УДК 631.6 Мониторинг состояния почв В.И. Трухачев, П.В

УДК 631.6
МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ПОЧВ
В.И. Трухачев, П.В. Клюшин
ФГОУ ВПО СГАУ, г. Ставрополь, Россия
Водная эрозия – результат размывающей деятельности воды на поверхности земли.
Водная эрозия определяется поверхностным стоком и глубиной базиса эрозии, крутизной,
длиной и формой склона. На коротких и пологих склонах (до 1 0) эрозия почти не
развивается, на покатых и крутых склонах она резко выражена и тем сильнее, чем больше
угол наклона и относительно длиннее склон.
Критическая крутизна склона, где начинается интенсивный размыв, определяется
зональными и местными условиями, особенно поверхностным стоком, зависящим от
характера угодья (пашня, залежь, лес).
На склонах вначале развивается делювиальная эрозия, которая выражена
плоскостным смывом, предшествующим размыву. Она является первой стадией эрозии, а
линейная – второй. Плоскостная и линейная эрозия протекают совместно.
После поверхностного смыва, а местами независимо от него начинается
образование оврагов по следующим этапам:
1 – формирование рытвин и промоин, дно которых повторяет профиль поверхности
склона;
2 – образование оврагов с растущими вершинами;
3 – развитие оврагов с профилем дна;
4 – затухание донного размыва при достижении профиля равновесия,
сопровождающееся выполаживанием, закреплением и задернением склонов и дна. Овраг,
отмирая, переходит в стадию балки с пологими задернованными склонами и широким
дном часто без выраженного русла. Иногда на дне при возобновлении линейной эрозии
возникает новое русло.
Водная эрозия находится в прямой зависимости от климата. Она сильнее выражена
при большом количестве и высокой интенсивности атмосферных осадков летом и таянии
снежного покрова весной. Последнее особенно ярко выражено на склонах южной
экспозиции. Увеличению эрозии способствует глубокое промерзание почвы вследствие
сокращения инфильтрации в период снеготаяния. Сильное влияние на водную эрозию
оказывает растительный покров, увеличивающий шероховатость поверхности и
задерживающий поверхностный сток. Растительность, особенно луговая, оказывает
прямое и косвенное противоэрозионное действие, препятствуя стоку, обогащая почву
гумусом и делая её более структурной, водопроницаемой и влагоемкой. Такую же роль в
какой-то степени выполняет и сохраняющаяся стерня. Каждому типу почвы
соответствует свой характер эрозионного процесса. Менее устойчивы к эрозии почвы
степей, более устойчивы почвы влажных областей; почвы других областей занимают
промежуточное положение. На почвах с однородным строением преобладает
поверхностный смыв, а на почвах с более сложным профилем, где увеличивается
склонность к глубинной эрозии – линейный размыв.
Проведенные нами исследования по изучению влияния стока талых вод и их влияния
на эрозию почвы позволили установить, что объемы стока талых вод зависят от высоты
снежного покрова, экспозиции склона и температурного режима в период таяния снега.
Наблюдается обратная зависимость высоты снежного покрова и запасов воды в виде
снега от уклона местности, то есть чем меньше уклон, тем толще снежный покров.
Чем круче и длиннее склон, тем сильнее разрушительная работа воды. Южные
склоны эродируются значительно сильнее северных. Выпуклые склоны подвержены
водной эрозии больше, чем вогнутые. На выпуклых склонах эрозия усиливается с
нарастанием крутизны вниз по склону, а на вогнутых – ослабляется вниз вследствие
уменьшения крутизны склона и снижения скорости потоков талых и ливневых вод.
Например, на северной экспозиции при уклонах 0,5…2,00, 2,1…3,50 и 3,6…5,00
запасы воды в снеге составили, соответственно, 56,3, 44,5 и 38,9 мм. В то же время
размеры стока при этих запасах изменяются пропорционально величине уклонов с 16,7 до
17,7 мм, коэффициент стока с 0,30 до 0,49 и, что особенно наглядно, увеличивается масса
смытой почвы с 1,08 до 2,61 т/га или в 2,4 раза. Эти данные показывают, что при всех
примерно равных условиях основное влияние на водную эрозию оказывает величина
уклона и показатели стока.
Исследования, проведенные в опыте 2показали так же, что на величину водной
эрозии от талых вод оказывает большое влияние способы основной обработки почвы. На
пологих склонах (уклон 0,5-2,00) смыв почвы на вариантах поверхностных способов
обработки почвы – плоскорезная обработка и дискование повышается по сравнению со
вспашкой (контроль)соответственно, на 14 и 22%.
С увеличением уклона масса смытой почвы увеличивается на всех вариантах, но
наибольшей величины 1,4 т/га достигает на варианте 3 – дискование при уклонах 3,6..5,00,
что больше чем на контроле (вариант 1) в 1,9 раза. Выносится и большое количество
азота, фосфора и калия до 1 кг/га.
Такая же закономерность наблюдается в наших опытах при изучении стока при
интенсивных ливнях в до посевной период (определялась на стоковых площадках при
искусственном создании дождя необходимой интенсивности и экспозиции). Данные,
приведенные ниже, показывают, что на пологих склонах с уклонами 0,5…2,00 на варианте
1 по вспашке, где имеется более толстый слой рыхлой почвы, способной аккумулировать
большее количество воды, чем на поверхностных способах обработки сток начинается
при продолжительности ливня более 5 мин и интенсивности ливня 15 мм/мин.
При увеличении уклонов, продолжительности ливня или его интенсивности масса
смытой почвы резко увеличивается и достигает катастрофических значений – 102,4 т/га.
Данные, полученные при проведении исследований в опыте 3, показывают, что масса
смытой почвы зависит также от вида возделываемых растений и почвенной разности.
Посевы многолетних травосмесей оказались наиболее устойчивыми к водной эрозии по
сравнению с зябью и даже целиной (пастбище). Если на вариантах 1, 2, 3 и 5 масса
смытой почвы не превышает на всех типах почвы 0,8 т/га, то по зяби эти показатели
возросли от 1,39 т/га на луговых солончаковых почвах до 3,32 т/га на черноземах
сильносолонцеватых, то есть в 4 раза. Сами травосмеси на разных почвах так же оказали
влияние на величину смытой почвы. Наименьшая масса смытой почвы по вариантам
была: на варианте 1 – на черноземах обыкновенных слабосолонцеватых 0,19 т/га; на
варианте 2 – на луговых солончаковых и аллювиальных почвах 0,21…0,27 и наименьшей
0,14 т/га была на варианте 3 на луговых черноземных почвах (южная экспозиция).
Полученные в опытах 1, 2, 3 данные по влиянию различных вариантов и почвенной
разности на водную эрозию использованы нами при разработке технологических схем и
мероприятий по охране эрозионно опасных земель.
Антропогенное воздействие на природу, особенно при внесении агрохимических
средств огромно, по мощности оно сопоставимо с естественными геологическими
процессами. Важнейшим условием приоритетного направления в рациональном
использовании пахотных почв является недопущение снижения уровня плодородия
почвы, истощения запасов биогенных веществ. В этой связи особая роль принадлежит
дифференцированному использованию удобрений, которые являются материальной
основой количественных и качественных показателей продукции. Удобрения и
мелиоранты, вносимые в почву, изменяют ее микроэлементное состояние, посредством
воздействия на почвенные свойства, такие как: содержание органического вещества,
реакция среды, содержание и соотношение элементов питания в почвенном
поглощающем комплексе. Наряду с положительным влиянием минеральные удобрения
обладают существенным недостатком, связанным с наличием в их составе
сопутствующих балластных элементов, таких как фтор, хлор, натрий, а также тяжелых
металлов: кадмия, свинца, никеля, хрома и др. Объемы поступления загрязняющих
веществ зависят от их концентрации в удобрениях и доз применения.
В Ставропольском крае с минеральными удобрениями в почву в среднем за годы
поступило с 1966 по 1995 гг. тяжелых металлов (тонн): свинца от 1,6 до 11,38, кадмия –
0,72…0,63, цинка – от 15,5 до 33,79, меди – от 4,67 до 25,38. Минимальное поступление
ТМ в почву с удобрениями отмечается в период с 1966 по 1971 гг. До 1990 г. ежегодно
поступление ТМ увеличивалось. В период с 1991 по 1995 гг. сравнению с 1986-1990 гг.
уменьшилось в 4,5-5 раз. Это связано с резким сокращением внесения удобрений.
Максимальное количество ТМ поступает из фосфорных удобрений – 45 %, немного
меньше – 36 % из азотных и 19 % из калийных. В условиях разработки адаптивноландшафтной системы земледелия, на наш взгляд, важно изучить вопрос, влияния
различных форм, доз и сроков внесения минеральных удобрений на изменение
содержания тяжелых металлов в черноземе обыкновенном.
Рассмотрим вероятность загрязнения тяжелыми металлами чернозема обыкновенного
на различных таксонах агроландшафта. В звене севооборота озимая пшеница – горох –
озимая пшеница. Ежегодно под предпосевную культивацию вносилась доза минеральных
удобрений N120P120K120. Используя данные о содержании тяжелых металлов в удобрениях,
рассчитываем поступление их в почву с азотными и комплексными удобрениями.
Расчетные материалы свидетельствуют о том, что ежегодное поступление ТМ в
почву с удобрениями под сельскохозяйственные культуры составляет малую долю от
содержания тяжелых металлов на данный момент в почвах.
Таким образом, за период исследований с минеральными удобрениями в почву
поступило количество ТМ, исчисляемое десятками граммов на гектар. Больше всего в
почву поступило цинка и меди с комплексными удобрениями. В целом можно отметить,
что с аммиачной селитрой поступает от 2,1 до 38,5 % от количества ТМ, поступающих с
нитроаммофоской.
По результатам исследований нами не было выявлено превышения значений ПДК
(ОДК) как для валовых, так и для подвижных форм в пахотном и подпахотном
горизонтах почв. Тем не менее, при применении минеральных удобрений наблюдалось
некоторое изменение содержания тяжелых металлов в почве. Так, при внесении
нитроаммофоски в дозе 360 кг д.в. за три года содержание валовых форм кадмия
увеличилось в пахотном горизонте на подурочище окраина плакора вдвое. Содержание
свинца увеличилось как в пахотном, так и в подпахотном слое почвы на таксонах окраина
плакора и нижняя часть коренного склона. А в верхней части коренного склона
количество валовых форм свинца снизилось. Содержание цинка и меди несколько
увеличилось по всем таксонам агроландшафта. Содержание кобальта увеличилось только
в пахотном слое почвы на таксоне окраина плакора.
Таким образом, некоторое повышение содержания тяжелых металлов на окраине
плакора, возможно связано с тем, что применение высоких доз удобрений на низко
плодородных почвах в связи с их низкой буферностью оказывает повышенное влияние на
агрохимические свойства и способствует увеличению валовых форм тяжелых металлов.
Содержание подвижных форм кадмия, свинца, цинка и кобальта после внесения
сложного минерального удобрения варьирует по таксонам агроландшафта. И только
содержание подвижных форм меди в почвах увеличивается в пахотном и подпахотном
горизонтах. Тем не менее, все полученные значения ниже ПДК (ОДК).
При внесении аммиачной селитры в дозе 240 кг д. в. за три года содержание валовых
форм кадмия не изменилось. Содержание свинца возросло в пахотном горизонте таксона
окраина плакора до 18,7 мг/кг и в нижней части коренного склона до 16 мг/кг, а в верхней
части коренного склона несколько снизилось. Количество валовых форм цинка и меди
несколько возросло по всем таксонам агроландшафта. Содержание кобальта повысилось
на таксоне окраина плакора и в пахотном горизонте нижней части коренного склона, а в
верхней части коренного склона снизилось.
Высокие нормы азотных удобрений способствуют переходу в растения и вымыванию
из почвы тяжелых металлов. Таким образом, изменение содержания валовых форм
тяжелых металлов связано не только с внесением тяжелых металлов в почву с
минеральными
удобрениями,
рельефом
местности,
содержанием
гумуса,
гранулометрическим составом, но и с возрастающим поглощением тяжелых металлов
растениями и вымыванием их в более глубокие слои почвы.
Содержание подвижных форм тяжелых металлов (актуальный запас) при внесении
азотного удобрения изменяется. Содержание кадмия в пахотном горизонте почвы
возросло на окраине плакора почвы, а в верхней части коренного склона снизилось. В
нижней части коренного склона не изменилось. Актуальный запас свинца на удобренных
вариантах снижался на таксонах окраина плакора и верхняя часть коренного склона в
пахотном и подпахотном горизонтах почвы, а в нижней части коренного склона
увеличивался. Содержание подвижных форм цинка снижалось при применении
аммиачной селитры на таксонах верхней и нижней части коренного склона. А резкого
изменения содержание кобальта и меди при применении азотных удобрений не
наблюдалось. Тем не менее, все значения ниже предельно допустимых концентраций
тяжелых металлов.
Такие изменения связаны не только с особенностями почв таксонов агроландшафта,
но и со свойствами самих элементов. Так, на снижение содержания цинка, при
применении азотных удобрений повлияло более активное поглощение этого элемента
растениями за счет увеличения урожайности. Снижение содержания тяжелых металлов в
подпахотном горизонте и одновременное увеличение в пахотном горизонте связано
также, со способностью растений подтягивать в верхний слой почвы необходимые
элементы.
Незначительное изменение содержания подвижных форм тяжелых металлов
показывает, что при применении минеральных удобрений мы не нарушаем
динамического равновесия ионов тяжелых металлов, присутствующих в почвенном
растворе. Таким образом, минеральные удобрения на данном этапе применения не
оказали негативного влияния на экологические показатели чернозема обыкновенного на
различных таксонах агроландшафта, а, наоборот, улучшили его агрохимические свойства.