Физическая деградация почв. Причины и механизм

ВОПРОСЫ:

1. Виды физической деградации

2. Параметры физического состояния почв

3. Слитизация почв, как выражение физической деградации

4. Защита почв от физической деградации

4.1. Профилактика переуплотнения пахотных почв

4.2. Мероприятия по борьбе с механическими нарушениями почв

ВОПРОС 1. Виды физической деградации

К физической Д. относятся, прежде всего

механические нарушения, приводящие к физическому разрушению всего почвенного профиля или его части, что может быть вызвано различными формами антропогенных воздействий, относящихся к сфере или промышленной (I) или сельскохозяйственной (II) деятельности.

К промышленным (I) формам нарушений относятся следующие: 1.индустриально-мусорно-отвальные,

2. торфяно-карьерные, просадочно-карьерно-отвальные и другие, связанные с добычей полезных ископаемых,

3. разрушения почв при строительстве дорог, газо- и нефтепроводов.

Cельскохозяйственные нарушения Наиболее существенные нарушения обусловлены распашкой и выпасом скота.

При распашке происходят изменения микрорельефа поверхности, плотности сложения горизонтов почвы, резкое увеличение эрозионной опасности и т. д.

Выпас вызывает формирование пространственной неоднородности (порассуждать о пользе и вреде неоднородности) ПП, изменение биопродуктивности фитоценозов, ухудшение физических и химических свойств почв, снижение их противоэрозионной устойчивости.

В итоге физическая ДП выражается в ухудшении почвенной структуры и всего комплекса физических свойств (уменьшение пористости, водопроницаемости, воздухоёмкости и пр.).

Крайней степенью физической деградации является полное уничтожение почвы как природного тела вплоть до состояния горной породы. В этом слу-чае ландшафт превращается в абиотическую пустыню

Физическая деградация почв является непреднамеренным последствием земледелия и выражается в неблагоприятном изменении физических свойств почв, по сравнению с их оптимальным состоянием, необходимым для обеспечения населения продукцией растениеводства.

ВОПРОС 2. Параметры физического состояния почв

Физическая деградация почв – это некоторое негативное изменение комплекса физических свойств или физического состояния почв, характеризуемого определенными количественными параметрами. Фактически физические свойства почвы полностью определяются состоянием почвенной структуры, которое в свою очередь определяет строение порового пространства.

НАПИСОВАТЬ КРУГОВУЮ ДИАГРАММУ СООТНОШЕНИЯ ФАЗ В ПОЧВЕ

Чернозем тип. Черн. слитой Болотно-торфян.

ТВ. Фаза 45 50 20

Ж. Фаза 35 40 20

Газ. Фаза 20 10 60

Для диагностики физического состояния и, следовательно, уровня физической деградации является достаточным определить следующие (независимые) параметры:

- пористость агрегатов размером 3-5 мм в сухом состоянии,

-коэффициент текстурной усадки,

-межагрегатную пористость.

Эти параметры характеризуют аспекты физического состояния, не связанные друг с другом. Они могут быть достаточно легко измерены и выражены в единицах общепринятой международной системы единиц.

Вместе с тем они определяют структуру порового пространства, её динамичность под действием климатических и антропогенных факторов и большинство функциональных свойств почвы: водоудерживающую способность, водопроницаемость, фильтрацию и др. Эти величины прямо отражают степень уплотнения почвы и связаны с распыленностью почвенной структуры.

За интегральный показатель физического состояния можно принять объемную массу почвы с ненарушенным сложением, так как она представляет собой функцию от вышеперечисленных показателей, но имеет самостоятельное значение, как оценочная величина.

ВОПРОС 3. Слитизация почв, как выражение физической деградации

Слитыми считают почвы, обладающие неблагоприятными физическими свойствами: резко выраженной набухаемостью,слитостью сложения во влажном состоянии и блочностью структуры и крупной трещиноватостью в сухом состоянии.

Среди исходных свойств, способствующих слитогенез у, как правило, главная роль отводится тяжелому гранулометрическому и смектитовому минералогическому составу при низком содержании органического вещества. Кроме того, слитизации способствует и сочетание контрастного водного режима с высокими летними температурами, которые создают условия для проявления процесса усадки и уплотнения почвы.

Эталоном слитых почв являются слитозёмы (вертисоли).

В Краснодарском крае слитые почвы представлены черноземами слитыми, и полугидроморфными и гидроморфными аналогами черноземов, сформировавшимися на плотных породах в отрицательных элементах рельефа (западинах).

Переуплотнение почв (но не слитость!) возможно также вследствие механического разрушения почвенной структуры под воздействием тяжелой техники в недопустимых (повышенных) пределах влажности и несоблюдении норм агротехники.

Переуплотнение почв (П.п.) сельскохозяйственной или иной техникой – процесс изменения сложения почвы под воздействием высоких механических нагрузок (тяжелой техникой) вследствие разрушения агрегатов и сближения почвенных частиц, приводящих к более плотной их упаковке и уменьшению порового пространства.

Количественные характеристики переуплотнения зависят от генетических свойств почв, гранулометрического состава, агрегированности и прочности агрегатов.

Степень деформации почвы зависит от исходного ее состояния: плотности и влажности во время прохода техники, величины контактного давления на почву, кратности воздействия. Влажность почвы в момент воздействия на нее техники является важнейшим фактором, определяющим степень уплотнения при одной и той же нагрузке.

Глубина деформации, определяемая выше названными факторами, а также единичной массой техники, давлением на ось и напряжением на глубине 50 см, варьирует от 20—30 до 50—60 см.

П.п. ведет к разрушению структуры, повышению плотности и при высушивании - твердости, снижению водо- и воздухопроницаемости, нитрификационной способности, а в конечном итоге к снижению плодородия на 5—20% и более.

Величина интегрального показателя физического состояния плотности почвы повышается под воздействием техники от 0,05 до 0,4 г/см³, величина прироста плотности при этом повышается от 3—4% до 35—40%, составляя в среднем 15—20%. Плотность почвы по следам движителей сельскохозяйственной техники в пахотном слое составляет от 1,2—1,3 г/см³ до 1,4—1,5 и 1,5—1,6 г/см³.

При средней степени уплотнения снижение урожая при прочих равных условиях достигает 20—30% на всех типах пахотных почв.

При сильной степени уплотнения потери урожая могут достигать 50—60%. Многократное из года в год воздействие техники на почву ведет к "накоплению" уплотнения. Уплотнение почв идет не только в вертикальном, но и в горизонтальном от центра следа направлении — на 35—70 см.

Данные, показывающие изменение физико-механических свойств дерново-слабоподзолистой легкосуглинистой почвы в тракторной колее при различном числе проходов [10], свидетельствуют о том, что уже первые два прохода увеличивают плотность верхнего горизонта почвы на 10%, а слоя в 15 см - на 7%.

В проблеме П.п. важное значение, наряду с вопросами прогноза, снижения и предупреждения негативных явлений, приобретают вопросы их разуплотнения и саморазуплотнения.

Основным приемом разуплотнения переуплотненных почв является механическая обработка, на долю которой приходится 50—60%. На долю другого важного фактора разуплотнения и саморазуплотнения — набухания при увлажнении приходится до 35% от общего уменьшения плотности и на долю замерзания — оттаивания — 10—15%. Последствия разового интенсивного уплотнения сохраняются в течение 2—5 лет. Меры по снижению уплотняющего воздействия на почву и по их разуплотнению включают систему агротехнических, организационно-технологических и технических решений.

Агротехнические мероприятия по повышению устойчивости почв к уплотнению и по их разуплотнению включают все приемы по поддержанию бездефицитного или (при необходимости) положительного баланса гумуса, применение разноглубинной качественной обработки при влажности физической спелости, глубокое рыхление.

Организационно-технологические приемы снижения уплотняющего воздействия на почву включают использование технологий с минимально возможным проходом по полям тяжелой, особенно колесной, техники. Эти технологии должны включать минимализацию обработки, разделение техники на полевую и дорожную, перенос части операций по уборке зерновых и семенников многолетних трав на стационары, заправку машин горючим, сеялок зерном и т.п. на краю поля.

Техническое решение проблемы связано с модернизацией ходовых систем существующей техники и разработкой новой техники с допустимым давлением на почву в соответствии с ГОСТ 26955-86. Эффективные пути решения технической задачи включают замену шин колесной техники на более широкие с низким давлением (45—60 кПа).

Наибольшая величина структурной пористости наблюдается при зернистой структуре с рыхлой упаковкой зёрен – агрегатов (максимальный объём пор до 0,35см³/г). В не агрегированных почвах она уменьшается до 0. Именно в таком состоянии поровое пространство отсутствует, как и агрегаты, что и даёт обоснование термину «слитость». При иссушении такая почва расчленяется трещинами на текстурные межтрещинные глыбы-фрагменты. Подобное состояние почвы относится к категории актуальной слитости в отличие от потенциальной, которая ещё не проявилась, но для этого есть предпосылки. Обе категории слитости характеризуются определёнными показателями физического состояния почвы.

П.Н. Березин и И.И. Гудима (1994) характеризуют слитогенность или потенциальную слитость величинами поверхностной энергии твердой фазы (Е, Дж/кг) и ёмкости адсорбционного слоя по адсорбции паров воды (Wa, см³/г) с последующим расчётом суммарных баллов. Пример расчёта потенциальной слитогенности приведен в табл. 1.

Таблица 1

Диапазоны и градации базовых энергетических характеристик поверхности твердой фазы и оценка потенциальной слитогенности почв

Е, Дж/кг	Балл слитости	Wa, см3/г	Балл слитости	Суммарный балл	Категория устойчивости почвы к слитогенезу
<60	1	<0,04	1	<4	Устойчивая
61-80	2	0,05-0,06	2	5-6	Среднеустойчивая
81-100	3	0,07-0,08	3	7-8	Слабоустойчивая
101-120	4	0,09-0,10	4	>8	Слитогенная
>120	5	>0,010	5

Определение этих величин позволяет характеризовать состояние твёрдой фазы, выявлять категорию устойчивости почвы к процессу слитогенеза, на основании чего разрабатываются рекомендации по уровням технологических нагрузок с целью недопущения развития слитости.