Ганжара - Почвоведение

Факторы водной эрозии почв. Главной причиной ускоренной

водной эрозии является нерациональная хозяйственная деятель­

ность человека. К природным факторам водной эрозии относятся:

климат, рельеф, свойства почв и почваобразующих пород, расти­ тельный покров.

Климатические факторы. К ведущим климатическим факто­

рам эрозии относятся количество осадков, их интенсивность и

продолжительность, параметры стока талых вод.

Большое значение имеет кинетическая энергия дождя, кото­

рая зависит от размеров капель и скорости их падения. Капли

дождя отрывают и поднимают в воздух десятки тонн почвы на од­

ном гектаре и нагружают поверхностный сток частицами почвы.

Наиболее опасны ливневые осадки с крупным размером капель и

высокой интенсивностью.

Опасность дождевой эрозии в России нарастает с востока на

запад и с севера на юг.

Эрозия при снеготаянии в значительной степени определя­ ется запасами воды в снеге. Они увеличиваются с продвижением на север и на восток. Запасы воды в снеге Московской области -

примерно 100 мм, на Северном Урале - 150-160, на Кубани -

только 10-15 мм. Интенсивность эрозии при снеготаянии нараста­

ет с юга на север и с запада на восток (Ларионов Г.А., 1993). Рельеф определяет интенсивность поверхностного стока.

Сток формируется в пределах водосбора, под которым понимается

территория, ограниченная водораздельной линией. Элементами водосбора являются водоразделы, склоны и гидрографическая сеть. Водораздельные пространства примыкают к водораздельным

линиям. Гидрографическая сеть - это сеть понижений, по которым

осуществляется поверхностный сток. На топографической карте эта сеть имеет вид ветвящегося дерева. Верхняя часть этой сети,

лишенная постоянных водостоков, называется суходольной. К

элементам суходольной сети относят ложбины, лощины и балки

(А.С.Козменко, 1954; Д.Л.Арманд, 1965). Ложбинаверхнее зве­ но гидрографической сети, примыкающее к наиболее высоким.

частям водосборов, глубиной 0,5-2 м, со склонами не круче 3-8°.

Ложбина постепенно переходит в лощину глубиной 2-5 м и кру­

тизной 8-15°. Лощина переходит в балку глубиной 6-20 м, шири­ ной 50-200 м и крутизной берегов от 10-15° до 35°. Балки впадают

в речные долины. Площадь водосбора балокот 250 га до не­

скольких тысяч гектаров.

Долина реки отличается от балки наличием постоянного во­ дотока и связанных с ним форм рельефа (террас, пойм и др.).

70

склоны занимают преобладающую часть водосборов и игра­

ют определяющую роль в развитии поверхностной эрозии. Интен­

сивность эрозии нарастает с увеличением крутизны и длины

сi(Лонов. Обычно слабосмытые почвы формируются на склонах

крутизной от 1-1,5° до 2-3°; среднесмытые - 3-5°; сильносмы­ тые - более 5°. Эрозия сильнее проявляется на выпуклых скло­

нах, по сравнению с прямыми и вогнутыми.

Экспозиция склона влияет на увлажненность, накопление

снега и интенсивность снеготаяния, а через эти факторы - на интенсивность смыва. Как правило, на склонах южной и западной

экспозиции интенсивность смыва выше, чем на северных и вос­

точных склонах.

Форма водосбора влияет на концентрацию склонового сто­

ка, а значит на величину эрозии. Собирающие водосборы наибо­

лее опасны по сравнению с нейтральными и рассеивающими.

Интенсивность овражной эрозии нарастает с увеличением глубины местных базисов эрозии - горизонтальных поверхнос­

тей, на уровне которых эрозия прекращается. Для оврага, напри­

мер, базисом эрозии может быть дно балки или пойма реки.

Свойства почв и почвообразующих пород влияют на формиро­

вание стока, поскольку от них зависит водопроницаемость и впи­

тывание дождевой и талой воды. Поверхностный сток проявляется

только в том случае, если интенсивность дождя превышает интен­

сивность впитывания и фильтрации. Водопроницаемость почв за­

висит от структурного состояния, гранулометрического состава и

влажности. Песчаные почвы, почвы с хорошей водопрочной структурой и сухие лучше впитывают влагу, чем глинистые, бес­ структурные и влажные. В условиях сформировавшегося поверх­ ностного стока степень проявления эрозии зависит от способнос­

ти почв противостоять смыву.

Противоэрозионная стойкость почв и почваобразующих по­

род характеризуется способностью почв противостоять разрушаю­

щему действию дождевых капель и поверхностного стока. Она за­

висит от степени водопрочности структурных агрегатов почвы,

количества водопрочных агрегатов, сцепления агрегатов друг с

другом. Водопрочность агрегатов определяется составом коллои­ дов и физико-химическими свойствами почв, в том числе содер­ жанием гумуса, обменных форм кальция, реакцией среды и др.

Растительный покров выполняет почвозащитную роль:

-растения принимают на себя удары дождевых капель;

-корни растений скрепляют почвенные частицы, что противодействует смыву и размыву;

71

-растительность замедляет поверхностный сток и усилива­

ет впитывание воды, задерживает смываемые частицы

почвы;

- способствует накоплению снега, ослабляет промерзание

почвы, что приводит к лучшему впитыванию влаги вес­

ной.

Эффективность растений, в первую очередь, зависит от сте­

пени проективного покрытия и мочковатости корневых систем. В

соответствии с этим пропашные культуры почти не снижают про­

явление эрозии. Зернобобовые снижают ее, примерно, в 1,2 раза; зерновые - в 1,3; бобовые - в 1,7; злаково-бобовая смесь- в

2,2; луговые травы- в 3 раза (Кузнецов М.С., 1981).

Оценка потеiЩИальной опасности водной эрозии. Способы про­ гнозирования эрозии основаны на детальном изучении факторов ее проявления. Наиболее широкое распространение получило "универсальное уравнение потерь почвы", разработанное в США:

Q = 0,224 R ·К· L · S ·С· Р,

где Q- потеря почвы от эрозии, кг/м2 за год; R- характеристи­

ка эродирующей способности дождя, учитывающая интенсив­ ность, кинетическую энергию и др.; К- коэффициент эродируе­ мости почвы (определяется потерями почвы на единицу эрозий­ мости дождя при стандартных условиях),который учитывает водо­

проницаемость и противоэрозионную стойкость почв; L -коэф­

фициент длины склона (отношение потерь почвы с данного поля к потерям с поля стандартной длины); S - коэффициент крутиз­

ны склона (отношение потерь почвы с данного поля к потерям со

склона стандартной крутизны); С - коэффициент возделывания культур (отношение потерь почвы с данного поля к потерям по­ чвы с поля, занятого черным паром); Р- коэффициент эффек­ тивности противоэрозионных мероприятий (отношение данных

потерь почвы к потерям почвы с поля, на котором не проводи­

лись работы по охране почв, например, вспашка вдоль самого

крутого склона).

Подобные модели, но в значительно меньшей степени обес­

печенные экспериментальными данными, разработаны в России

(М.С.Кузнецов, Г.П.Глазунов, 1996). Они используются для целей

прогноза эрозии и выбора наиболее эффективных противоэрози­

онных мероприятий.

72

s.2.Дефляция почв

Дефляция почв проявляется во всех зонах, но в большей

степени она характерна для аридных территорий со среднегодо­

вым количеством осадков менее 300 мм, к которым относятся южные регионы России. Проявляется дефляция в nиде пыльных бурь и местной (повседневной) ветровой эрозии.

Пыльные бури происходят при больших скоростях ветра более

15-20 м/сек, при этом мелкие почвенные частицы размером ме­

нее 0,1 мм поднимаются на большую высоту (сотни метров),

дальность переноса может достигать сотен км.

Повседневная эрозия проявляется при более низких скоростях

ветра и ограничивается переносом частиц в пределах одного поля

или нескольких соседних полей. При этом частицы размером О,1- 0,5 мм передвигаются скачкообразно, поднимаясь в воздух и опускаясь на поверхность почвы. Более крупные частицы разме­

ром 0,5-3 мм передвигаются скольжением по поверхности почвы.

И в том, и в другом случае передвигающиеся частицы разрушают

поверхность почвы и способствуют вовлечению новых порций в движение. Поэтому в процессе воздействия ветра его разруши­

тельная сила возрастает. Прогрессирующее ускорение ветровой

эрозии происходит во времени и в пространстве.

Ущерб, причиняемый ветровой эрозией, весьма многообра­ зен. Пыльные бури приводят к уничтожению посевов, засыпают каналы, дороги, лесополосы, нарушают работу наземного транс­

порта и авиации, переносят водорастворимые соли и токсиканты,

вызывают опасность для здоровья людей и животных.

Повседневная ветровая эрозия приводит к выдуванию наи­

более плодородного пахотного слоя почв, механически поврежда­

ет посевы сельскохозяйственных культур.

Классификация дефлированных почв строится на тех же

принципах, что и смытых. Они разделяются по степени дефлиро­ ванности, исходя из мощности сдутой почвы и степени погребен­

ности, мощности наноса.

Факторы дефляции. Главной причиной ветровом эрозии, так

же как и водной, является нерациональная хозяйственная дея­

тельность человека. К природным факторам относятся климат, ре­

льеф, свойства почв, растительный покров.

Климатические факторы. К ведущим климатическим факторам

относятся режим ветров, атмосферных осадков и температуры. Наи­

более сильнодействующий фактор - скорость ветра, которая опре­

деляет его кинетическую энергию. Сила ветра оценивается по 17-

73

балльной' шкале Бофорта, которая включает скорости ветров от О

до 70 м/сек. Ветровая местная эрозия начинает проявляться при

слабом бризе (4-6 м/сек), а пыльные бури - при сильном ветре (16-20 м/сек), сильных бурях, штормах и ураганах (24-42 м/сек и

более), при которых деревья вырываются с корнем, срываются

крыши домов, повреждаются линии электропередач и др.

Атмосферные осадки увлажняют почву и увеличивают про­

тиводефляционную стойкость. Влажность и температура также

оказывают влияние на проявление ветровой эрозии через биоло­

гические факторы и, прежде всего, растительный покров. Рельеф является не только перераспределителем тепла и вла­

ги, но и существенно влияет на ветровой режим. Почвы наветрен­

ных склонов и выступающих элементов рельефа сильнее выдува­

ются, чем почвы подветренных или пологих склонов.

Противодефляционная стойкость почв зависит от грануло­

метрического состава, структурного состояния, механической

прочности агрегатов, уровня влажности. Она оценивается величи­

ной присущей этой почве критической скорости ветра, при кото­

рой начинается ветровая эрозия. Наиболее подвержены эрозии

песчаные, супесчаные почвы и осушенные торфяники. Критичес­

кая скорость ветра для них наиболее низкая и составляет пример­ но 5 мjсек.

Противоэрозионная стойкость почв считается достаточной,

если скорость начала массового движения частиц почвы превы­

шает характерную для данной территории максимальную скорость

ветра 20%-й обеспеченности.

Растительность выполняет противодефляционные почвоза­ щитные функции. Она снижает скорость воздушного потока в приземном слое, принимает на себя удары почвенных частиц и снижает их почваразрушающее действие, снижает высыхание по­

верхности почвы, скрепляет почвенные частицы корнями, спо­

собствует накоплению снега и увлажнению почвы за счет снегота­

яния. Естественная растительность со сплошным покровом полно­ стью защищает почву от ветровой эрозии. Наиболее устойчивы к ветровой эрозии почвы под многолетними травами. Высокой поч­

возащитной эффективностью характеризуются зерновые культу­

ры, кукуруза, подсолнечник. Значительно ниже почвозащитные

свойства у низкорослых пропашных культур: свеклы, лука, капус­

ты и др.

Прогнозирование ветровой эрозии осуществляется на основе изучения ее факторов. В США для целей прогноза разработано "уравнение ветровой эрозии":

74

Q = f(E·l·K ·C·L·V),

где Q - возможные потери почвы от ветровой эрозии за год с

единицы поверхности; Е - дефлируемость почв, зависящая от ее

комковатости, гранулометрического состава, наличия почвенной

корки и др.; 1- коэффициент крутизны склона; К- коэффици­ ент бороздкавой шероховатости; С - климатический индекс вет­

ровой эрозии почв, зависящий от скорости ветра и влажности nочв; L - длина незащищенной части поля в направлении ветра;

V- почвозащитный эквивалент растительного покрова и расти­

тельных остатков.

Для предупреждения водной эрозии и дефляции почв при­

меняются агротехнические, агролесомелиоративные и гидротех­

нические мероприятия, направленные на снижение кинетичес­

кой энергии поверхностного стока и ветра.

а.З.Загрязнение почв химическими веществами

Различают техногеиное загрязнение почв, связанное с дея­

тельностью промытленных предприятий, транспорта, и аграген­

ное - результат сельскохозяйственного использования земель (вне­

сение удобрений, пестицидов, химических мелнорантов и др.). Техногеиные выбросы возникают в результате сжигания раз­

личных видов топлива или от газообразных и аэрозольных отходов

промытленных предприятий черной и цветной металлургии, хи­ мических комбинатов, автотранспорта.

Значительным источником техногеиного загрязнения явля­

ется перевозка топлива, добыча и транспорт нефти, газов, сточ­ ные воды промытленных предприятий, свалки промытленных и

бытовых отходов. В число загрязнителей почв и ландшафтов входят

тяжелые металлы, радионуклиды, пестициды, жидкие углеводо­ роды, синтетические органические вещества, ряд производных

соединений углерода, серы, азота, фтора и др.

Согласно действующему ГОСТу, химические вещества-заг­

рязнители подразделяются на три класса по степени опасности

(табл. 8.1).

Для определения класса опасности (табл. 8.2) используют

показатель токсичности ЛД50 - летальная доза химического веще­

ства, мгjкг живой массы, вызывающая при внесении в организм

гибель 50% животных; персистентность в почве и в растениях -

Продолжительность сохранения биологической активности загряз-

75

8.1. Классы загрязняющих веществ по степени их опасности

няющего вещества, характеризующая степень его устойчивости к

процессу разложения; ПДК (предельно допустимые концентра­

ции загрязняющего вещества) - максимальные массовые доли

химического вещества, не вызывающие прямого или косвенного

влияния, включая отдаленные последствия, на окружающую сре­

ду и здоровье человека.

Для определения ПДК загрязнителей используется ряд под­

ходов, направленных на сохранение в почве нативных свойств и

процессов, обеспечение получения гигиенически пригодной и

экономически оправданной растительной продукции, пресечения

повышенного, опасного для здоровья человека и животных разви­

тия патогенной микрофлоры. В разработке ПДК принимают учас­ тие почвоведы, микробиологи, медики и др. специалисты. Для

оценки загрязнения почв тяжелыми металлами сравнивают их со­

держание с фоновыми показателями. При этом оценивается как

валовое содержание загрязнителя в почве, так и его концентра­

ции, доступные для растений (подвижные формы) (табл. 8.3). Аграгенное загрязнение вызывается вредными для растений и

животных веществами, поступающими в почвы при их сельскохо­

зяйственном использовании. Источниками загрязнения при этом

8.2. Показатели для определения класса опасности химическоrо загрязнения (ГОСТ 17.4.1.02-83)

76

являются минеральные удобрения и химические мелиоранты, пе­

стициды, сточные воды, используемые при орошении, осадки

сточных вод и др. (табл. 8.4).

8.3. Предельно допустимые концентрации тяжелых металлов

в почве, утвержденные Минздравом СССР, N!!6229-91 и

Ориентировочно допустимые концентрации их в почвах

с различными физико-химическими свойствами, утвержденные

Госкомсанэпидемнадзором России, ГН 2.1.7.020-94

77

lvчетомФона(кларк)

Ориентировочно допустимые конuентраuии (ОДК) Валовое содержание, мг/кг

срН > 5,5

1.Подвижная форма кобальта извлекается из почвы ацетатно-натрие­

вым буферным раствором с рН 3,5 для сероземов и ацетатно-аммоний­

ным буферным раствором с рН 4,8 для остальных типов почв.

2. Подвижная форма элемента извлекается из почвы ацетатно-аммо­

нийным буферным раствором с рН 4,8

3. Подвижная форма извлекается из почвы с рН<6,5 0,006 м HCI, с

рН>6,5 - 0,03 м K2S04•

78

8.4. Сельскохозяйственные источники загрязнения почв тяжелыми

металлами, мr/кr сухой массы (по данным ЦИНАО, 1992)

Загрязнение радионуклидами связано с атомными взрывами,

авариями на атомных станциях, отходами атомной промышлен­

ности и др. Особенностью радиоактивных загрязнителей является

то, что они не изменяют уровень плодородия почв, но накапли­

ваются в урожае, в организме животных и человека.

Радионуклиды сохраняются в почвах длительное время и представляют большую экологическую опасность.

Различают естественную радиоактивность почв, вызванную

содержанием в почвах и породах изотопов урана, радия, тория,

калия-40, рубидия-87, углерода-14 и трития - сверхтяжелого

изотопа водорода. Концентрации естественных радионуклидов не­

высокие, и они не представляют угрозы для окружающей среды и

человека.

Наиболее опасны долгоживущие антропогенные радионук­

лиды, которые характеризуются продолжительным временем их

пребывания в почвах. К ним относятся: стронций-90 (90Sr), цезий-

137 ( 137 Cs), иод-129 (1291), рубидий-106 (1°6Ru), плутоний-239

( 239Pu), уран-238 (238 U), церий-144 (144Се), торий-232 (232Th), ра­

дий-226 (226 Ra). У строция-90 период полураспада 28 лет, у

цезия-137- 33 года, у некоторых долгоживущих радионуклидов сотни и тысячи лет, а у урана-238 - 4,5·109 лет.

По степени подвижности в почвах антропогенные радионук­

лиды образуют следующий ряд: стронций>рубидий>цезий>це­ РИй>йод>плутоний.

Цезий и стронций наиболее активно вовлекаются в биологи-

79