Анализ изменения состава и свойств черноземов лесостепи и степи Зауралья при распашке

Анализ изменения состава и свойств черноземов лесостепи и степи Зауралья при распашке

Дипломная работа

Анализ изменения состава и свойств черноземов лесостепи и степи Зауралья при распашке

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

2.1 Условия почвообразования

2.2 Объекты и методика исследований

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Морфологические признаки черноземов

3.2 Деградационные изменения состава и свойств черноземов лесостепи и степи при распашке

3.3 Урожайность яровой пшеницы на черноземных почвах

3.4 Почвенно-экологическая оценка черноземов

3.5 Рациональное использование черноземов лесостепной и степной зон Челябинской области

4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ

5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

5.1 Охрана труда

5.2 Охрана природы

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Чернозем - уникальное творение природы, апогей почвообразования («царь почв»), эталон плодородия. Он имеет огромное биосферно-экологическое, экономическое и научное значение: на основе его исследования сформулирована парадигма генетического почвоведения.

На долю черноземов приходится половина пахотных угодий страны. Черноземы Южного Урала имеют относительно непродолжительную историю антропогенеза. В настоящее время это регион интенсивного развития сельского хозяйства и промышленности, с высокой распаханностью сельскохозяйственных угодий - 70-90 %, лесистостью всего 2-3 %, более 50 % площади подвержено эрозии (Ф.Х. Хазиев, 2000).

На всей территории Челябинской области преобладают черноземы выщелоченные, на них приходится 39,3 % пашни; черноземы обыкновенные составляют 34,8 %, южные - 4,1 %. В сумме почвы черноземного типа занимают более 78 % площади пашни.

100 лет назад В.В. Докучаев говорил об ухудшении черноземов («Арабский скакун, загнанный, забитый,…»), предложил меры по их возрождению. Они осуществились фрагментарно (Каменная степь и другие), и сейчас деградация черноземов идет ускоренным темпом, охватив большие площади. По мнению А.П. Щербакова (2000), двадцатое столетие характеризуется резким усилением антропогенного воздействия на почвенный покров черноземной зоны.

Человек, превратив часть целинных земель в пашню, прервал течение естественных процессов. Теперь от его агрономической деятельности полностью зависят судьба пахотных почв, их развитие, плодородие и производительность.

Черноземные почвы обладают высоким потенциальным плодородием, но их эффективное плодородие зависит от тепло- и влагообеспеченности, биологической активности. В настоящее время происходит дегумификация почв, сокращение мощности гумусовых горизонтов, формирование дисбаланса элементов питания и гумуса. По данным Ф.Х. Хазиева (2000) происходит значительное подкисление почв, особенно черноземов лесостепи.

Производственная деятельность человека - мощный специфический фактор влияния на почву и на весь комплекс окружающих условий развития почвообразовательного процесса. Этот фактор сознательно направленного воздействия на почву, вызывающий изменение ее свойств и режимов, идет значительно более быстрыми темпами, чем это происходит под воздействием природного почвообразования. При этом характер и значимость изменений почвы зависит от социально-экономических, производственных отношений, уровня развития науки и техники.

В связи с этим темой исследования стало изучение деградационных изменений в черноземах лесостепной и степной зон Челябинской области, используемых в пашне. Данные исследования необходимы для создания картотеки и каталога геолого-почвенного музея института агроэкологии.

Объектами исследований послужили почвы, обследованные во время первой и третьей почвенных экспедиций института агроэкологии и в настоящее время являющиеся экспонатами геолого-почвенного музея.

Цель работы:

Изучить свойства черноземов лесостепи и степи Челябинской области на целине и пашне.

Задачи исследований:

Изучить свойства черноземов лесостепи (чернозема выщелоченного) и степи (черноземов обыкновенного и южного) в условиях целины.

Изучить изменение свойств черноземов лесостепи и степи при распашке.

Дать экологическую и экономическую оценку черноземным почвам на пашне и целине Челябинской области.

Определить оптимальные приемы использования черноземов Челябинской области.

Для уточнения таксономических единиц черноземных почв, данных в полевых условиях, на основании морфологических признаков, проведены аналитические исследования.

Рабочая гипотеза:

Свойства черноземов лесостепи подвержены деградации в меньшей степени, чем свойства черноземов степи.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Генезис черноземов

О происхождении черноземов высказано несколько гипотез. В.В. Докучаев (1949) считал, что черноземы образовались при изменении почвообразующих пород под действием климата, степной растительности и других факторов. Впервые эта гипотеза о растительно-наземном происхождении чернозема была сформулирована М.В. Ломоносовым в 1763г. Академиком П.С. Палласом (1799) была выдвинута морская гипотеза происхождения чернозема: образовались из морского ила, разложения органических остатков растительности при отступлении моря (В.П. Ковриго и другие, 2000).

Третья гипотеза, высказанная Э.И. Эйхвальдом (1850), Н.Д. Бриляком (1852) заключается в том, что черноземы возникли из болот при постепенном их обсыхании.

Черноземы, по некоторым данным, - сравнительно молодые почвы. Исследования с помощью радиоуглеродного датирования показали, что они образовались в послеледниковое время в течение последних 10-12 тыс. лет. Возраст гумуса верхних почвенных горизонтов в среднем составляет не менее тысячи лет, а возраст более глубоких горизонтов - не менее 7 - 8 тыс. лет (Виноградов и другие, 1969).

Современные представления о происхождении черноземных почв, подтверждающие гипотезу их растительно-наземного происхождения, сложились на основании трудов В.В. Докучаева (1949), П.А. Костычева (1949), А.А. Измаильского, Г.Н. Высоцкого, Л.И. Прасалова, П.Г. Адерихина, Е.Л. Афанасьевой и других исследователей.

По данным Н.Ф. Ганжара (2001), ведущим процессом формирования черноземов является дерновый, сущность которого заключается в накоплении гумуса, аккумуляции биофильных элементов и формировании водопрочной структуры под воздействием травянистой растительности.

Ведущим элементарным процессом почвообразования (ЭПП) в черноземах является гумусообразование, для которого в этих почвах складываются наиболее оптимальные условия:

§ - высокое количество ежегодного опада;

§ - преобладающая часть опада растений (более 60 %) поступает в почву в виде корней;

§ - высокое содержание оснований и азота в составе опада;

§ - высокое содержание оснований в почвообразующих породах;

§ - насыщенность минеральной части почв кальцием и магнием, близкая к нейтральной реакция среды;

§ - умеренная биологическая активность.

По мнению В.П. Ковриго (2000), перечисленные условия предполагают гуматный тип гумуса черноземов, сложность гуминовых кислот, преимущественное закрепление их в форме гуматов кальция, пониженное присутствие фульвокислот.

Процесс оструктуривания в черноземах протекает при взаимодействии гумусовых веществ с минеральной частью почвы (образуются устойчивые органо-минеральные соединения).

Вторичные минералы (монтмориллонит и другие) при черноземном процессе образуются как при выветривании первичных минералов, так и путем синтеза из продуктов разложения опада, но они не перемещаются по профилю почвы.

Вместе с накоплением гумуса идет закрепление важнейших элементов питания растений (N, P, S, Ca и др.), а также возникновение в гумусовом слое зернистых водопрочных агрегатов. Последние образуются в результате клеящей способности гумусовых веществ.

Неоднородность факторов почвообразования, изменение климатических условий, растительности определяют особенности черноземообразования в пределах зоны.

Наиболее благоприятные условия для черноземного процесса в южной части лесостепной зоны с оптимальным гидротермическим режимом, приводящим к формированию максимальной биомассы. Севернее более влажные условия климата способствуют выносу оснований из опада, выщелачиванию и даже оподзоливанию черноземов.

Южнее уменьшается количество атмосферных осадков, нарастает дефицит влаги в почве, снижается количество поступающих в почву органических остатков, усиливается их минерализация, что приводит к снижению интенсивности гумусообразования и гумусонакопления.

В соответствии с особенностями факторов почвообразования в зоне черноземов выделяют следующие подзоны: оподзоленных и выщелоченных черноземов, типичных черноземов, обыкновенных черноземов, южных черноземов. Первые две подзоны относятся к лесостепи, третья и четвертая - к степи.

Изменение климата, растительности в направлении с запада на восток привели к фациальным различиям черноземных почв, проявляющимся в разной мощности гумусового слоя, содержания гумуса, формах выделения карбонатов, глубине промывания, особенностях водного и теплового режима.

Дерновый процесс в черноземах сочетается с целым рядом ЭПП: элювиальных (выщелачивание, оподзоливание, лессиваж, осолодение), метаморфических (оглеение, оглинение, слитизация), гидрогенно-аккумулятивных (олуговение, засоление), иллювиально-аккумулятивных (карбонатно-иллювиальный) и других. В результате этих процессов формируются свойства, позволяющие разделять черноземы на разных таксонометрических уровнях (подтип, род, вид).

1.2 Классификация черноземов

Согласно современной классификации принято следующее разделение почв черноземного типа на подтипы и роды с учетом фациальных особенностей черноземообразования, свойств и режимов черноземных почв (И.С. Кауричев, 1989).

Классификация черноземов

На виды все черноземы делятся по следующим признакам:

- по мощности гумусового слоя - сверхмощные (>120 см), мощные (120-80 см), среднемощные (80-40 см), маломощные (40-25 см) и очень маломощные (<25 см);

- по содержанию гумуса - тучные (>9 %), среднегумусные (9-6 %), малогумусные (6-4 %), слабогумусированные (2-4 %) и очень слабогумусированные (<2 %).

Кроме того, черноземы делятся на виды по степени выраженности сопутствующего процесса (слабо-, средне-, сильновыщелоченные, слабо-, средне-, сильносолонцеватые и т. п.).

В географическом распределении подтипов черноземов наблюдается четкая зональная закономерность. Поэтому зона черноземных почв с севера на юг подразделяется на подзоны: черноземов оподзоленных и выщелоченных, черноземов типичных, черноземов обыкновенных и южных.

1.3 Понятие о мониторинге

Под мониторингом понимают систему наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей природной среды (А.Г. Банников и другие, 1999).

Почвенному мониторингу в ней принадлежит важнейшая роль, так как почва представляет собой производную геологического и биологического круговорота веществ.

В зависимости от территориального охвата осуществляется федеральный (фоновый), региональный (природно-хозяйственный), локальный (биологический) мониторинг.

Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения, в частности черноземов, в Челябинской области проводится по программе природно-хозяйственного и фонового мониторингов и носит комплексный характер. Его цель - раннее обнаружение развития неблагоприятных свойств почв и почвенного покрова при сельскохозяйственном использовании. Мониторинг осуществляется на стационарных пунктах, размещенных в различных почвенно-климатических зонах. Разрезы для отбора почвенных образцов закладываются на целине и пашне; пробы почвы на химические анализы отбираются по всем генетическим горизонтам (А.П.Козаченко, 1997).

Таким образом, основными задачами мониторинга земель являются:

своевременное выявление изменений состояния земельного фонда, их оценка, прогноз и выработка рекомендаций по предупреждению и устранению последствий деградационных процессов;

информационное обеспечение государственного земельного кадастра, рационального землепользования и землеустройства, контроля над использованием и охраной земель.

1.4 Изменение свойств черноземов при их сельскохозяйственном использовании

На черноземных почвах выращивают зерновые, технические, масличные, плодовые культуры. Сельскохозяйственное использование почв существенно изменяет природный процесс почвообразования. Прежде всего, изменяется характер биологического круговорота веществ, условия формирования водного и термического режимов (И.С. Кауричев, 1982). При возделывании сельскохозяйственных культур с пахотных угодий ежегодно отчуждается большая часть создаваемой биомассы, в почву поступает значительно меньше органических остатков. Дозы разового внесения удобрений ограничиваются не только их дефицитом и эффективностью использования, но и экологическими последствиями, например, избыток нитратов.

Снижение количества источников гумуса приводит к снижению содержания и запасов гумуса в пахотных черноземах (Н.Ф. Ганжара, 2001). При этом ухудшаются санитарно-защитные свойства, снижается биологическая активность почвы. Потери и недостаток легкоразлагаемых органических веществ неизбежно приводит к усилению процессов выпахивания: к ухудшению структуры, физических и водно-физических свойств, ухудшению питательного режима почв.

При сельскохозяйственном использовании на свойства черноземов влияют также приемы обработки почвы, минеральные и органические удобрения, сельскохозяйственная техника, режим орошения.

Влияние обработки на свойства черноземов

По мнению Г.Ф. Манторовой (2003), почва является саморегулирующейся системой, обеспечивающей в известных границах в течение многих лет естественное воспроизводство плодородия. Это свойство почвы не гарантирует сохранения постоянного уровня продуктивности пашни, тем более - ее повышения. В естественных условиях на целинных и залежных землях плодородие почвы увеличивается за счет использования энергии солнца зелеными растениями, оставляющими в почве энергетического материала больше, чем потребляют его для жизни.

Но естественное пополнение плодородия прекращается при отчуждении человеком продукции зеленых растений. Равновесие нарушается и вступает в силу закон возврата: надо вернуть земле, как минимум, то количество питательных веществ, которое отчуждено с урожаем.

Как известно, основная масса корней культурных растений размещается в верхнем слое почвы, послеуборочные остатки сохраняются на поверхности, что способствует гетерогенному строению пахотного слоя почвы и является причиной более мелкого размещения корней последующих культур. В районах с недостатком влаги верхний десятисантиметровый слой менее чем за две недели в условиях жаркой погоды пересыхает до мертвого запаса влаги. В нижних же слоях влага сохраняется в почве до середины июня. То есть имеет место противоречие: небольшие запасы доступных форм питательных веществ - в верхнем слое, а более благоприятный водный режим - в нижнем. Такое состояние приводит к резкой дифференциации слоев по плодородию.

В.И. Торжевский (1983) отмечал, что при длительном применении безотвальных способов обработки почвы происходит дифференциация пахотного слоя по плодородию. В.М. Холзаков (2001) наблюдал это явление на почве, обработанной как отвально, так и безотвально, и не только в конце вегетационного периода, но и в периоды между обработками. Кроме того, разные виды обработок оказывают неодинаковое воздействие на биогенную активность, агрофизические, водные свойства почвы.

В зависимости от характера и интенсивности обработок агрофизические свойства черноземов изменяются следующим образом. В опытах и производственных условиях длительная обработка почв оказывает незначительное влияние на механический и микроагрегатный состав. Напротив, структурно-агрегатный состав черноземов претерпевает значительные качественные и количественные изменения. Глыбистость почвы возрастает на 4-11 % от веса. На 10-18 % снижается содержание агрегатов агрономически ценного размера (10-0,25 мм), на 15-19 % - водоустойчивость почвенной структуры, на 18-26 % - механическая прочность и на 2-4 % - пористость агрегатов размером от 5 до 0,25 мм. Средние показатели на целине (залежи) составляют соответственно 8, 15, 77, 55, 90 и 42 %. Плотность сложения пашни сразу же после обработки снижается на 0,2 г/см3, после самоуплотнения возрастает на 0,08-0,21 г/см3 по сравнению с залежью. Водопроницаемость в максимально взрыхленном состоянии составляет 120-142 мм/г, при равновесной плотности - 53-62 мм/г (В.В. Медведев, 1979).

При распашке целинных черноземов происходит снижение гумуса и азота в пахотном слое и ухудшение других свойств почвы как под влиянием механических обработок и усиления минерализации гумуса, так и при воздействии эрозии.

Негативное воздействие тракторов на почву

Тяжелая техника отрицательно влияет на почву. Так, в результате воздействия колес и гусениц тракторов в слое 0-10 см плотность сложения почвы может превысить 1,3 г/см3, содержание воздуха опуститься ниже критического (15 %), твердость достигнуть 20 кг/см2, а водопроницаемость уменьшиться до 10-15 мм/час. Отрицательные изменения прослеживаются до глубины 50-60 см (И.С. Кауричев, 1982).

Обработка уплотненной почвы снижает ее плотность до 0,9-1,0 г/см3, но сопровождается образованием глыб даже в состоянии физической спелости. Способность такой почвы уменьшать плотность под действием переменного увлажнения и высушивания прослеживается до плотности 1,25 г/см3 Уплотненная весной почва наиболее разуплотняется к весне будущего года (но только в слое 0-10 см), менее всего - в течение лета. При более высокой исходной плотности способность почвы к разуплотнению заметно ослабевает (Проблемы почвоведения, 1982).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6