Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологический мониторинг почв. Учебник
.pdf
на
5
О
2
<0,5
<1,2
0,5–1,5
<7,5
1,2–3,8
3–10
7,5–25
мг Р
Фосфатаза,
10 г за 24 часа
<3
на 10 г
3
за 24 часа
Уреаза, мг
NH
5–15
1,5–5,0
3,8–12,5
12,5–38,0
25–75
10–30
75–250
30–100
>38
>15
>250
>100
161
Инвертаза, мг
Дегидрогеназа,
3
Каталаза,
глюкозы на 1 г
мг ТФФ на 10 г
/г за
см
2
О
за 24 часа
за 24 часа
1 мин
<5
<1
<125
<2,5
<25
5–15
15–50
125–375
375–1250
1–3
3–10
7,5–25
2,5–7,5
25–75
75–250
>150
50–150
10–30
>3750
1250–3750
>75
>30
25–75
>750
250–750
Степень обогащенности
Очень бедная <1
Бедная 1–3
Среднеобогащенная 3–10
Очень богатая >30
Богатая 10–30
162
почвы. Роль ферментов в почвенных процессах трудно
переоценить, ведь они являются катализаторами биохимических превращений органических остатков и гумуса и
тем самым участвуют в биохимических циклах углерода,
азота, фосфора, серы и других элементов.
Обогащенность ферментами в значительной степени определяется генетическим типом почвы, при этом в верхних
биогенных горизонтах активность ферментов максимальна,
а вниз по профилю — в большинстве случаев снижается.
Деградация почвы сопровождается снижением ее биологической активности, и ферменты, как показали многочисленные исследования, являются надежным индикатором
этого явления (табл. 12.4). При этом ферменты проявляют
специфическую реакцию на тот или иной вид деградации
почвы. Так, загрязнение почвы ТМ, нефтепродуктами в
значительной степени снижает активность каталазы, в
то время как инвертаза и дегидрогеназа довольно слабо
реагируют на нефтезагрязнение. В то же время инвертаза
чувствительна к сельскохозяйственному использованию, а
каталаза — нет.
Пока-
затель
Каталаза
Вид антропо-
генного воз-
действия
Сельскохозяйственное использование
Загрязнение нефтью
и нефтепродуктами
Загрязнение
ТМ
СВЧ-излучение 9 10 10
Ионизирующее
излучение
Гидроморфизм 10 10 9
Чувстви-
тель-
ность
3 10 10 9,2
9 10 9
8 10 8
9 10 10
Слож-
ность
анализа
Точность
определе-
ния
Сред-
ний
балл
163
Инвертаза
Дегидро-геназа
Сельскохозяйственное использование
Загрязнение
нефтью и нефтепродуктами
Загрязнение
ТМ
СВЧ-излучение 9 6 6
Ионизирующее
излучение
Гидроморфизм 8 6 6
Сельскохозяй-
ственное использование
Загрязнение
нефтью и нефтепродуктами
Загрязнение
ТМ
Ионизирующее
излучение
Гидроморфизм 10 7 10
10 6 9 6,8
3 6 6
8 6 6
9 6 7
10 7 9 7,6
2 7 8
10 7 9
8 7 7
Бонитировка почв — сравнительная оценка качества
почв по их производительной способности, это специализированная генетико-производственная классификация
почв, плодородие которых выражено в баллах.
Предлагались различные подходы и методы оценки
качества почв (Гаврилюк, 1972):
1. Естественно-исторический метод, на основе подходов
В.В. Докучаева. Баллы бонитета почв устанавливаются на
основе тех их природных свойств, которые коррелируют
с урожайностью ведущих сельскохозяйственных культур.
Элементарной таксономической единицей при бонитировке таким методом является разновидность почв.
164
2. Вариант естественно-исторического метода, при использовании которого таксономической единицей является
не почвенная разновидность, а агропроизводственная
группа или подгруппа почв. Баллы бонитета почв устанавливаются также по природным свойствам почв и
урожайности сельскохозяйственных культур. Метод
широко применяется на Украине.
3. При географическом подходе выявляется связь между
урожайностью и типом местности. Баллы бонитета для
различных типов местности устанавливают по выходу
сельскохозяйственной продукции. Метод разработан
географами МГУ и Львовского университета.
В основу общей оценки почвенного плодородия поло-
жена оценка гумусного состояния, так как именно гумус
является интегральным показателем плодородия почв.
В качестве основных генетических показателей при разработке шкалы бонитета почв используются показатели
(Гаврилюк, 1972):
– общая мощность горизонтов (А+В);
– запасы гумуса (т/га) во всей толще гумусовых го-
ризонтов.
Эти индексы плодородия показали высокую информатив-
ность при оценке качества черноземов и каштановых почв
Нижнего Дона и Северного Кавказа. Бонитировка этих почв
осуществляется прежде всего применительно к потребностям
зерновых культур, так как зерновое хозяйство составляет
основу сельскохозяйственного производства региона.
Имеют значение выбранные критерии балльной оцен-
ки почв. При разработке рабочей оценочной шкалы для
определения балла бонитета почв Ростовской области за
100 баллов (т. е. за эталон) были приняты признаки обыкновенного чернозема, в котором мощность гумусового
горизонта А+В = 75 см, запасы гумуса — 425 т/га, а урожайность — близка к средней урожайности зерновых культур на сортоучастках — 20 ц/га (Гаврилюк, 1974). Использовались и «разомкнутые» оценочные шкалы, где средней
по качеству почве присваивается 100 баллов, почвам выше
среднего качества — соответственно более 100 баллов и
почвам ниже среднего качества — менее 100 баллов.
Эффективность этих показателей неодинакова для
разных типов почв. В частности, в почвах, где гумуса содержится меньше (каштановая и чернозем южный), влияние
его на почвенное плодородие выше, чем в почвах с боль-
165
шим содержанием гумуса. Это связано с особенностями
качественного состава гумуса.
Содержания гумуса в пахотном слое дерново-подзолистых почвах показало надежную связь с величиной
урожайности сельскохозяйственных культур.
Оценку деградации почвы по показателям ее гумусного состояния можно провести исходя из рекомендаций
Министерства охраны окружающей среды и природных
ресурсов России, по которым уменьшение гумусового слоя
менее чем на 0,1 доли его мощности указывает на отсутствие деградации.
Однако эти рекомендации не содержат придержек по
оценке деградации почвы при снижении гумусированности
пахотного слоя без уменьшения мощности А+В. В то же
время в условиях степной и сухостепной зон это явление
широко распространено.
Деградацию можно характеризовать показателями
интенсивности процессов деградации и их направления.
Под скоростью деградации понимается ухудшение свойств
почвы в единицу времени. В целях унификации для всех
показателей скорость деградации можно было бы выразить
скоростью перехода почвы из одной степени деградации в
другую по любому рассматриваемому показателю.
Если имеются бонитировочные шкалы и многолетние
материалы, накопленные в результате бонитировочных
исследований, они могут быть эффективно использованы
для оценки скорости изменения таких показателей, как
мощность гумусового слоя и содержание гумуса в верхнем
горизонте (табл. 12.5).
При этом учитывалась различная мощность гумусового
слоя (А+В) в разных подтипах черноземов, следовательно,
и различная «цена» потерянных сантиметров этого слоя.
Потеря (смыв) более 50 % мощности гумусового слоя приводит к необратимой утрате исходно плодородия этих почв
и их необратимой деградации. Такое состояние почв соответствует крайней — четвертой степени деградации почв
(диагностика по мощности гумусированного слоя).
При переводе деградационных потерь в балльную систему оценок необходимо учитывать различную исходную
мощность (А+В) изучаемых подтипов черноземов. Поэтому
уже при первой степени деградации черноземы, изначально имеющие большую мощность гумусового слоя,«могут
позволить себе» большую потерю в баллах и при этом
166
>30
20–30
15–20
Степень деградации
5–15
0 1 2 3 4
<5
>45
30–45
20–30
10–20
<10
>65
45–65
25–45
15–25
<15
>25
15–25
10–15
5–10
<5
>45
>50
20–45
25–50
10–20
15–25
5–10
5–15
<5
<5
<5 5–10 10–30 30–50 >50
Черноземы
Черноземы южные
Черноземы обыкновенные
карбонатные:
Черноземы южные
Черноземы обыкновенные
карбонатные:
северо-приазовские
предкавказские
Показатель Почвы
Мощность (А+В),
убыль в см
Балльная оценка,
северо-приазовские
убыль в баллах
(в среднем для типа)
предкавказские
Содержание гумуса в
Апах, убыль в % к исход-
ному содержанию (неде-
градированный аналог)
167
остаться в градации «слабая степень деградации». При
очень сильной деградации потери мощности гумусового
слоя в баллах в этом подтипе черноземов в 2 раза выше,
чем в черноземах южных.
Для каштановых почв данная система оценки деградации гумусного состояния была разработана на основе тех
же принципов. В качестве показателя деградации используется убыль гумуса в пахотном горизонте в процентах к
исходному состоянию (табл. 12.6).
Степень деградации
Показатель Почвы
Содержание гумуса
в Апах,
убыль в % к
исходному
состоянию
(недеградированному
аналогу)
Темнокаштановые
Каштановые
Светлокаштановые
0 1 2 3 4
<3,5
<3
<2,5
3,5–7
3–6
2,5–5
7–20
6–15
5–13,5
20–35
15–30
13,5–25
>35
>30
>25
Предложенный подход обоснован следующим: содержание гумуса в горизонте А каштановых почв Ростовской
области составляет в среднем 2,4–2,2 %. Уменьшение этого
показателя на 30 % приведет к тому, что горизонт А по
содержанию гумуса будет соответствовать нижележащему
горизонту В. Содержание гумуса 1,8–1,5 % в пахотном
слое свидетельствует о том, что почва подвержена эрозии,
горизонт А полностью смыт и почва достигла крайней,
четвертой, степени деградации. Эти же принципы использовались для разработки критериев оценки темно- и
светло-каштановых почв.
Существуют и другие нормативы для оценки деградации почв, в которых не учитывается специфика гумусного
состояния. Соответственно, и выводы, сделанные на их
основе, будут иные. Для примера установим степень де-
168
градации почв, рассмотренных в предыдущем примере, в
соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке
деградации почв» (Яковлев и др. 2001) (приложение, табл. 1)
и сопоставим сделанные выводы.
По показателю «уменьшение запасов гумуса в профиле почвы» в «Методических указаниях…» предлагается
4-ю степень деградации диагностировать при уменьшении
запасов гумуса на 80 % по сравнению с недеградированным
аналогом. В обыкновенном черноземе, принятом за эталон,
запас гумуса составляет 425 т/га. Данную почву можно
будет перевести в разряд 4-й степени деградации при
уменьшении запасов гумуса до 85 т/га. А светло-каштановая
почва с запасом гумуса в А+В=85 т/га, будет переведена
в 4-ю степень деградации только по достижении запаса гумуса в 17 т/га. Но если в первом случае в почве, вероятно,
будет сохранен по крайней мере горизонт В2, то во втором
случае при таких запасах гумуса речь может идти только
о горизонтах ВС или С, так как в лессовидных суглинках
на глубине одного метра гумуса содержится от 0,5–0,6 до
0,3–0,2 % гумуса, что обеспечивает запас гумуса в слое
0–20 см от 4 до 16 т/га. То есть при учете генетических
особенностей оценки деградации почв получены более
жесткие, чем без учета этих особенностей.
Дистанционный почвенный экологический мониторинг — контроль состояния почв с помощью дистанционных методов. Использование результатов съемки земной
поверхности из космоса и аэрофотоснимков позволяет
получать информацию с больших площадей. Для дистанционного обследования территории применяют также
метод лазерного дистанционного зондирования (ЛДЗ).
Установки ЛДЗ могут быть размещены на самолетах или
вертолетах сельскохозяйственной авиации. В этом случае
обеспечивается сбор информации с больших площадей
за короткий промежуток времени, методы ЛДЗ обладают
высокой чувствительностью и разрешением.
С помощью дистанционных методов можно осуществлять раннюю диагностику недостаточности элементов
минерального питания в почвах; диагностику состояния
растительности после обработки гербицидами; диагности-
169
ку недостаточности содержания влаги в почве; создавать
карты текущего состояния почв (степени засоленности,
кислотности в данном районе); выявлять различные виды
деградации почв. Использование дистанционных методов
дает возможность создавать широкомасштабные банки
данных по состоянию почв, наблюдать динамику их изменения. Эффективно сочетание наземных и дистанционных
наблюдений. Наземный мониторинг, включающий отбор
почвенных проб и их анализ, может как предшествовать
дистанционному наблюдению, так и следовать за ним в
качестве уточняющего этапа.
Дистанционные методы анализа почв основаны на
спектральной отражательной способности (СОС) почв —
способности почв избирательно поглощать и отражать
электромагнитные излучения определенных длин волн в
зависимости от химического состава и физического строения поверхности. По изменению спектральных характеристик почв можно оценивать потерю гумуса и изменение
его качественного состава, проследить процессы засоления,
оподзоливания, развития эрозии и т. д.
Отражение света почвами зависит от их влажности,
содержания гумуса, карбонатов, железа, солей, размера
агрегатов (Орлов, Суханова, Розанова, 2001). Зависимость
эта описывается простыми эмпирическими уравнениями.
Для каждой из таких функций общий вид уравнения не
зависит от типа почвы, но значения постоянных коэффициентов закономерно изменяются для почв разного генезиса
в широких пределах. Таким образом, использование спектральных характеристик позволяет оперативно и объективно
оценивать содержание различных красящих компонентов,
а по изменению во времени их содержания можно судить
о скорости и направлении многих почвенных процессов.
В системе наземного мониторинга для характеристики
СОС используют спектральные коэффициенты отражения
(СКО).
. СКО опре деляют в
лабораторных условиях на спектрофотометрах типа СФ-10,
СФ-14, СФ-18 с применением интегрирующей сферы, где
учитывается весь диффузно отраженный от объекта световой поток.
170
В системе дистанционного мониторинга используются
спектральные коэффициенты яркости (СКЯ).
. Измерение СКЯ проводят, как правило, с
борта самолета, космического корабля, вышки или с руки
полевыми спектрометрами. Промышленный выпуск таких
приборов в нашей стране, к сожалению, пока не налажен,
и исследователи пользуются авторскими экземплярами,
изготовленными для каждой конкретной задачи.
Измерение СКЯ в полевых условиях связано с рядом
особенностей, так как если в лабораторных условиях получение СКО зависит только от точности прибора, то в
полевых условиях необходимо учитывать влияние внеш них
факторов: условия освещения, влажность почвы, степень обработки почвы и т. д. Поэтому для уменьшения погрешности
приходится прибегать к увеличению объема выборки.
Наибольшее влияние гумуса на спектральные свойства
почв проявляется в области длин волн 700–750 нм. Анализ
большого набора почв, как современных, так и погребенных,
показал, что связь между коэффициентом отражения света
при 750 (700) нм и содержанием органического углерода
выражается зависимостью, близкой к экспоненциальной.
При высоком содержании гумуса окраска почв обусловлена практически только органическим веществом и мало
меняется с увеличением его содержания. При уменьшении
содержания гумуса отражение начинает быстро нарастать,
приближаясь к отражательной способности породы. Такая
связь для поверхностных горизонтов почв лесостепной и
степной зон описывается функцией вида:
ρ= ρ
+ ( ρ0 – 7ρ
min
min
) ´ e
-kH
,
где ρ — коэффициент спектрального отражения почвы;
ρ
— то же для безгумусной почвообразующей породы;
0
ρ
— то же для многогумусной почвы; Н — содержание
min
гумуса, %; k — константа. При анализе функции ρ от Н
при Н=0 величина ρ= ρ
(Виноградов, 1988).
, при Н>10 % величина ρ = ρ
0
min
Большие отклонения от средних не позволяют в единичных образцах определять содержание органических веществ
в почвах по величине коэффициентов отражения. Но при
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]