Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Плодородие почв экологические, социальные и почвенно-генетические особенности. Монография
.pdf
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В.Ф. Вальков, Т.В. Денисова,
К.Ш. Казеев, С.И. Колесников
ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ:
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ, СОЦИАЛЬНЫЕ И ПОЧВЕННО-
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ
Монография
ОСОБЕННОСТИ
Ростов-на-Дону
2013
2
УДК 631.4; 577.4; 502.7
ББК 40.3
В 16
Ответственный редактор:
доктор биологических наук, профессор В.Ф. Вальков
Вальков В.Ф., Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Плодородие почв: экологические, социальные и почвенно-генетические особенности. Монография; Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону:
Издательство Южного федерального университета, 2013. -299 с.
ISBN 978-5-9275-1182-2
Изложены основы учения о плодородии почв в его биогеоценотической и
агроценотической значимости. Рассмотрены процессы почвообразования, генетическая и экологическая их сущность, а также явления антропогенной деградации плодородия земель.
Книга рассчитана на специалистов в области почвоведения, агрохимии,
земледелия, экологии, растениеводства, студентов и аспирантов.
Val’kov V.F., Denisova T.V., Kazeev K.Sh., Kolesnikov S.I..
vironmental, social and soil-genetic features. Rostov-on-Don: The Southern Federal
University, 2013. - 299 p.
The foundations of the doctrine of soil fertility and its biogeocenotic and agrocenotic significance were observed. The soil forming processes and its genetic and environmental essence was investigated. Also the phenomenon of anthropogenic degradation of soil fertility was observed.
The book is intended for specialists in the field of soil science, agricultural chemistry, agriculture and ecology, undergraduate and graduate students.
Soil fertility: en-
Монография опубликована за счет средств Программы развития
Южного федерального университета (213.01-24/2013-85).
Печатается в авторской редакции.
УДК 631.4:577.4:502.7
ISBN 978-5-9275-1182-2
ББК 40.3
Вальков В.Ф., Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., 2013
Южный федеральный университет, 2013
3
СОДЕРЖАНИЕ
1. ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О ПЛОДОРОДИИ ПОЧВ… ................................................... 6
1.1. Ч
1.2. З
1.3.
1.4.
1.5. Э
1.6. У
РАСТЕНИЙ
1.7. С
ПЛОДОРОДИЯ
2. Процессы почвообразования и плодородие почв .................................................. 72
2.1. Э
2.2. П
2.3.
2.3.1.
2.3.2. П
2.3.3. Г
2.4.
2.5.
2.6.
3. Антропогенная деградация плодородия почв ...................................................... 163
3.1. О
3.2. М
3.3.
3.4.
3.5. А
3.6.
3.7. П
4. Загрязнение почв ..................................................................................................... 225
4.1.
4.2. Э
4.3. Р
4.4.
4.5.
5. Климатические факторы плодородия земель ....................................................... 269
5.1.
5.2.
Литература ................................................................................................................... 290
ТО ПОНИМАЕТСЯ ПОД ДЕГРАДАЦИЕЙ ПОЧВЫ ......................................................... 6
ООЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЛОДОРОДИЯ .............................................................. 11
ПЛОДОРОДИЕ КАК БИОГЕОЦЕНОТИЧЕСКОЕ ПОНЯТИЕ ............................................ 16
ВИДЫ И ФОРМЫ АГРОЦЕНОТИЧЕСКОГО ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ .................................. 24
КОЛОГИЧЕСКАЯ КОНКРЕТНОСТЬ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ .......................................... 27
ЧЕНИЕ АКАДЕМИКА ВАВИЛОВА О ЦЕНТРАХ ПРОИСХОЖДЕНИЯ КУЛЬТУРНЫХ
– ОСНОВА ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ КОНКРЕТНОСТИ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ 34
ОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО
................................................................................................................... 62
КОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПРОТИВОРЕЧИВОСТЬ ПРОЦЕССОВ ПОЧВООБРАЗВОАНИЯ 72
ЕРВИЧНОЕ ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ ........................................................................... 74
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА В ПОЧВАХ КАК ВЕДУЩИЙ ФАКТОР ПЛОДОРОДИЯ ...... 76
ПЕРВИЧНОЕ НАКОПЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ......................................... 76
РОЦЕССЫ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ............................................................................... 77
УМИФИКАЦИЯ ..................................................................................................... 78
ДЕРНОВЫЙ ПРОЦЕСС ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ ............................................................ 86
ОГЛИНИВАНИЕ ......................................................................................................... 87
СЛИТОГЕНЕЗ ............................................................................................................. 91
ТРАКТОВКЕ ПОНЯТИЯ «ДЕГРАДАЦИЯ»: ДЕГРАДАЦИЯ РЕАЛЬНАЯ И МНИМАЯ .. 163
ЕТОДОЛОГИЯ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА ПРИ ОЦЕНКЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ 174
ДЕГУМИФИКАЦИЯ, НЕОДНОЗНАЧНОСТЬ ОЦЕНКИ ................................................. 185
ВОДНАЯ И ВЕТРОВАЯ ЭРОЗИЯ ................................................................................ 189
НТРОПОГЕННОЕ РАЗРУШЕНИЕ ЗЕМЕЛЬНЫХ УГОДИЙ И ИХ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ .... 198
МАШИННАЯ ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВ ........................................................................... 206
ЕРЕУВЛАЖНЕНИЕ ПОЧВ: МОЧАРЫ* ............................................................... 213
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ. ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОГЕННЫЕ АНОМАЛИИ ....... 225
КОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕСТИЦИДОВ ............................ 237
АДИОНУКЛИДЫ В ПОЧВАХ. РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ............................. 245
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ ........................................... 252
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ ................................................................... 258
ИССУШЕНИЕ И ОПУСТЫНИВАНИЕ ЗЕМЕЛЬ ............................................................ 269
КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ И ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ ЮГА РОССИИ ................... 278
4
ПРЕДИСЛОВИЕ
В монографии приводятся материалы по исследвоанию многообразных аспектов плодородия почв и земель. Авторы акцентируют внимание на
экологической конкретности биогеоценотического и агроценотического
плодородия в разных формах его проявления. Особое внимание уделено
учению академика Вавилова о центрах происхождения культурных растений и социально-экономических закономерностях использования почв как
средства производства в
Формирование плодородия, как и генезис почв в целом представляется результатом почвообразвоательных процессов в их единстве и противоречивости проявления генетической и экологической сущноти. Концепция
почвообразовательных процессов неотделима от сущности плодородия в
его природном и сельскохозяйственном проявлении и развитии во времени
и пространстве в связи с изменчивостью биоклиматических условий
В отдельном разделе монографии показаны основные деградационные проявления, связанные с хозяйственной деятельностью человека: дегумификация, эрозия, машинная деградация, мочаристые явления, различные
формы загрязнения почв и др.
Книга рассчитана на широкий круг специалистов, а также студентов и
аспирантов биологических, сельскохозяйственных и экологических направ-
сельском хозяйстве.
.
лений.
5
Прежде всего, про четыре узнай мирозданья начала:
воздух, огонь, жизнетворную почву и влагу.
Эмпедокл, греческий философ
460 лет до н.э.
Самой основной, самой жизненной проблемой
агропочвоведения была, есть и будет
проблема плодородия почв.
С.А. Захаров
«…хотя плодородие является объективным свойством почвы,
экономически оно все же подразумевает
известное отношение – отношение
к данному уровню развития
земледельческой химии и механики,
а поэтому изменяется вместе с этим уровнем».
К. Маркс, «Капитал»
Почва – наш самый драгоценный капитал.
Жизнь и благополучие всего комплекса
наземных биоценозов естественных
и искусственных зависит, в конечном счете,
от тонкого слоя, образующего самый верхний покров Земли.
Эколог Жан Пьер Дорст
6
1. ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О ПЛОДОРОДИИ ПОЧВ
1.1. ЧТО ПОНИМАЕТСЯ ПОД ДЕГРАДАЦИЕЙ ПОЧВЫ
Почвы представляют собой сложную особую биокосную оболочку
земного шара, покрывающую сушу материков. Горные породы, подвергаясь воздействию многих поколений живых организмов, испытывая длительное влияние атмосферы и гидросферы, преображаются в почвенный
покров. Почвы имеют особый органоминеральный состав. В процессе почвообразования происходит накопление гумуса и других сложных органических соединений. Почвы
алюмосиликатными и силикатными минералами, биофильными элементами и, таким образом, приобретают специфическое свойство – плодородие.
Как следствие плодородия, почвенный покров обладает способностью
обеспечивать рост фитомасы растений и зоомассы животных, обитающих в
почве. Это свойство почвы служит основным условием продуктивности
фитоценозов и сельского хозяйства со всеми его отраслями.
В современном почвоведении принято следующее определение почвы. Почва – это обладающая плодородием сложная полифункциональная и
поликомпонентная открытая многофазная система в поверхностном слое
коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени. Полифункциональ-
ность почвы заключается в том, что она является одновременно природным
обогащаются также биогенными вторичными
телом, средой обитания
зяйственного производства и т.д. Поликомпонентность почвы определяется
огромным разнообразием входящих в ее состав органических и неорганических веществ. Эти вещества представлены различными физическими фазами (многофазность): твердой (минеральные и органические частицы),
жидкой (почвенный раствор), газообразной (почвенный воздух) и особо
многих живых организмов, средством сельскохо-
7
выделяемой живой фазой (организмы). Почва является открытой системой
поскольку постоянно обменивается веществом и энергией с окружающей
ее средой.
В почвах происходят различные явления очень интенсивного разрушения сложных химических соединений как органической, так и минеральной природы. Результатом всех биологических превращений органических веществ растительных, животных остатков и почвенного гумуса
ется их минерализация, т.е. переход в почвенные растворы простых химических соединений, солей, кислот. Минерализация сопровождается выделением углекислого газа и воды. Разрушаются также силикатные и алюмосиликатные минералы, которые достались в наследство почве от материнской породы. В биосфере вряд ли можно найти еще место, где биогеохимические
тенсивно.
родах различно. В почвах постоянно аккумулируются, одновременно закрепляются и переходят в подвижное состояние химические элементы,
обеспечивающие жизнь. Важнейшая особенность почвы, основа ее плодородия – избирательное оптимальное присутствие необходимых для жизни
процессы разрушения веществ разной природы проходят столь ин-
Соотношение химических элементов в живом веществе и горных по-
явля-
элементов
корневых систем фитоценоза. Это возможно только при участии живых организмов и, главным образом, растений. Их корни ищут эти элементы глубоко в породах, перехватывают каждую частицу вещества, необходимого
для жизни. Нежные корневые волоски смогут выбрать нужный химический
элемент, они его поглотят, усвоят. В
мерность биологического поглощения, здесь начинается великолепный
процесс биологической аккумуляции химических элементов жизни.
в почвенных горизонтах, где сосредотачивается основная масса
этом заключается важнейшая законо-
8
Растения, накапливая в своем веществе элементы-биофилы, затем передают их почвенному гумусу и другим соединениям, тем самым постоянно улучшая среду своего обитания. Почвы с гумосферой, представляющей
генетические горизонты Ао – лесная подстилка или степной войлок, АоА
1
–
грубогумусовый аккумулятивный и А – гумусово-аккумулятивный, закрепляют нужные для жизни химические элементы и становятся начальным
звеном последующего усвоения и миграции этих элементов по цепям питания многих групп организмов. Но, в конце концов, они снова приходят к
почве.
Разнообразие жизни на планете Земля зависит от широкой неоднородности биоклиматических
условий. Приток солнечной энергии на земной
поверхности изменяется от 5С в полярных областях до 14 000С в тропи-
ках, если этот приток солнечной энергии выразить в среднегодовой сумме
температур выше +10С, как это чаще всего делают географы-агробиологи.
Количество выпадающих осадков также меняется в пределах от 5 мм, например в
некоторых частях Сахары, до 14 000 мм в предгорьях Гималаев.
Такая неоднородность биоклиматических условий в сочетании с геоморфологическим разнообразием поверхности Земли определяет сложное переплетение жизненных процессов и явлений физического, химического и
иного преобразования литосферы. Формируют широкое разнообразие почв,
часто резко контрастных по своему строению и качествам. Но все почвы
объединяет общее
свойство – плодородие.
Плодородие – это способность почвы удовлетворять потребность
конкретных растений и животных в элементах питания, воде, обеспечивать их воздухом и теплом. Питание, вода, воздух, тепло – главнейшие
слагаемые плодородия почв. Здесь необходимо подчеркнуть следующее.
Под почвенным питанием растений понимается обеспечение минеральны-
ми формами P, K, Ca, Mg, Na и практически всеми другими химическими
9
элементами, имеющимися в природе. В то же время основная масса живого
вещества планеты построена из химических элементов, имеющих атмосферное происхождение. Ведущие компоненты атмосферы: N
, CO2, H2O –
2
это газы. Именно из них строятся органические вещества живых организмов, в которых по массе господствуют C, O, H, N. Академик
В.И. Вернадский подчеркивал, что «...почти все вещества организмов создаются из газов. Еще ярче эта связь выражена в факте, что все земные газы
(исключая вулканические эманации) так или иначе связаны с организмами
и процессами жизни».
Кислород – продукт фотосинтеза растений. Весь кислород атмосферы
происходит из молекул воды. Вода тоже предоставляет живым организмам
водород. Кислород и углерод живого вещества происходят из углекислоты.
CO
при, в общем-то, незначительном содержании в атмосфере (0,03%) –
2
фундамент всей жизни планеты. «Без угольной кислоты не было бы жизни», – пишет В.И. Вернадский. Далее отмечает: «Зеленая растительность
перерабатывает и поглощает главным образом углекислоту, происходящую
от дыхания почвы. Дыхание почвы есть биохимический процесс, связанный с выделением углекислоты бактериями, почвенной
микрофауной и
грибами».
Первоисточник H
O – соленые воды Океана. Однако вся пресная во-
2
да, без которой немыслима жизнь, имеет атмосферное происхождение. Это
не что иное, как конденсированная из газообразного состояния атмосферная влага. Среднее ее содержание в атмосфере около 3%.
Наконец, азот, как компонент живых организмов, имеет атмосферное
происхождение, хотя и усваивается в большинстве своем из минеральных
соединений почвы. В минеральных породах литосферы азота не было. Организмы, фиксирующие азот из атмосферы, обогащают им почву.
10
Таким образом, атмосферу можно представить как относительно
инертное азотное вместилище, в котором энергично циркулируют O
H
O. Циркуляция этих газов – часть, причем господствующая по массе,
2
, CO2,
2
биологического круговорота веществ и энергии, охватывающего всю нашу
планету Земля и обеспечивающего биосфере стабильное состояние многие
и многие тысячелетия.
Почва считается плодородной, если растения и ее животный мир не
страдают от холода и перегрева, а биоценозы получают в нужном коли-
честве элементы
питания, воду, не испытывают недостатка в кислороде
воздуха. Недостаток или избыток одного из слагаемых компонентов пло-
дородия ограничивает возможности получения урожая и часто приводит
к гибели растений.
Плодородие почвы – интегрирующая системная способность почвенных процессов и свойств с заложенным в нем результатом длительного периода почвообразования, это многопараметрные свойства, включающие
как
количественные, так и качественные характеристики, отражающие особенности функционирования конкретной почвы, ее внутреннюю структуру
и внешние связи.
В многогранном понятии плодородия каждая его составляющая важна и незаменима. А поэтому не следует искать главное. Выделим лишь
крайне разносторонние функции живого и мертвого органического вещества, продуктов жизнедеятельности, трансформации органических соединений, их минерализации и новообразования, где вещественно и энергетически преобладает фотосинтез зеленых растений. В этой сложнейшей цепи
круговорота и превращения материи выделяется группа специфических органических соединений почвы – ее гумус. Специфических потому, что они
присущи в природе только почвам. От возникновения гумуса, цикла его
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]