Основные функции и свойства почвы
Почва - поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой полифункциональную гетерогенную открытую четырёхфазную (твёрдая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы) структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов. Её рассматривают как особую природную мембрану, регулирующую взаимодействие между биосферой, гидросферой и атмосферой Земли. Почвы формируются под влиянием климата, рельефа, исходной почвообразующей породы, а также живых организмов и изменяются со временем. Плодородие - это главное, основное свойство почвы. Именно с этой способностью почвы связано выращивание тех плодов, за счет которых живет Человек. И это будет продолжаться долго. Мировой океан, занимающий около 71 % поверхности нашей планеты, по-видимому, еще не скоро сможет накормить население планеты. Плодородие обеспечивает утилитарное значение глобальной экологической трофической функции почвы и обеспечивает жителей планеты питанием более чем на 90 %. Высокая дисперсность почв, активная поверхность их тонкодисперсной части и поглотительная способность, обязательное наличие в почвах гумуса, запаса элементов питания, доступных для растений, — это важнейшие свойства, которые обеспечивают плодородие почвы. Эти свойства сформировались в результате выполнения почвой ее важнейших экологических функций: активности постоянных обитателей почвы — живых организмов; способности почвы накапливать энергию; протекания абиогенных и биогеннных процессов трансформации минеральных и органических веществ, которые создают в почве оптимальное соотношение ближнего и дальнего резервов соединений питательных элементов. Протекторная (защитная) функция почвы непосредственно связана со способностью почвы регулировать состав атмосферы и гидросферы. Эта функция связана с разнообразием механизмов поглотительной способности почв, обязательным присутствием в них активных сорбентов различных химических веществ. Для экологического состояния почв имеет значение поглощение как необходимых для растений питательных элементов, так и загрязняющих веществ. Защитить сопредельные с почвой среды от загрязняющих веществ почва может, только поглотив эти вещества и удерживая их в слабоподвижном состоянии. Связывая загрязняющие вещества физически и химически, почва служит своеобразным фильтром, для загрязняющих веществ. За счет этого предотвращается или ограничивается поступление этих веществ в природные воды, растения, далее по пищевым цепочкам — в организм животных и человека. Устойчивость экосистемы к Воздушный режим почвы. В сухой почве все скважины заняты воздухом. Часть его при этом с силой притягивается поверхностью почвенных частиц. Эта часть воздуха обладает слабой подвижностью и называется поглощенным воздухом. Остальной воздух, размещающийся в крупных порах, считается свободным. Он обладает значительной подвижностью, может выдуваться из почв и легко заменяться новыми порциями атмосферного воздуха. По мере увлажнения почвы воздух вытесняется водой и выходит наружу, а часть его и других газов растворяется в почвенной воде. Для успешного произрастания большинства культурных растений необходимо, чтобы в почве одновременно находились вода и воздух. При этом вода занимает мелкие и средние поры, а воздух — более крупные. Находящийся в почве воздух не остается без движения. Днем, когда почва прогревается солнечными лучами, разогревается и находящийся в ней воздух. Он расширяется, и часть его выходит наружу. Ночью почва и содержащийся в ней воздух остывают. В почве образуется разреженное пространство, и новый воздух снаружи заполняет его. Пройдет несколько суток, и весь состав воздуха в почве обновится. Воздух также может выдуваться ветром, вытесняться просачивающейся в почву водой, причем в обоих случаях удаленный из почвы воздух заменяется новыми порциями свежего атмосферного воздуха. Почвенный воздух приходит в движение и при изменении атмосферного давления; увеличение этого давления вызывает внедрение в почву некоторой части надпочвенного воздуха. Наоборот, уменьшение его сопровождается выходом части почвенного воздуха наружу. Наконец, смена воздуха в почве может происходить даже при отсутствии ветра, дождя и при неизменном атмосферном давлении. При этом почвенный воздух, богатый углекислотой и водяными парами, постепенно выходит наружу, а более сухой и богатый атмосферным кислородом внедряется в почвенные поры (происходит процесс диффузии газов). Поскольку почвенный воздух почти всегда сырее атмосферного, замена его последним ведет к просушиванию почвы. Следовательно, почва может испарять и терять воду не только своей поверхностью, но и через внутренние слои и поры. Такое испарение в отличие от поверхностного называется внутрипочвенным. Тепло в почве. Для развития почвы и жизни растений необходимо тепло. Тепло, почва получает от солнца, непосредственно нагреваясь его лучами, или из воздуха и атмосферных осадков. Немного тепла приходит к поверхности почвы и от внутренних нагретых слоев Земли, а также выделяется при дыхании живых существ, разложении растительных и животных остатков, взаимодействии некоторых составных частей почвы между собой, при сгущении паров в жидкую воду, замерзании воды. Иногда почву согревают теплые источники, вытекающие на поверхность Земли из глубоких разогретых ее слоев.
Помимо цвета и содержания перегноя и воды большое значение для нагревания почвы имеет расположение местности: лучше других нагреваются почвы, лежащие на южных склонах, несколько слабее — на восточном и западном, и хуже всего — на северном. Электропроводность почвы зависит от ее влажности, количества и качества солей, плотности (или пористости) и температуры. Электропроводность сухой почвы близка к нулю. По мере нарастания влажности и растворения в воде солей электросопротивляемость почвы резко падает, а электропроводность возрастает. Особенно повышают электропроводность почвы те соли, которые в водном растворе диссоциируют, переходя в ионное состояние. Например, поваренная соль в растворе дает ион натрия с положительным электрическим зарядом (Na+) и ион хлора с отрицательным электрическим зарядом (С1-). Цепочки взаимодействующих между собой ионов в растворе и являются проводниками электричества. Физические свойства почвы –совокупность свойств, характеризующих состояние почвы и ее отношение к различным физическим воздействиям. Физические свойства почвы определяются гранулометрическим, минералогическим и органическим составом частиц, их агрегированностью, сложением, пористостью и плотностью почвы, а также соотношением и составом разных фаз почвы (твердой, жидкой и газообразной). С учетом физических свойств почвы рассчитываются мелиорация почв, способы и время обработки почв, внесение удобрений, а также подбор и агротехника сельскохозяйственных растений. Сложение почв. Слагающие почву механические элементы и структурные отдельности прилегают друг к другу различным образом, создавая пустоты, или поры, разного размера и формы. Различают пористое, ноздреватое, трещиноватое сложение. Важное значение имеет плотность сложения, которая обусловлена характером прилегания механических элементов и структурных отдельностей друг к другу. Реакция почвы. Если в почве излишне много кислот (угольная кислота, фульвокислоты в глеево-подзолистых почвах) или щелочей (сода в солонцах), то культурное растение развивается плохо или даже гибнет. Для благоприятного развития большинства культурных растений необходимо, чтобы почвенный раствор был ни кислым, ни щелочным, а средним, нейтральным.
из раствора натрий, будет щелочной, а почва, насыщенная кальцием, будет иметь нейтральную, т. е. среднюю, реакцию. В природе различные почвы имеют и разную реакцию. Например, болотные и подзолистые, а также красноземы отличаются кислотностью, солонцы — щелочностью, а черноземы - средней реакцией. К водным свойствам почвы относят влажность, водопроницаемость, влагоемкость, плотность ее сложения и т.д.: 1.Полевая влажность характеризуется тем количеством воды, которое содержится в почве в настоящий момент. Это наибольшее количество капиллярно-подвижной воды, которое может удержать почва капиллярными силами сцепления после стекания всей гравитационной воды. Её определяют весовым методом и выражают в % к массе абсолютно сухой почвы. В этом методе в бюксы помещают образцы исследуемой на влажность почвы, взвешивают, сушат их до абсолютно сухого состояния и вновь взвешивают. Отдельно взвешивают бюксы. Влажность рассчитывают по формуле. 2.Плотность сложения почвы – это масса твердой фазы сухой почвы естественного сложения в единице объеме. Эта величина характеризует сложение почвы. Плотность сложения минеральных почв колеблется обычно от 1.0 до 1,8 г/см³. В гумусовых горизонтах она равна 1,0 – 1,2, в минеральных горизонтах возрастает до 1,6 г/см³. Почва считается рыхлой, если плотность сложения гумусового горизонта равна 0,90 – 0,96 г/см³, нормальной – 0,95 – 1,15, уплотненной – 1,15 – 1,25, сильно уплотненной и требующий рыхления – более 1,25. Величина плотности сложения дает возможность рассчитать запасы элементов питания влаги в почве, а также рассчитать порозность почвы. Слагающие почву механические элементы и структурные отдельности прилегают друг к другу различным образом, создавая пустоты, или поры, разного размера и формы. 3. Различают две стадии водопроницаемости — впитывание и фильтрацию. Когда поры почвы лишь частично заполнены водой, тогда при поступлении воды наблюдается ее впитывание в толщу почвогрунта; когда почвенные поры полностью насыщены водой, происходит фильтрация воды, то есть движение в условиях сплошного потока жидкости. При поступлении воды с поверхности вглубь почвы водопроницаемость характеризуют двумя фазами: впитыванием (насыщение влагой почвы) и фильтрацией (просачивание влаги в нижние горизонты почвы). Водопроницаемость почв прямо пропорциональна пористости почв и обратно пропорциональна удельной поверхности почвенных частиц. Она также зависит от формы почвенных пор, обусловливающей соотношение связанной и стыковой влаги в почве.
На водопроницаемость оказывает большое влияние состав поглощенных оснований почвы. При содержании значительных количеств поглощенного натрия почвы быстро набухают и становятся практически непроницаемыми для воды. Водопроницаемость сильно меняется по профилю почвы в зависимости от различий в механическом составе отдельных слоев. Когда почвы развиты на легких по механическому составу породах, подстилаемых тяжелыми отложениями, водопроницаемость резко снижается в подстилающей породе. На тяжелых породах, подстилаемых песчаными отложениями, водопроницаемость, наоборот, сильно возрастает в нижнем слое. 4. Полная влагоемкость – максимальное количество влаги, которое может удерживать почва. Когда в почве все поры заполнены водой, наступает состояние увлажнения, называемое полной влагоемкостью или водовместимостью. При полной влагоемкости влага в почве, находящаяся в крупных промежутках между твердыми частицами, непосредственно удерживается зеркалом грунтовых вод или водоупорным слоем. Полевой влагоемкостью почвы называют количество воды, которое в почве в состоянии равновесия после максимального увлажнения ее сверху и свободного оттока гравитационной воды. 5. Наименьшая (капиллярная) влагоемкость представляет собой запас влаги, удерживаемой над уровнем грунтовых вод капиллярными силами. Величина наименьшей влагоемкости зависит от механического, минералогического и химического состава почвы, ее плотности и скважности. Полевую влагоемкость 70—80% показателя скважности принято считать благоприятной для роста и развития растений, 80—90% —менее благоприятной и свыше 90% — неудовлетворительной. Испаряющая способность почвы. Водоподъемная способность почвы может вызвать и излишнее просушивание ее. Происходит это в том случае, когда поле плохо разрыхлено или совсем не разрыхлено с поверхности. На таких участках почвенные капилляры простираются до самого верха. Вода поднимается по ним и испаряется в воздух. При разрыхлении почвы разрушаются капилляры. Вода, поднимаясь снизу, дойдет только до разрыхленного слоя и не пойдет выше, а будет накапливаться и сохраняться под ним. Итак, благодаря многочисленным канальцам, ходам и промежуткам в почве вода передвигается в ней по всем направлениям, вымывая различные соли, в том числе и необходимые для растений. Вода с растворенными в ней солями — это пища для растений и других обитателей почвы.
Методология мониторинга любой природной среды определяется как специфическими свойствами каждой из сред, так и ее экологическими функциями. Значимость экологический функций почв как уникального базового природного объекта, который занимает центральное положение в биосфере, обуславливает специфические особенности экологического мониторинга почв и его отличия от мониторинга других природных сред. Почвенный мониторинг должен обеспечивать контроль выполнения почвой ее утилитарных функций. Уникальная функция почвы – плодородие. Соответственно, контроль сохранения в условиях антропогенного воздействия почвами физических, химических и биологических свойств, которые обеспечивают их плодородие – это одна из важнейших специфических задач почвенного экологического мониторинга. Мониторинг почв - это система длительных регулярных наблюдений в пространстве и времени дающее информацию о почве с целью оценки настоящего состояния и прогноза изменений в будущем. На основе различий механизмов и масштабов проявления деградации почв выделяется две группы видов мониторинг, одну из которых представляет глобальный мониторинг, другую – локальный и региональный. 1. Глобальный мониторинг – это составная часть моиторинга биосферы. Он призван для оценки отражения в состоянии почв экологических последствий дальнего атмосферного переноса загрязняющих веществ в связи с опасностью общепланетарного загрязнения биосферы и сопровождающих его переносов глобального уровня. 2. Назначение локального и регионального мониторинга заключается в выявлении влияния деградации почв на экосистемы локального и регионального уровня, а также на условия жизни человека в сфере его природопользования. Показатели локального и регионального мониторинга не единообразны. Специфические виды локального и регионального мониторинга отличаются тем, что они направлены на выявление последствий деградаций прежде всего химических свойств почв, с которыми связано действие почв на живые организмы. Существенных изменений физических свойств почв и их морфологии при этом может не происходить. Комплексные виды локального и регионального мониторинга направлены на выявление экологических последствий комплексной деградации почв. Универсальные виды локального и регионального мониторинга позволяют получить интегральную оценку деградации почв, в основе которой лежит либо состояние почвенного микробиоценоза, либо производственная оценка качества почв.
1. Локальный и региональный почвенный экологический мониторинг делится на следующие виды: 1.1. Специфический мониторинг почв: а) мониторинг почв, подверженных загрязнению, 6) мониторинг агрохимический. 1.2. Комплексный мониторинг почв: а) мониторинг опустынивания, б) мониторинг пастбищ, в) ирригационно-мелиоративный. 1.3. Универсальный мониторинг почв: а) контроль микробиологического состояния почв, б) контроль качества почв (бонитировка), в) дистанционный мониторинг почв. 2. Глобальный почвенный экологический мониторинг. По методам наблюдения экологический мониторинг почв делят на: • дистанционный мониторинг почв; • космический мониторинг почв; • почвенно-химический мониторинг почв. Дистанционный мониторинг почв - это система наблюдений с автомашин, самолетов и вертолетов за составом и концентрацией радионуклидов в почве, а так же за их распределением по почве. Объектом данного мониторинга являются обширные территории почв. При дистанционном мониторинге почв, на фотоснимках или видеопленках с помощью дискретного спектрального анализа, фиксируется интенсивность у излучений. По спектральному составу испускаемого квантом, устанавливают состав радионуклидов, а по интенсивности излучения определяют концентрацию и распространения их в почве. В результате дистанционного мониторинга определяют и измеряют концентрации естественных изотопов почвы и в горных районах, а также концентрации антропогенных изотопов. Космический мониторинг почв это система наблюдений со спутников космических кораблей и станций за содержанием и распределением загрязнений и воздействий в почве на больших площадях в глобальном масштабе загрязнения. Объектом данного мониторинга являются большие площади земель или вся поверхность суши. При космическом мониторинге почв фотоснимки или видеоинформацию анализируют с помощью специальных электронных систем интерактивной обработки. При этом выявляют различные оптические плотности вдоль горизонтальных и вертикальных сечений изображений на снимках и съемках и определяют спектральные коэффициенты яркости. В результате учитываются различные полиизлучения от различных природных образований почв и выявляются с помощью этих различий районы с антропогенными воздействиями загрязнения. Почвенно-химический мониторинг почв - это система наблюдений по выявлению и определению состава и концентрации химических загрязнений и изменений в почве.
При данном виде мониторинга определяют ограниченный ряд показателей в соответствие с действующими нормативами, среди которых можно выделить: 1) показатели химических свойств почв (содержание общего углерода, водорастворимые органические вещества,подвижный фосфор, аммиачный и нитратный азот, обменные сульфаты); 2) тяжелые металлы (свинец, кобальт, кадмий, никель, медь, цинк); 3) определение нефти и нефтепродуктов в почве; 4) определение некоторых пестицидов (ДДТ, метафор, карбафос).
1.3
Загрязнение почв - это вид деятельности, вызывающий нарушение нормального функционирования почв под воздействием физического, химического или биологического разрушения или снижение плодородия, приводящее к изменению качественных и количественных показателей почв и уменьшение биомассы. На сегодняшний день экологами в основном изучается химическое и биологическое загрязнение почв. По физическому типу загрязнения мониторинг в России не проводят. Химико-биологическое загрязнение почв - это привнесение в почву веществ и организмов в таких количествах (накопление), которое снижает технологическую, питательную и санитарно-гигиеническую ценность почв и возделываемых культур и ухудшает качество других природных объектов. Химическое загрязнение почв бывает: а) загрязнение почв веществами, переносимыми воздухом(тяжелые металлы, газы, частицы минеральных органических веществ); б) загрязнение почв неорганическими отходами и отбросами промышленности (шламы и шлаки, кислоты, щелочи, тяжелые металлы); в) загрязнение почв экскрементами животных. Проблема для сельского хозяйства, ферм, птицефабрик; г) загрязнение почв фекалиями, а также полями фильтрации и осадками сточных вод; д) загрязнение почв углеводородами (нефтегазодобывающий и перерабатывающий комплекс); е) загрязнение почв органическими отходами и отбросами легкой и пищевой промышленностью; ж) загрязнение почв растительными отходами сельского хозяйства; з) загрязнение почв вследствие засоления. Происходит при неправильной мелиорации, либо неправильная конструкция дренажных устройств, либо чрезмерный полив. При накоплении на поверхности почвы натрия свыше 5%; и) загрязнение почв при подкисленной. Природная кислотность вызывается глинистыми минералами, гидроокисями железа и алюминия, а также гумусом. Однако природная кислотность почв может повышаться ниже 7 под воздействием минеральных удобрений, органических удобрений, а также кислотных осадков; к) загрязнение почв при недостатке или избытке питательных элементов; л) загрязнение почв пестицидами (гербициды, инсектициды, фунгициды, родентициды, альгициды). Биологическое загрязнение бывает следующих видов: а) выделяемые человеком и передающиеся ему через почву (человек-почва- человек). Например: возбудители кишечных инфекций - холера, дизентерия, тиф, а также вирусы гепатита, полиомиелита;
Загрязняясь, почва выступает в качестве очистителя, благодаря: - большой мощности и большому объему; - фильтрующей способности; - большой обменной кислотности и анионной способности почвенно-поглотительного комплекса; - биологической активности (бактерии, плесневые грибы, водоросли, простейшие, мелкие почвенные беспозвоночные животные - ферментативная способность почв). В соответствии со степенью устойчивости против загрязняющих веществ выделяются почвы:1. очень устойчивые;2. устойчивые;3. среднеустойчивые;4. малоустойчивые;5. очень мало устойчивые.По степени чувствительности к загрязняющим веществам почвы можно разделитьследующим образом:1. очень чувствительные;2. чувствительные;3. среднечувствительные;4. малочувствительные;5. устойчивые.Чувствительность, или устойчивость почв по отношению к загрязняющим веществам, целесообразно определять в соответствии с:1) содержанием гумуса;2) его качеством;3) биологической активностью;4) глубиной гумусового горизонта;5) содержанием фракции < 0,01 мм и учетом содержания фракции <0,001 мм(механический состав почвы);6) глинистых минералов;7) глубиной почвенного профиля.Почвы загрязняются различными химическими веществами, пестицидами, отходами сельского хозяйства, промышленного производства и коммунально-бытовых предприятий.Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают численность живых организмов, ухудшают ее плодородие.
![]()
|