Лекция основы почвоведения
| Вид материала | Лекция |
- Рабочая программа дисциплина: Основы почвоведения Направление подготовки, 345.52kb.
- Вопросы к циклу лекций по уэф (VIII семестр) Лекция, 55.08kb.
- Учебная программа для учреждений, обеспечивающих получение высшего образования по специальности, 198.64kb.
- Резолюция (проект) Международной научно-практической конференции, 53.22kb.
- Примерная программа наименование дисциплины земледелие с основами почвоведения и агрохимии, 124.27kb.
- Текст лекций н. О. Воскресенская Оглавление Лекция 1: Введение в дисциплину. Предмет, 1185.25kb.
- Лекции по истории и методологии почвоведения не случайно читаются на старших курсах, 1339.81kb.
- Лекция Теоретические основы омд. Пластическая деформация моно- и поликристалла. Основы, 89.4kb.
- Лекции №1-4 для иностранных студентов Тема: «Введение. Основы безопасности жизнедеятельности,, 291.17kb.
- «Социальная стратификация и социальная мобильность», 46.19kb.
Тематические карты разнообразны по своему содержанию. К ним относятся карты эрозии, засоления, солонцеватости, фактического использования и производительной способности земель, экологическая карта и многие другие, отвечающие конкретным задачам и целям картографирования почв в том или ином масштабе.
В последние два десятилетия на базе Почвенного института им. В. В.Докучаева на примере в основном зарубежных исследований в Камбодже, Кубе, Лаосе, Ливии были разработаны основы средне- и крупномасштабного тематического картографирования для оптимального выбора и размещения сельскохозяйственных культур в зависимости от почвенно-экологических условий.
Предложенная система тематических карт обычно включает несколько их видов, которые дают полное представление о качестве земель, характере их использования в настоящем и рекомендации по использованию в будущем:
- карта фактического использования земель (Land Use);
- карта производительной способности земель;
- карта эрозии почв (там, где распространена эрозия, например в гумидных регионах);
- карта засоления почв (там, где существуют проблемы засоления, например в аридных регионах);
• карта оптимального перспективного использования земель. Рассмотрим весь ряд тематических карт, их назначение и использование на примере фрагментов карт масштаба 1:50 000 двух регионов Лаоса (см. цв. вкл., рис. 3). Средний Лаос — левобережье р. Меконг в пределах Саваннакхетской аккумулятивно-денудационной равнины и Южный Лаос — вулканическое плато Боловен. Базовой картой для составления тематических служит почвенная карта. Заложенная в ней информация по свойствам почв и их размещению прямо или косвенно используется при составлении каждой из тематических карт.
Карта фактического использования земель (см. цв. вкл., рис. 4)служит исходным документом для определения существующих масштабов и направлений в общей стратегии сельского хозяйства региона: земледелия, лесного хозяйства, животноводства. Виды земельна карте характеризуются определенной площадью, что дает не только качественную, но и количественную информацию о фактическом использовании земель в регионе. Карта предназначена такжедля решения общих региональных проблем сельского хозяйства и ;отвечает на вопрос, как используется почвенный покров региона iв сельском хозяйстве, оставляя проблему трансформации угодий для карты оптимального перспективного использования земель. Карту составляют по материалам почвенного картографирования, маршрутных и более детальных исследований, на базе аэрокосмических снимков и других топографических и тематических материалов, отражающих характер использования земель, занятость территории под сельскохозяйственные и несельскохозяйственные нужды (города, поселки, дороги, неудобья, выключки и т.д.). \
Карта эрозии почв (см. цв. вкл., рис. 5). Условия возделывания сельскохозяйственных культур во многом ограничиваются и определяются характером эрозионных процессов неравнозначных по негативному проявлению в различных регионах мира. Это обусловлено большим разнообразием почвенных, гидрологических, климатических и геоморфологических условий, а также антропогенным воздействием на почвенный покров в целом. Водная эрозия развита чрезвычайно широко и представлена преимущественно двумя формами — плоскостной и овражной.
Карты эрозии почв включают данные, полученные при почвенной съемке, проведении детальных специальных исследований на стоковых площадках и трансектах, а также при дешифрировании материалов аэро- и космической съемки и определении характера овражной эрозии. Она базируется на классификации собственно \ эродированных почв и почв потенциально эрозионноопасных.
Карта производительной способности земель отражает качественную группировку почв и характеризует их по степени пригодности для сельского хозяйства. Она представляет собой сводный картографический материал, характеризующий качество почв по основным признакам и свойствам, наиболее существенно влияющим на характер использования земель, Составляется на основе карт почвенной эрозии и собственно качественной группировки почв. Почвы на карте объединены в труппы по характеру общности морфогенетических, физических, химических и агрохимических свойств, а также экологических условий, определяющих возможности использования почв в сельском \ хозяйстве. Некоторые свойства почв (мощность мелкоземистого слоя, гранулометрический состав, сложение, оглеенность, засоленность, солонцеватость, эродированность и др.) затрудняют или лимитируют их использование.
Карта оптимального перспективного использования земель отражает наиболее желательное размещение сельскохозяйственных культур. Это ключевая карта в системе тематических карт, использующая их информацию и составляемая на базе: шкалы показателей пригодности почв для возделывания сельскохозяйственных культур.
Шкала служит ключом к рекомендациям по размещению определенных культур в том или ином контуре, объединяющем почвы; одного типа по производительной способности. Она содержит сведения о свойствах почв, которые обеспечивают оптимальные и допустимые условия выращивания различных сельскохозяйственных культур либо могут лимитировать их развитие. Каждый контур карты соответствует главной, дополнительной и сопутствующей культуре из рекомендуемых для возделывания.
Основные принципы и методика составления почвенных и тематических карт. Принцип комплексности, основанный на изучении взаимозависимости элементов природы и отдельных явлений, был положен в основу почвенных съемок и исследований еще до того, как был предложен термин «комплексность». Так, первые почвенные съемки основывались не только на анализе почвенных разрезов, но и на влиянии на формирование почв почвообразующих факторов: климата, биоты, рельефа, литологического состава почвообразующих пород и др. Почвы как поверхностный слой земной оболочки особенно четко синтезируют взаимосвязи природных факторов. Генетическое почвоведение еще в первоначальном развитии позволяло выявить природную зональность. В современном почвенном картографировании генетический принцип, основанный на комплексном изучении факторов почвообразования и принципах размещения почв, проявляется еще более четко.
Исследование почвенного покрова и картирование почв слагаются из трех периодов — подготовительного, полевого и камерального.
Подготовительный период, непродолжительный по времени, обеспечивает успешное проведение предстоящих почвенных исследований. Подготовка касается программных, методических, организационных и технических вопросов, от своевременного и правильного разрешения которых во многом зависит успех полевых работ.
Полевой период почвенных исследований — основной по значению и наиболее сложный по выполнению. В полевой период почвовед должен сделать все необходимые наблюдения, изучить и описать почвы, собрать необходимые образцы почв, почвообразующих пород и растений для последующего их просмотра и анализа, картировать почвенный покров, т. е. составить полевую (предварительную) почвенную карту.
Камеральный период служит для тщательной проверки всех собранных полевых материалов, лабораторных исследований и анализа всего собранного материала. Составляется окончательный вариант почвенной карты, к которой пишется объяснительная записка.
Докучаевский метод картографии почв отражает особенности почвенного покрова на основе познания закономерных генетических связей между почвами и всеми другими элементами географической среды. Поэтому картография почв неотделима от изучения условий или факторов почвообразования, включая влияние хозяйственной деятельности человека. Природные условия почвообразования исследуют в той или иной степени подробности в течение всех трех рабочих периодов. Программа изучения природных факторов почвообразования при почвенном картировании состоит из следующих разделов:
- Геологическое строение, коренные (подстилающие) и почвообразующие породы.
- Геоморфологическая характеристика территории.
- Гидрогеологические условия.
- Климат.
- Растительность и животные организмы в почве.
- Хозяйственная деятельность человека.
Каждый из этих разделов отражается в составляемых почвенных или тематических картах. Современный уровень использования компьютерной техники и программ для ГИС практически дают неограниченные возможности по составлению почвенных и тематических карт самых разнообразных по задачам и масштабам, использованию космической и интернетовской информации. Однако во всех случаях остается проблема дешифрирования почвенного покрова, решаемая с применением наземных почвенных исследований, которые обеспечивают достоверность данных, особенно если они имеют детальный характер (картирование микроструктур почвенного покрова и элементарных почвенных ареалов).
2. Почвенные ресурсы России и мира
Почвенные ресурсы России. На почвенный покров России приходится приблизительно 1,4 млрд га из 1,7 млрд га общей площади страны, причем в сельском хозяйстве используются всего 13,4% от общей площади (7,9 —пашня, 1,7 —сенокос, 3,8 —пастбище, 0,08 —многолетние насаждения). Около 80 % почвенного покрова приходится на территории, исключающие или сильно затрудняющие земледельческое освоение. Почвенный покров на этих территориях в основном занят лесом или служит в качестве пастбищ. По природным зонам площади почв распределены неравномерно (табл. 37). Большая часть приходится на тайгу и хвойно-широколиственные леса, тогда как наилучшие почвы лесостепей и степей (серые лесные и черноземы) составляют лишь около 10 %. Однако именно они в наибольшей степени интенсивно используются в сельском хозяйстве.
Более 1/3 территории страны приходится на регионы, занятые горными почвами (34,4 %). Все относительно лучшие почвы страны к настоящему времени интенсивно распаханы. Вследствие неблагоприятных природных факторов и антропогенной деградации все потенциально пригодные для сельскохозяйственного использования почвы низкоплодородны, и требуются большие затраты при их освоении и эксплуатации.
Современные тенденции использования почвенного покрова в России отчетливо показывают, что экстенсивный путь меняется на более прогрессивный — интенсивный. Это видно из того, что с 1990 по 2001 г. площадь пахотных земель сократилась на 7,9 млн га, но при этом урожайность за 47 лет выросла на 2 ц/га относительно среднестатистического уровня, составив 12,7 ц/га (табл. 39). Однако в отличие от многих западных стран, где ранее малоплодородные почвы на больших площадях постепенно становились высокоплодородными за счет применения высокоурожайных сортов, высоких доз удобрений, гербицидов, пестицидов и новейших приемов агротехники, в России происходит пока обратный процесс превращения плодородных почв (особенно черноземов) в малоплодородные. Прогрессивная деградация почв приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, особенно в зонах рискованного земледелия, доминирующих в стране по площади пахотных земель, что приводит к увеличению затрат на получение единицы продукции.
Почвенные ресурсы мира. В настоящее время распахана лишь восьмая часть суши. По отдельным континентам и странам распаханность почв и их использование в земледелии варьирует следующим образом: Европа — 29,5 %; Азия — 16,9 %; Северная и Центральная Америка — 12,8 %; Южная Америка — 7,9 %; Африка — 6,2 %; Австралия и Океания — 5,8 %. По географическим поясам площадь пахотных земель определяется так: субтропики — 730 млн га, суббореальный пояс — 720 млн га и тропики — 657 млн га. В пределах поясов степень использования почв обусловлена характером увлажнения.
На Земле имеются еще значительные ресурсы пахотно-пригод-ных земель. Их суммарная площадь составляет 3190 млн га, или 24,2 %. По сравнению с используемыми сейчас 11,3 % это означает, что площадь пахотных земель можно увеличить вдвое. Тем не менее, лучшие почвы уже давно распаханы, а резерв составляют территории, для которых требуются значительные капиталовложения для улучшения их свойств, мелиорации, ирригации и других агротехнических приемов. В настоящее время больше всего используются ферраллитные почвы, черноземы, опустыненные почвы, подзолистые и дерново-подзолистые, аллювиальные.
Землепользование в холодном поясе. От арктических пустынь до среднетаежных лесов ограничивающий фактор — дефицит тепла.
Вегетация в открытом грунте невозможна за исключением отдельных участков с благоприятным микроклиматом и «теплыми» почвами. Возможно землепользование пригородного подсобного типа с возделыванием скороспелых огородных и кормовых культур на базе теплиц. Существенно ограничивается и развитие пастбищного хозяйства. Животноводство имеет очаговый характер. Преимущественно распространено оленеводство — основной источник продовольствия и животного сырья.
Землепользование в умеренном поясе. В этом поясе два сезона — холодный и теплый. Возделываются яровые и озимые злаки — растения длинного дня. Растения короткого дня — подсолнечник, конопля и другие — типичны для южных районов умеренного пояса.
Система лимитирующих факторов, в том числе почвенных, а в целом почвенно-экологических определяет характер землепользования в той или иной части умеренного пояса. В наиболее благоприятных условиях основной лимитирующий фактор — рельеф местности и дефицит атмосферного увлажнения в вегетационный период (в континентальных частях пояса).
В Евразии земледельческие территории образуют самый обширный на планете массив этого пояса на равнинах Западной и Восточной Европы. Степень распаханности земель высокая — 60—70 %, но пастбища по площади ограничены. Тем не менее развито животноводство при стойловом содержании скота. Такой же крупный массив находится в Северной Америке в восточном приокеани-ческом секторе.
Земледельческое использование территории становится нерентабельным и нерациональным в горах в условиях значительного дефицита увлажнения. Поэтому пастбищное хозяйство сосредоточено на равнинах в пределах континентального сектора (зоны сухих степей, полупустынь, пустынь и ксерофитных редколесий) либо на плоскогорьях, где условия недостаточно влажные или теплые для выращивания сельскохозяйственных культур.
Пастбищные угодья занимают равнины и котловины Центральной Азии, горы и холмы Внутренней Монголии, сухие степи и полупустыни Казахстана и Прикаспия, аридные области запада США. Ландшафты полупустынь с коротким периодом вегетации эфемеров, с низкой биопродуктивностью могут быть отнесены к непродуктивным землям, хотя при организации орошения интенсивно используются в земледелии.
Землепользование в субтропиках. В Северном полушарии длительность вегетационного периода около 200 дней в северных районах, в южных — круглогодичная. В этих регионах бывают «вегетационные зимы», когда температура не опускается зимой ниже +10 °С, т. е. возможна круглогодичная вегетация. В континентальном секторе (семиаридные условия) земледелие возможно только при орошении. Муссонный климат влияет на характер земледелия.
В субтропиках почти повсеместно существуют два вегетационных периода: в Европе — весенний и осенний, в остальных районах — летний и зимний. В зимний период возделывают зерновые и овощные — малотребовательные к теплу, в летний период — многолетние культуры — хлопчатник, поздние сорта риса и кукурузы, цитрусовые, чай, инжир, маслины и однолетники тропического пояса.
В самых теплых районах — северной Сахаре, Аравии, юге Ирака, Ирана, Калифорнии — плодоносят финиковая пальма, поздние сорта хлопчатника. Пример адаптации культуры к субтропикам — озимая пшеница. Важнейшую культуру, особенно на востоке, — рис — возделывают летом в условиях обильного полива. Пастбищные угодья распространены в засушливых районах.
Землепользование в тропиках. Обусловлено непрерывной вегетацией в течение всего года. Доминируют многолетние плантационные древесно-кустарниковые культуры и однолетние скороспелые, позволяющие получать несколько урожаев в год. Выделяют три зоны по увлажнению — избыточную, достаточную и недостаточную.
Ферраллитные почвы имеют низкое естественное плодородие. Лимитирующий фактор — рельеф. Состав культур зависит от высоты местности. На самых высоких отметках рельефа сеют ячмень и пшеницу. В районах избыточного увлажнения используют культуры, не переносящие сухого сезона — масличную пальму, гевею, маниоку. Такие культуры, как кофе, хлопчатник, какао, табак, нуждаются в сухом периоде для созревания. При выращивании целого ряда культур требуется затенение (например, для кофе).
По мере продвижения к северу и югу от экватора земледелие сменяется пастбищным хозяйством. Биопродуктивность пастбищ низкая, а нагрузка высокая. Аридные известковые и гипсовые почвы засолены. Антропогенное воздействие в тропиках проявляется в обезлесении, формировании саванноподобных ландшафтов, опустынивании.
3. Деградация и охрана почвенного покрова
Задачи охраны почв. Проблема охраны почв возникла в связи с тем, что почва как компонент экосистем, находящийся в динамическом равновесии со всеми другими составляющими биосферы, в результате вмешательства человека (прямого или опосредованного), теряет свое основное природное свойство — плодородие. В общем виде это называется деградацией почв почвенного покрова. Деградация имеет экологически нерациональный характер там, где деятельность человека разрывает природные связи внутри компонентов биосферы, меняет устойчивое на протяжении тысячелетий и даже миллионов лет экологическое равновесие между факторами почвообразования.
Есть масса примеров рационального, не деструктивного использования почв в земледелии. Вместе с тем на фоне таких примеров общая статистика показывает, что за всю историю человеческой цивилизации было безвозвратно потеряно и разрушено больше продуктивных почв, чем сейчас распахивается во всем мире.
Две трети, а может быть и три четверти современных пахотных почв в той или иной степени подвержены различным деградацион-ным процессам. Ежегодные потери в мире составляют 6—7 млн га, из которых около 1 млн га отчуждается на несельскохозяйственное использование, а 5 —6 млн га забрасываются вследствие деградации и превращаются в пустыни и бедленды.
Охрана почв — глобальная проблема сегодняшнего дня, прямо связанная с обеспечением продуктами питания все возрастающего населения планеты.
Процессы деградации. Вынос, перенос и переотложение почвенного материала в результате действия текучих вод и ветра определяют в первом случае водную, а во втором ветровую эрозию (дефляцию). В геологической истории Земли процессы эрозии и дефляции естественны. Это нормальная геологическая эрозия. Современную эрозию, связанную с земледелием, называют ускоренной. Она наблюдается во всех частях света. Темпы эрозии разные, но наиболее высокие в горах и аридных зонах.
Водная эрозия. Этому процессу способствуют талые воды, дождевые и муссонные осадки, характер рельефа и гранулометрический состав почв, характер подстилающих пород и растительного покрова. Вследствие этого ухудшаются физические свойства почв (разрушение структуры, уплотнение), сокращается и уничтожается гумусовый горизонт, снижаются запасы питательных веществ (гумуса, азота, фосфора, калия и др.).
Ветровая эрозия (дефляция). Дефляции подвержены почвы степей, саванн, полупустынь, пустынь. Способствуют дефляции легкий механический состав почв, рельеф (ложбины стока в направлении господствующих ветров), распространение яровых и пропашных культур, т.е. многократная распашка и обработка почв, разреженная растительность.
Дефляция проявляется в виде пыльных бурь, повторяющихся каждые 3 — 5—10—20 лет. В отличие от водной эрозии почвы при этом могут быть погребены под эоловыми наносами и таким образом консервироваться, не теряя своих свойств.
Методы охраны почв и почвенного покрова от водной и ветровой эрозии. В сельском хозяйстве наиболее часто используемые проти-воэрозионные мероприятия включают:
- полосное земледелие (чередование пропашных и почвозащитных культур);
- почвозащитные севообороты (использование многолетних трав);
- землевание (внесение на поверхность почв органогенной массы, например, на щебнистые почвы табачных плантаций, которые обычно расположены на склонах и сильно подвержены ливневым осадкам в тропических гумидных районах);
- кротование почв (ослабление поверхностного стока и перевод его во внутрипочвенный сток);
- контурное земледелие (обработка почв по горизонталям);
- обвалование и снегозадержание (пахота снега, прикатыва-ние, устройство щитов и др.);
- безотвальная вспашка;
- глубокая зяблевая вспашка раз в 3 — 5 лет;
- террасирование склонов;
- создание лесных полос;
- борьба с оврагами;
- структурообразование (использование полимеров как структурообразователей);
- зарегулированный выпас скота.
Промышленная эрозия почв. Связана с различными негативными последствиями техногенеза, при которых почвы либо уничтожаются полностью, либо существенно теряют свое плодородие. К промышленной эрозии почв относятся формирование карьеров, отвалов и терриконов; загрязнение почв токсичными элементами и тяжелыми металлами, вторичное засоление почв, добыча полезных ископаемых открытым способом (например, нефти); строительство дорог, линий электропередачи, а также промышленное и гражданское строительство.
Загрязнение почв агрохимикатами. Применение азотных удобрений нередко приводит к накоплению в почвах избыточных концентраций нитратов, которые не сорбируются почвой, легко мигрируют по профилю и попадают в грунтовые воды. ПДК азота нитратов в питьевой воде в нашей стране в настоящее время определяется в 10 мг/л.
К источникам загрязнения относятся аммиачные соединения азота. Обычно это отходы животноводства и сточные воды. Избыток фосфора при применении фосфорных удобрений также негативно сказывается на росте растений и загрязнении почв.
Загрязнение почв пестицидами. Ядохимикаты по борьбе с сорняками (гербициды), с грибковыми болезнями растений (фунгициды) и вредителями (инсектициды) применяют во всем мире. При этом увеличивается тенденция к росту применения препаратов широкого спектра действия, поскольку это сохраняет до 30 % урожая.
Ядохимикаты адсорбируются органическим веществом почв и минеральными коллоидами, что приводит к загрязнению самой активной и полезной ограноминеральной части почвы. Наиболее стойкие ядохимикаты — хлорорганические соединения и группа диенов, применение которых должно быть строго ограничено или просто запрещено. Наилучшие меры предосторожности при использовании пестицидов — употребление длительно действующих гранулированных форм, комплексных форм удобрений, а также новейших технологий внесения их в почвы.
Дегумификация почв. Наиболее яркий пример дегумификации почв — распашка целинных и мелиорация торфяных почв. В России более 3 млн га торфяников. В результате осушения мощность их уменьшается в среднем на 2—3 см в год за счет уплотнения при обезвоживании, коагуляции коллоидов и изменения структуры торфа.
Дегумификация происходит и в результате интенсивного многолетнего использования почв под пропашные культуры, когда ежегодно изымается большое количество биомассы, не компенсированной органическими удобрениями.
Для создания бездефицитного баланса органического вещества в почвах необходимо ежегодно вносить в почвы в среднем 8—12 т/га органических удобрений (80—120 кг на одну сотку).