Докучаева, через 12—13 лет после распашки целины пашня под сельскохозяйственными культурами без внесения органических удобрений и травосеяния теряет от 25 до 36% исходного содержания гумуса в зависимости от зонального типа почвы.
В последние десятилетия опубликовано много работ о потерях гумуса почвами различных зон и континентов. Уменьшение запасов гумуса отмечается и в большинстве регионов России, в том числе и в ее основной житнице — черноземной зоне. Так, гумусированность почв Центрального черноземного района за столетие снизилась от 10—14% до 7—10%, содержание гумуса в черноземах Поволжья и Предуралья упало с 13—16% до 7—10%, а с 10—13% до 4—7%. Уменьшение запасов гумуса в пахотном (0—30 см) слое лесостепных черноземов составляет 0,7—0,9 т/га в год, а степных — 0,5—0,7 т/га в год. Сходные данные имеются и по другим типам почв.
В числе основных причин, вызывающих дегумификацию сельскохозяйственных угодий, обычно называют следующие: Недостаточное поступление в обрабатываемые почвы биомассы — «сырья» для процессов гумификации; Ускорение минерализации органического вещества вследствие интенсивной обработки и применения удобрений; Ускорение минерализации органического вещества при некоторых приемах гидротехнических и химических мелиораций; Потери гумуса за счет эрозии и дефляции; Отчуждение обогащенного гумусом пахотного слоя при проведении ряда сельскохозяйственных мероприятий.

Выводы об изменении гумусного состояния почв основываются на данных, полученных следующими способами: сравнения содержания гумуса в пахотных почвах с его содержанием в их целинных или залежных аналогах; сравнением аналитических данных, полученных для современных почв, с материалами их обследований прошлых лет; балансовыми расчетами, основанными на различных принципах оценки прихода (поступлений) и расхода (потерь) органического вещества в почвах сельскохозяйственных угодий.
Остановимся более подробно на основных причинах дегумификации почв. Годичный прирост биомассы целинных почв и почвенного покрова лесных массивов зависит от природной зоны. Так, в почву тундры ежегодно поступает 1 ц/га биомассы, таежных ельников — 45, дубрав — 90, луговых степей — 137 ц/га. Эта биомасса, включающая корневую систему растений, опад лесов и травы степной зоны, обогащает прчву органическим веществом и служит исходным материалом для процессов гумусообразования.
С введением почв в сельскохозяйственный оборот эта биомасса существенно уменьшается за счет выноса части ее с урожаем. Кроме того, корневые и пожнивные остатки после зерновых культур существенно уступают по глубине простирания и густоте корневой системе диких злаков. Биомасса картофеля, сахарной свеклы и других корнеплодов отчуждается из почвы полностью, и только кукуруза обладает мощными глубокими и обильными корнями. В распаханных почвах усиливается аэрация, облегчается доступ кислорода воздуха к органическим веществам, интенсифицируется деятельность микроорганизмов. Все это ускоряет минерализацию гумусовых веществ, тем более, что при многократных обработках на дневную поверхность регулярно выносятся новые слои почвы. Орошение также улучшает жизнедеятельность почвенных микроорганизмов и, как следствие, ускоряет минерализацию гумуса до С02 и Н20 и, следовательно, способствует его потерям. Те же условия для развития почвенной микрофлоры создают гипсование и известкование почв, оптимизирующие их кислотно-основные свойства. Выше уже упоминалось, что распашка целинных почв способствует возникновению и развитию процессов эрозии и дефляции, которые смывают и уносят прежде всего верхний, особенно богатый гумусом слой почвы. Земля, уже не защищенная естественным покровом травянистой, как правило, очень густой растительности, легко смывается потоками ливневых, снеговых, ирригационных вод и развевается ветром, теряя гумус. Так, только в период снеготаяния почвы центра и юга Русской равнины теряют 400—750 тыс. т органического вещества.

Заметные и необратимые потери органического вещества пахотными почвами вызываются отчуждением с полей пахотного слоя ходовыми частями машин, причем эти потери затрагивают особенно важную для плодородия тонкодисперсную часть почвы, обогащенную не только гумусом, но и всеми элементами минерального питания, включая микроэлементы.
Если подсчитать ожидаемые потери гумуса по данным многих исследователей, то можно ожидать, что уже к 2010 году потери гумуса во многих типах почв могут составить около половины его современных запасов в слое 0—20 см. 

Источник: bookucheba.com

4.4.2. Изменения химических свойств почв под влиянием хозяйственной деятельности человека

Наиболее серьезные последствия для почвенной биоты и человека связаны с изменением химических свойств почвы, поскольку эти изменения непосредственно влияют на метаболизм живых организмов.

Основное внимание будет уделено изменению химических свойств почв в глобальном масштабе: дегумификации, потере почвами элементов питания и их загрязнению.

Потеря почвами гумуса

Дегумификация как деградационный процесс известна давно и характерна для почв агроценозов во всех странах мира, но количественная оценка и планетарные масштабы этого явления были вскрыты лишь в последние годы.

Уничтожение естественной растительности и распашка целинных земель приводит к резкому изменению гидротермического режима и биологического круговорота веществ в агроценозах, в том числе, резко меняется цикл углерода. Результатом распашки почв в течение первых лет является резкое снижение их гумусированности на 25–50 % от исходного количества. Последующая эволюция гумусного состояния этих почв будет зависеть от используемых технологий земледелия. При эффективном ведении хозяйства, направленном на сохранение и воспроизводство почвенного плодородия, происходит стабилизация гумусного состояния почв. Однако чаще имеет место прогрессирующее сокращение запасов органического вещества почв. Вынос органического вещества в агроценозах всех стран ежегодно составляет 1–2 %. По данным Г. В. Мотузовой [14] , в Российской Федерации на долю почв с низким содержанием гумуса приходится 50 % всех пахотных почв, с критическим уровнем – 15 %. В Московской области за период с 1987 по 1999 гг. доля почв с низкой обеспеченностью гумусом возросла с 26 до 40 %. В почвах черноземной зоны РФ за 100 лет потери гумуса в среднем составили 20–30 % от исходного запаса. За последние десятилетия дегумификация усилилась из-за резкого снижения внесения органических и минеральных удобрений.

Глобальный баланс дегумификации по расчетам Б. Г. Розанова приводится Г. В. Мотузовой [14]. До того как деятельность человека начала играть важную роль в эволюции почв среднее содержание органического углерода в них составляло 2 %, а средний запас органического вещества – 13000 т/км2, общий запас органического углерода в гумусе планеты – 1700 млрд т. Современное гумусное состояние почв, подвергшихся воздействию человека, существенно изменилось: в пахотных почвах содержание органического углерода составило 1,5 %, средний запас органического вещества – 900 т/км2, общий запас органического углерода – 135 млрд т; в почвах бедлендов среднее содержание органического углерода – 0,25 %, средний запас органического углерода – 7 млрд т. В почвах, не подвергшихся воздействию человека, запас гумуса оценен в 1290 млрд т органического углерода. Итого, современный общий баланс органического углерода в почвенном покрове планеты составляет 1432 млрд тонн. Таким образом, за 10 тыс. лет земледельческой цивилизации почвенный покров мира потерял 253 млрд т органического углерода вследствие антропогенного воздействия, 60 млрд т за счет современных пахотных земель, а в целом потери составили 313 млрд т (или 16 % от его исходного запаса).

По этим расчетам современная скорость дегумификации почвенного покрова планеты возросла за последние 50 лет почти в 25 раз по сравнению со средней многовековой скоростью. Многими исследователями показано, что в тропиках скорость разложения органического вещества в 4–6 раз выше, чем в умеренных широтах. Поэтому прогнозируемое повышение температуры на несколько градусов в связи с парниковым эффектом приведет к резкому усилению дегумификации почв умеренного пояса.

Последствия потери почвами гумуса многообразны:

– снижение запасов и доступности элементов питания для растений и микроорганизмов;

– снижение биологической активности почвы;

– ухудшение структуры почвы, а также водо– и газообмена в них;

– изменение окислительно-восстановительных условий (часто – нарастание анаэробности);

– усиление парникового эффекта.

Процесс дегумификации рассматривается научным сообществом как расширяющаяся спираль с непредсказуемыми негативными экологическими последствиями вплоть до катастрофических.

Потеря почвами элементов питания

Потеря почвами элементов питания в агроэкосистемах неизбежна за счет их выноса с урожаем. В искусственных экосистемах функция возврата элементов питания возложена на человека. Но процесс возврата питательных элементов в полной мере происходит далеко не всегда.

По агрохимическим показателям пахотные почвы РФ преимущественно являются низкопродуктивными. Тенденции к сокращению агротехнических и агромелиоративных мероприятий усилились в стране в последние десятилетия, снижается общий уровень культуры земледелия. На больших площадях почвы имеют низкий уровень содержания основных элементов питания и повышенную кислотность (табл. 3).

Недостаточно обеспечены фосфором пахотные почвы Урала, Восточной Сибири, Дальнего востока, Хабаровского края. Низкая обеспеченность сельскохозяйственных земель калием отмечается в Республике Коми, Туве, Ярославской, Калужской областях, Северо-Западном и Центральном регионах.

За последние годы в России резко упало применение удобрений, что особенно отрицательно сказывается на почвах со столь значительным недостатком элементов питания. В настоящее время на больших площадях минеральные удобрения не восполняют потери почвами элементов питании. Нередко вынос питательных веществ из почв с урожаем и сорняками в несколько раз превышает их поступление с удобрениями.

Наряду с основными элементами питания, почвы пахотных угодий недостаточно обеспечены микроэлементами. К микроэлементам первоочередной необходимости относят цинк, медь, марганец, кобальт, молибден, бор. Особенно велика доля (80–96 %) почв, требующих внесения молибденовых, цинковых и кобальтовых удобрений.

Таблица 3

Площади сельскохозяйственных угодий Российской Федерации с неудовлетворительными агрохимическими показателями (1994 г.), % [14]

Загрязнение почв

Загрязнение почв – один из опаснейших видов деградации почв и экосистем в целом. Главными источниками химического загрязнения почв являются:

– атмосферные выпадения в радиусе действия промышленных предприятий и добычи полезных ископаемых;

– отходы сельскохозяйственного производства и переработки сельхозпродукции;

– минеральные удобрения и средства химизации сельского хозяйства (пестициды, ядохимикаты, стимуляторы роста, ретарданты);

– автотранспорт;

– тепловые и атомные электростанции.

Значительная часть источников загрязнения почв имеет локальное действие, наиболее крупные оказывают влияние на региональном уровне и в планетарном масштабе, особенно при загрязнении через атмосферу и при использовании на больших площадях (минеральные удобрения).

Одним из таких глобальных процессов является поступление в атмосферу оксидов углерода, серы и азота, образующихся при сжигании топлива.

Оксиды углерода – СО2 и СО (угарный газ) – не оказывают прямого влияния на почвенные свойства, их действие происходит опосредовано. Содержание углекислого газа в атмосфере промышленных регионов повысилось по сравнению с фоном на 10 %, и рассчитано, что его поступление ежегодно растет на 0,3 %. Локальных и региональных последствий это событие не имеет, но очень значимо на глобальном уровне. Увеличение СО2 в атмосфере – одна из причин «парникового эффекта», повышающего температуру на планете. Угарный газ проявляет токсическое действие на локальном уровне, и оно достаточно продолжительно, поскольку газ сохраняется в атмосфере до трех лет [15].

Действие оксидов азота и серы на почвы и экосистемы суши проявляется на всех возможных уровнях. Их экологическая опасность связана со способностью данных оксидов растворяться в атмосферных осадках с образованием азотной и серной кислот и формировать кислотные дожди. Поступившие в атмосферу оксиды серы и азота и кислые продукты их превращения сохраняются в атмосфере в течение нескольких суток. За это время они могут быть перенесены воздушными потоками на сотни и тысячи километров от источника выброса, и проблема кислотного загрязнения приобретает не только локальный и региональный, но и глобальный характер.

Основная часть выбросов SO2 (94 %) сосредоточена в Северном полушарии. Это два крупных региона с хронически кислыми атмосферными осадками: промышленный северо-восток США (рН атмосферных выпадений 4,1–4,2) и Центральная и Северная Европа, главным образом, Германия и Великобритания – (рН 4,1–4,5). В нашей стране, помимо локальных выпадений кислотных дождей, существует проблема трансграничного переноса, имеющая региональный характер. Наиболее заметны проблемы трансграничного переноса в Прибалтике и на северозападе Европейской части России. Здесь рН в среднем составляет 4,4–4,8, а минимальные значения снижаются до 3,7.

Считается, что рН незагрязненных осадков составляет примерно 5,6; присутствие в атмосфере примесей терригенного происхождения (пыль) расширяет диапазон рН от 5 до 7. Наиболее низкие значения рН атмосферных осадков отмечаются вблизи крупных металлургических комбинатов. Если сернистый ангидрид не нейтрализуется, рН дождевых и снеговых вод может опускаться ниже 3. Самое низкое значение за всю историю исследования атмосферных осадков зафиксировано в США и составляет 1,9.

Однако кислотность и состав осадков не являются основными факторами, контролирующими прохождение процессов в почве. Более существенными являются свойства самих почв, подвергающихся воздействию осадков. Кислотные дожди с одинаковыми значениями рН могут вызывать различные последствия на разных почвах. Большинство исследователей предлагают использовать в качестве основных параметров устойчивости почв сумму обменных оснований, степень насыщенности ППК и емкость катионного обмена. Эти характеристики косвенно отражают содержание гумуса, карбонатов, минералогию и механический состав, т. е. свойства, определяющие буферность почв. Изменение одного или нескольких признаков из приведенного перечня меняет буферные свойства.

Наиболее чувствительны к действию кислотных выпадений почвы легкого механического состава, с высокой водопроницаемостью, с низким содержанием обменных оснований и гумуса, слабой сульфат-адсорбционной способностью, кислой рН и низкой степенью насыщенности ППК. Этой характеристике наиболее соответствуют песчаные подзолы. Слабочувствительными к кислотным выпадениям являются некарбонатные глинистые почвы с рН около 6; а также кислые почвы с рН меньше 5, умеренным содержанием гумуса и емкостью поглощения от 6,2 до 15,4 мг-экв/100 г почвы. Нечувствительными являются нейтральные почвы с рН > 6 и сильнокислые с рН < 4 и емкостью катионного обмена больше 15,4 мг-экв/100 г почвы, а также почвы карбонатного состава [14].

Под влиянием кислотных осадков почвы претерпевают следующие изменения.

Кислые растворы вызывают ускоренное выветривание минералов, происходит переход необменных форм элементов в обменные; при кислотном воздействии в нейтральных, богатых гумусом почвах с высокой степенью насыщенности основаниями преобладает протонно-кальциевый обмен; в кислых субарктических и подзолистых почвах интенсивно выносится магний; в дерновоподзолистых – марганец и магний; в бурых лесных – кальций и магний.

Из-за повышения растворимости алюмосиликатов возрастает количество подвижного железа и алюминия, растет опасность проявления токсичных свойств этих металлов.

Повышается мобильность элементов c фитотоксичными свойствами (Mn, Zn, Cd, Co, Ni).

Меняется скорость разложения органического материала (особенно на стадии минерализации), тормозится переход N и P в доступные растениям формы.

Меняется качественный состав гумуса: высвобождаются в раствор простые органические кислоты (ди– и трикарбоновые). Они обладают высокой хелатирующей способностью и мобилизуют в почвенный раствор больше железа, алюминия, микроэлементов. Кроме того, меняется подвижность гумусовых соединений в связи с их осаждением ионами алюминия и железа. Следствием этого процесса является снижение водорастворимых органических соединений в почве.

Изменения почвенных свойств отражаются, в первую очередь, на жизненном состоянии и структуре растительного компонента биогеоценоза, а также охватывают и других обитателей почв. Перечень основных последствий воздействия кислотных дождей на растения таков:

– затрудняется поглощение катионов корнями растений из-за снижения отрицательного заряда поверхности корней;

– снижается доступность кальция, калия, магния из-за их выноса из ризосферы;

– подвижный алюминий подавляет процессы клеточного деления, уменьшает интенсивность дыхания, нарушает транспорт питательных веществ;

– появление признаков хлороза у растений, т. к. Mn, Zn, Cd, Co, Ni – антагонисты железа;

– снижается устойчивость растений к болезням и неблагоприятным факторам среды.

Подобного рода изменения в питании и метаболизме растений вызывают снижение их устойчивости к воздействию насекомых, патогенных грибов, бактерий, вирусов, ослабляют морозои засухоустойчивость. Среди деревьев наиболее чувствительны к закислению хвойные, из низших растений – лишайники; высокой чувствительностью обладает подрост и растения с поверхностной корневой системой.

Если почва не обладает достаточной буферностью, то происходит попадание кислых почвенных растворов в почвенногрунтовые и поверхностные воды. Пресноводные системы обладают меньшей буферностью, чем почвы, и кислотность озерных вод может снижаться до 5,0–5,5. При этом нарушается ионное равновесие в жабрах рыб, наиболее чувствительными являются сиговые. Особое значение в последнее время приобрело загрязнение группой поллютантов, получивших название тяжелые металлы (ТМ). Кроме металлов к этой группе относят некоторые металлоиды, обнаруживаемые в составе загрязняющих веществ, – As, Sb, Se, B, Mo.

ТМ – группа химических элементов, имеющих плотность более 5 г/см3. Этот термин заимствован из технической литературы, где металлы делятся на «легкие» и «тяжелые». Для биологических объектов правильнее руководствоваться не плотностью, а атомной массой, т. е. относить к «тяжелым» все металлы с атомной массой более 50.

Представления об обязательной токсичности ТМ являются заблуждением, т. к. в эту группу входят и жизненно важные для организмов медь, цинк, молибден, кобальт, марганец, железо. Группа ТМ по сути совпадает с понятием микроэлементы – обязательные для живых организмов химические элементы, содержание которых измеряется величинами порядка n*10-2 – n*10-5 %. Также эти элементы называют следовые, массовые, редкие, рассеянные. Недостаточное или избыточное содержание этих элементов в почвах связано с двумя факторами: биогеохимическими особенностями экосистем; влиянием техногенных потоков вещества. Районы, в которых концентрация химических соединений в силу природных причин оказывается выше или ниже оптимальной, называются биогеохимическими провинциями. Их появление связано с особенностями почвообразующих пород, почвообразовательного процесса, а также с присутствием рудных аномалий.

Антропогенное загрязнение биосферы химическими элементами привело к формированию техногенных аномалий, в которых содержание химических элементов в десятки раз превышает фоновое содержание их в ландшафтах. В результате могут формироваться глобальные аномалии, охватывающие весь Земной шар; региональные, охватывающие части материка, страны и области; локальные, радиусом в несколько десятков километров. Для таких повышенных концентраций элементов термин «микроэлементы» уже непригоден, и следует использовать термин «тяжелые металлы».

«Металлический пресс» на биосферу, названный В. И. Вернадским «металлизацией», усиливается, и размеры его, повидимому, будут продолжать расти. Задача науки состоит в изучении возникшей ситуации и выработки приемов противодействия процессу загрязнения среды ТМ. Для этого необходимо знать потенциальную опасность различных металлов и закономерности их поведения в системе «почва – живой организм», характер и интенсивность включения ТМ в пищевые цепи.

Металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в ее толще, особенно в верхних гумусо-аккумулятивных горизонтах, и медленно удаляются. Для ТМ принято отмечать период полуудаления (по аналогии с радиоактивными элементами) – удаление половины от начальной концентрации. Для разных элементов период полуудаления сильно варьирует: для цинка – 70–510 лет, кадмия – 13–110 лет, меди – 310–1500 лет, свинца – 740–5900 лет [17].

Распределение ТМ в ландшафте зависит от расстояния до источника загрязнения, климатических условий (силы и направления ветров, количества осадков), рельефа местности и технологических факторов (фазовое состояние отходов, способ поступления в окружающую среду, высота труб предприятий).

Загрязняющие вещества могут находиться в любом фазовом состоянии, но преобладающим является загрязнение аэрозолями. Крупные частицы аэрозолей (>2мкм) выпадают в пределах нескольких километров от источника, формируя зону максимальной концентрации поллютантов. Загрязнение может распространяться на десятки километров, размер и форма ареала загрязнения зависит от вышеназванных факторов.

На характер распределения ТМ в почвах влияет весь комплекс почвенных условий и свойства самих элементов. Механический состав оказывает прямое влияние на закрепление ТМ и их подвижность: количество поглощенных элементов линейно зависит от присутствия тонкодисперсных глинистых минералов и органических веществ. Почва тяжелого механического состава сорбирует ТМ и характеризуется меньшей потенциальной опасностью их поступления в растения. Песчаные почвы менее всего удерживают ТМ, и вероятность включения их в трофические цепи возрастает.

Аккумуляция основной части загрязнителей происходит преимущественно в гумусо-аккумулятивном горизонте. Связываются ТМ с алюмосиликатами, несиликатными минералами и органическими веществами. Металлы и металлоиды могут образовывать сложные комплексоы с гумусом, поэтому почвы с высоким содержанием гумуса удерживают больше ТМ, они становятся менее доступны для растений.

Увеличение кислотности сопровождается повышением растворимости соединений металлов, но ограничением растворимости металлоидов.

Значительное влияние на поведение металлов оказывает характер увлажнения почв. Избыток влаги в почве способствует появлению ТМ с низкой степенью окисления и в более растворимых формах. Анаэробные условия повышают доступность металлов для растений. В условиях промывного водного режима металлы и металлоиды могут быть вынесены за пределы почвенного профиля и стать источником вторичного загрязнения подземных вод.

Однако решающим фактором в распределении ТМ в биосфере является тип почвенно-геохимического барьера. Геохимическим барьером называется участок, где на коротком расстоянии происходит резкое снижение миграционной способности химических элементов, приводящее к их накоплению. Геохимические барьеры могут быть механическими, физикохимическими, биогеохимическими, техногенными. Механический барьер – участок резкого уменьшения интенсивности механической миграции химических элементов. Такие барьеры образуются на путях распространения литохимических потоков рассеивания в результате уменьшения скорости и несущей способности потока и, как следствие, выпадения тяжелой фракции (россыпи золота, платины, олова и др.). Биогеохимический барьер связан с биогенным концентрированием химических элементов. Примером такого барьера является верхний гумусовый слой почвы, где концентрируются металлы в результате образования различных малорастворимых металлоорганических соединений. На биогеохимических барьерах образуются залежи горючих ископаемых (угля, торфа, нефти), происходит образование залежей известняка, фосфоритов, селитры. Физикохимический барьер – наиболее обширный тип геохимических барьеров, обусловлен изменением интенсивности миграционных потоков элементов в результате протекания различных физикохимических процессов в литосфере и гидросфере. Техногенные геохимические барьеры связаны с деятельностью человека, приводящей к образованию техногенных потоков рассеивания химических элементов и их концентрированию в различных геосферах. Примером является складирование и захоронение отходов, в которых содержание химических элементов в десятки и сотни раз превышает их кларковые значения в литосфере. Типы почвенных геохимических барьеров и связанная с ними подвижность и характер накопления ТМ представлены в табл. 4.

Таблица 4. Типы почвенных геохимических барьеров

* Концентрируется на испарительном барьере

Последствия воздействия тяжелых металлов на живые организмы и биоценозы многообразны [14–16]. Первыми «удар» ТМ принимают микроорганизмы, водоросли, грибы и растения. Для клеток ТМ являются протоплазматическими ядами, токсичность их возрастает по мере увеличения атомной массы. ТМ способны ингибировать активность ферментов, усиливать распад АТФ, изменять проницаемость мембран и конкурировать с другими металлами, входящими в состав жизненно важных молекул (ферменты, пигменты и др.).

Тяжелые металлы изменяют протекание процессов и на популяционном уровне: подавляется азотфиксация, разложение органического вещества, прорастание спор грибов; нарушается дыхание и ферментативная активность почвы, проявляется микробостатический и генотоксический эффект [22]. В целом при хроническом загрязнении ТМ первичные сообщества почв сменяются вторичными, нетипичными, в которых мало разнообразие и преобладают один-два устойчивых вида. Установлено, что в почвах с высоким содержанием ТМ доминируют виды грибов, обладающих фитотоксическим действием на прорастающие семена, а некоторые из них становятся возбудителями заболеваний животных и человека. Такие сукцессии меняют характер круговоротов основных биогенов, следствием чего может стать появление почв с нетипичными свойствами и признаками.

Наибольшую опасность для высших организмов представляют последствия микробной трансформации неорганических соединений ТМ в органометаллические (ртуть – метилртуть). Образовавшиеся соединения могут поступать в биологические объекты и накапливаться в трофических цепях. Так, аккумуляция ТМ грибами привела к отравлениям и заболеваниям людей в ряде европейских стран в районах высокого уровня промышленного и транспортного загрязнения. Причем наиболее высокое содержание ТМ отмечено в плодовых телах наилучших съедобных грибов рр. Boletus и Agaricus (ртуть – до 0,22 мг/кг, кадмий – до 19,0 мг/кг).

Воздействие тяжелых металлов на растения разнообразно и неоднозначно. Фитотоксичность металлов и устойчивость к ним растений зависит от разных условий. Существенное значение имеет вид металла и количество, находящееся в почвенном растворе. Есть виды растений, способные концентрировать отдельные тяжелые металлы без видимых признаков угнетения. О механизмах устойчивости культур к разным видам ТМ известно еще мало. Устойчивость растения по отношению к одному металлу, как правило, не распространяется на другие. Есть предположения, что это свойство организмов находится под генетическим контролем и может быть использовано при выведении новых сортов растений, способных давать урожай незагрязненной продукции на загрязненной почве.

Анализ золы различных частей растений показывает, что тяжелых металлов больше содержится в корнях, затем идут стебли и листья и, наконец, семена, клубни. Это перераспределение ТМ по органам растения физиологи связывают с преобладающим типом транспорта ТМ. Главный путь транспорта ТМ в растения – апопластический (по ксилеме и клеточным оболочкам); поэтому тяжелыми металлами богаче те органы растения, которые получают растворы по апопласту – корни, стебли, листья, корнеплоды. Клубни, а также репродуктивные органы снабжаются веществами за счет симпластического транспорта. При этом типе транспорта вещества двигаются по плазмодесмам, этот транспорт включает мембранный перенос, следовательно, избирательность. Главный концентратор ТМ в клубнях – их покровы, вступающие в контакт с почвой.

Огромный масштаб имеет загрязнение природных ландшафтов нефтью и нефтепродуктами. Нефть – жидкое горючее полезное ископаемое, ее ежегодная мировая добыча составляет 2,5 млрд т и увеличивается ежегодно на 5 %. Нефтепродукты – это товарная сырая нефть, прошедшая переработку на промысле, и продукты ее переработки, используемые в хозяйственной деятельности.

Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами происходит при добыче, транспортировке, переработке и их непосредственном использовании. Потери составляют около 50 млн т /год, их основные причины – аварии на нефтепромыслах, разрывы нефтепроводов. Существенный вред причиняют природной среде полиароматические углеводороды, образующиеся при сгорании топлива, из-за их устойчивости к разложению и высокой токсичности. Экологические последствия загрязнения ландшафта нефтью и нефтепродуктами зависят от свойств загрязняющих веществ и ландшафта.

Нефть – смесь большого числа веществ (>450) с различными молекулярными массами и разными свойствами, практически нерастворимых в воде. В жидких углеводородах растворены твердые и газообразные. Нефть включает легкие (летучие) и тяжелые фракции. Летучие фракции обладают повышенной токсичностью для обитателей почвы, но действие их кратковременно. Тяжелые фракции нефти, включающие смолы, асфальтены, парафины, малоподвижны, они закупоривают поры почвы, склеивают почвенные частицы. При этом меняются воднофизические свойства почв, нарушается водообмен, снижается поступление воды к корням растений.

Трансформация нефти происходит за счет абиотических (окисление и фотохимическое разложение) и биотических процессов. Большое значение в природе имеет микробиологическое разложение нефти углеводородокисляющими бактериями. Конечными продуктами микробиологической трансформации являются низкомолекулярные органические соединения, которые могут встраиваться в макромолекулы природных органических веществ.

В почвах, загрязненных нефтью, наблюдаются следующие изменения:

– изменение всех почвенных свойств (морфологических, физических, химических и строения почвенного профиля);

– нарушение природного соотношения между отдельными группами и фракциями органического вещества почв;

– проникновение нефти и нефтепродуктов в грунтовые воды;

– нарушение экологического равновесия в почвенной экосистеме;

– снижение почвенного плодородия и создание токсикологически опасных ситуаций.

Благодаря наличию природных механизмов разрушения нефти и нефтепродуктов, почвы могут сами очищаться от этого вида загрязнения и обладают определенным потенциалом самоочищения. Однако существует такой уровень концентрации нефтепродуктов, выше которого почва не может справиться с загрязнением. Этот уровень называют пределом потенциала самоочищения (ППС). Самоочищение почвы от нефти зависит от климатических условий (осадки, температура) и свойств почвы (содержания гумуса, гранулометрического состава, рН, биологической активности).

Значения ППС по нефтепродуктам, выше которых предусматривается рекультивация, в разных странах различны: в Канаде – 1000 мг/кг, в Голландии – 5000 мг/кг, в России – 10000 мг/кг. При этом нарушения в структуре сапротрофного микробного сообщества, соответствующие состоянию стресса, по данным собственных исследований автора, начинают отмечаться уже при концентрации дизельного топлива 1000 мг/кг почвы.

Полное изменение структуры микробного сообщества происходит при его концентрации 70 000 мг/кг, в этом случае из десятков видов сапротрофных микроорганизмов остаются функционирующими 2–4 вида устойчивых к этому загрязнению. Прекращение роста растений наблюдается при количестве нефтепродуктов 3500 мг/кг, серьезный ущерб экосистеме наносится при концентрации нефтепродуктов 20000 мг/кг почвы.

Источник: iknigi.net


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.