ПОЧВА лесники ответы / 18_vopros

Гранулометрический состав почв. Твёрдая фаза почвы состоит из частиц различной величины, которые называются механическими элементами. Они находятся в почве в свободном (песок) и агрегатном состоянии (когда отдельные частицы соединены в структурные отдельности разной формы, размера и прочности) и в различном соотношении. Свойства механических элементов изменяются в зависимости от их размеров. Близкие по свойствам и размеру частицы группируются во фракции.

Группировка частиц по размерам во фракции называется классификацией механических элементов. Относительное содержание в почве фракций механических элементов, выраженное в %, называется механическим или гранулометрическим составом.

Частицы более 1 мм называются скелетом почвы, менее 1 мм – мелкозёмом.

Отдельные фракции имеют различный минералогический, химический состав, различные физические и химические свойства, поэтому они по-разному влияют на свойства почв.

С уменьшением размера механических элементов значительно изменяются их свойства, которые претерпевают довольно резкие изменения на рубеже 0,01 мм, затем 0,005 и 0,001 мм. Это позволило разделить все механические фракции на две большие группы: физический песок (>0,01 мм) и физическая глина <0,01 мм).

Различные фракции механических элементов имеют неодинаковые свойства, поэтому и почвы и породы в зависимости от их содержания также будут обладать неодинаковыми свойствами.

Все многообразие почв и пород по механическому составу объединяют в несколько групп с характерными для них физическими, физико-химическими и химическими свойствами.

Для характеристики механического состава используют двух- и трёхчленные классификации. В настоящее время для классификации почв и грунтов используют трёхчленную классификацию Н.А. Качинского, в которой выделяют три группы частиц: песок – 1,0-0,05 мм, пыль – 0,05-0,001 мм и ил – менее 0,001 мм. По этой классификации основное наименование по механическому составу производится по содержанию физического песка и физической глины и дополнительное — с учетом других преобладающих фракций; гравелистой (3— 1 мм), песчаной (1—0,05 мм), крупнопылеватой (0,05— 0,01 мм), пылеватой (0,01—0,001 мм) и_иловатой (<0,001 мм).

Однако самое широкое распространение имеет двучленная классификация почв Н.М. Сибирцева и Н.А. Качинского. В основу этой классификации почв и пород положено соотношение физического песка и физической глины.

Механический состав почв и почвообразующих пород влияет на интенсивность многих почвообразовательных процессов, связанных с превращением, перемещением и накоплением органических и минеральных соединений в почве, и определяет продуктивность и состав насаждений, а также сельскохозяйственное использование почв. В одних и тех же природных условиях на породах разного механического состава формируются почвы с неодинаковыми свойствами.

Механический состав оказывает существенное влияние на водно-физические, физико-механические, воздушные, тепловые свойства, окислительно-восстановительные условия, поглотительную способность, накопление в почве гумуса, зольных элементов и азота.

Лекция 21-22. 1. Почвы лесопарков, городов, пригородных

и промышленных зон.

2. Деградация почв: естественная и искусственная.

3. Характеристика причин деградации (эрозия, радиационное

и химическое загрязнение, уплотнение, вытаптывание,

уничтожение).

4. Пути и приёмы восстановления деградированных почв

(интенсивные и пассивные).

Развитие промышленности и урбанизация (рост и развитие городов) увеличили влияние неблагоприятных факторов на окружающую среду. Своеобразным стабилизатором жизненной среды человека становятся леса и зелёные насаждения.

Человек (рекреант) оказывает на лес негативное воздействие в виде следующих форм:

- дорожная рекреация – рекреанты перемещаются по дорогам с твёрдым покрытием, и воздействие человека на среду заключается в присутствии человека и связанные с ним шум, отбросы и т.д., которые в совокупности образуют фактор беспокойства; данная форма связана с изъятием лесной площади под техническую инфраструктуру (здания, дороги, площадки с твёрдым покрытием, спортивные сооружения);

- бездорожная рекреация – рекреанты свободно перемещаются по лесу, не разводя костров, не рубя ничего и не собирая; при этом происходит уплотнение почвы, уменьшение гумуса, отаптывание корней, уничтожение травянистой растительности, подлеска, подроста; уплотнение замедляет рост деревьев, угнетает; естественное лесовосстановление прекращается, усиливается фактор беспокойства; в качестве деградации леса при бездорожной форме используется % вытоптанной площади, и в первую очередь, вытаптывается живой напочвенной покров; различают вытаптывание до подстилки и до минерализованного слоя;

- добывательская рекреация – собирание грибов, ягод, плодов, цветов, лекарственных растений, зелени, рыбная ловля; при этом добавляется селективное ослабление и уничтожение отдельных видов растений и животных вплоть до ликвидации отдельных звеньев в лесных экосистемах; зона вытаптывания резко расширяется вследствие проникновения рекреантов в труднодоступные места, особенно в ягодный и грибной сезон;

- бивачная рекреация связана с установкой в лесу палаток и разжигания костров, что помимо вытаптывания приводит к воздействию на лес огнём и топором: заготовка дров, кольев, веток, выжигание напочвенного покрова и подстилки; это сокращает прирост древесины и уменьшает толщину годичных колец;

- транспортная рекреация – рекреанты перемещаются вне дорог по напочвенному покрову на автотранспорте, воздействуя на лес ходовой частью, выхлопными газами, горюче-смазочными материалами, что вызывает не только расширение эрозии, но и её углубление; все вышеперечисленные формы рекреации захламляют территорию; за сезон в лесах накапливается до 10…15 млн. м3 мусора;

- кошевая рекреация – рекреанты устраивают в лесу временное жилище с использованием подручных лесных материалов (столов, стропил, брёвен, досок, стенной и кровельной драни), а иногда берут с собой скот; эта самая опасная форма рекреации по степени воздействия на лес.

В результате рекреационного давления лес претерпевает изменения, происходит его дигрессия – динамика изменений вследствие рекреационного воздействия. Различают стадий дигрессии. Её внешние визуальные признаки: вытоптанная площадь, уничтоженный подрост, повреждённые деревья, смена лесных трав на луговые и затем на сорные.

Первая стадия – это практически ненарушенный лес с полным набором, характерных для данного типа леса, видовых травянистых растений и многочисленным разновозрастным подростом. Подстилка в лесу упругая ненарушенная. Повреждение подроста и подлеска не более 5%. Насаждения высокополнотные.

Вторая стадия – намечаются тропинки, которые занимают не более 5% площади, вытаптывается подстилка, что снижает её запасы; опушечные виды растений проникают под полог леса. На этой стадии рекреации лес часто относят к другому типу БГЦ (дубравы разного типа с эфемероидами сменяются дубравами медуничными и зеленкочуковыми).

Третья стадия – для этой стадии характерны вытоптанные участки на 10…15% площади и резкое уменьшение запасов подстилки. В результате выпадения подлеска и подроста (повреждение их может составлять 50…95%) и изреживания верхнего полога леса увеличивается освещённость леса, под пологом леса поселяются луговые и сорные виды растительности, всходов основных лесообразующих пород почти нет. На этой стадии господствуют волосисто-осоковые и снытево-осоковые дубравы.

Четвёртая стадия – на этой стадии дигрессии БГЦ приобретает специфическую структуру. В пределах типа чередуются участки менее нарушенного фитоценоза (часто с подростом и подлеском) и вытоптанные участки с тропинками и полянами. На полянах полностью разрушена подстилка, разрастаются луговые травы, происходит задернение почвы. Выбитые участки могут занимать 15-60% площади. Характерна «сетевая» структура БГЦ, когда в ячейках (середина их) сосредоточены менее нарушенные участки леса, тропинки создают сетевую структуру, а между тропинками и сердцевиной ячейки расположены переходные по нарушенности участки.

Пятая стадия – дигрессии сопровождается резким нарушением всего БГЦ. Вытоптанная площадь охватывает 60-100% территории. На большей части её травяной и кустарничниковый ярусы полностью отсутствуют; Значительная часть площади лишена растительности, встречаются лишь её фрагменты, главный компонент которых сорняки. Все деревья больны или имеют механические повреждения, у значительной части их корни обнажены, выступают на поверхность. Резко увеличивается освещённость.

Граница устойчивости биогеоценоза определяется способностью к самовосстановлению при существующих рекреационных нагрузках, которые в зависимости от степени их воздействия на природную среду подразделяют на допустимые, предельно допустимые, критические и катастрофические.

Допустимая рекреационная нагрузка соответствует изменениям лесных экосистем от почти незаметных признаков деградаций до изменений, соответствующих верхней границе второй стадии дигрессии. При этом природный комплекс способен выдерживать увеличение рекреационной нагрузки, не теряя способности к самовосстановлению. Нагрузка, соответствующая 2ой стадии дигрессии, принимается за оптимальную.

Рекреационные нагрузки, приводящие природный комплекс к 4ой стадии дигрессии, считаются опасными, а их верхний предел называется критической рекреационной нагрузкой.

В результате гибели подроста при сохранении рекреационных нагрузок лес теряет способность к самовосстановлению (3-4 стадии). Изреживание древостоя уменьшает массу подстилки, вытаптывание уплотняет и разрушает её. В результате ухудшаются условия почвообразования. Вытаптывание опасно и зимой, так как уплотнение снега ведёт к промерзанию почвы. Увеличение освещённости, разрушение подстилки и уплотнение почвы приводит к вытеснению лесных трав луговыми. Они задерняют почву, препятствуя развитию подроста. Подрост гибнет также и от вытаптывания.

Вытаптывание повышает твёрдость верхнего горизонта почвы, ухудшает его структуру, увеличивает объёмную массу, уменьшает водопроницаемость и порозность. В результате в почве нарушаются химические и биологические процессы. Это приводит к резкому уменьшению питания деревьев и возникает необходимость распространения вширь и поднятия к поверхности жизнедеятельных сосущих корней и к их вытаптыванию. Ухудшение питания вызывает снижение прироста деревьев, их заболевание, они заселяются вредителями и гибнут.

От степени уплотнения зависит содержание обменных оснований. В дерново-подзолистой почве в березняке в гор. А1 количество кальция уменьшается по мере нарастания уплотнения, а содержание алюминия увеличивается. В дерново-подзолистых почвах под ельником содержание кальция и алюминия сначала увеличивается на 2ой стадии уплотнения, а при 3ей – снижается и составляет 1 мг-экв/100 г почвы. Такие различия в содержании обменных оснований не влияют на положение почв в существующих таксономических рамках.

Под влиянием рекреационной нагрузки изменяется не только абсолютное значение свойства, но и характер анизотропности, характер изменчивости почв в пределах парцеллы.

В березняке на участке 3ей степени уплотнения объёмная масса почвы закономерно снижается по мере удаления от ствола дерева; меняется анизотропность тессеры; уменьшается амплитуда колебания величины плотности почвы.

В ельнике волнообразное колебание величины плотности прослеживается слабо на тропинках 3ей степени уплотнения, причём заметно уменьшается амплитуда её колебаний.

Эволюция структуры почвенного покрова. Сеть тропинок 3ей степени уплотнения делит участок леса на ряд фрагментов, обычно близких по форме к многоугольникам, внутри которых к центру чередуются все зоны, различающиеся по степени вытоптанности. Рядом с тропинкой располагается зона 3ей степени, затем 1ой; в центре участка может оставаться почти ненарушенное ядро. Изменение свойств почвы в зависимости от степени вытоптанности приводит к формированию под влиянием рекреационных воздействий особой композиции, структуры почвенного покрова, отличающейся от исходной, связанной генетически с парцеллярным строением БГЦ.

В зависимости от степени использования лесопарка при сохранении общего геометрического рисунка структуры почвенного покрова меняется лишь степень вытоптанности микрозон. При преобладании 2ой и 3ей степени вытоптанности БГЦ теряет полностью исходную парцеллярную структуру и превращается в искусственный ценоз со специфической структурой.

При этом структуру почвенного покрова таких БГЦ можно отнести к искусственным регулярно-циклическим мозаикам и микромозаикам – комплексам, в которых округлый элементарный почвенный ареал окаймлён линейными ареалами вновь сформированной почвы. ( найти рис.)

Исходная почва в центре комплекса отличается от нарушенной рекреационным воздействием почвы такими свойствами как плотность, гумусированность, содержание обменных оснований. Но главное различие заключается в изменении микроструктуры почвенного покрова в исходных парцеллах; в разрушении, деградации исходной структуры, исчезновении исходных тессер с их микропятнистостями и микромозаиками.

Восстановление рекреационных лесов. После прекращения рекреационной нагрузки исходный БГЦ восстанавливается очень медленно. На дерново-подзолистых суглинистых почвах нарушения 2ой степени стали почти незаметны, а через 7-8 лет восстановили растительный покров и плотность почв. Участки с нарушениями 3ей степени требуют для своего восстановления на тех же почвах около 30 лет; только тогда плотность почвы восстанавливается до исходной, специфичной для данного БГЦ.

Анализ БГЦ испытавших или испытывающих рекреационную нагрузку, позволяет предложить почвенный метод допустимой нагрузки, так как существует чёткая зависимость степени вытоптанности и стадии дигрессии от плотности верхних горизонтов почв лесного БГЦ.

В лабораторных условиях можно определить степень уплотнения почвы в зависимости от нагрузки и переносить прогнозные допустимые нагрузки в БГЦ.

Результаты изучения физических свойств почвы показывают, что после разрыхления верхнего слоя, т.е. уменьшения плотности до исходного состояния почва уплотняется в течение 3 лет. Для восстановления исходной плотности почвы после уплотнения требуется более длительное время.

Одна из причин замедленного восстановления плотности почвы при прекращении рекреационного воздействия – медленное зарастание нарушенных участков. Ускорить этот процесс могут внесение удобрений и рыхление почвы на глубину 5…10 см (глубина слоя максимального уплотнения).

Анализ рекреационного воздействия выявил одну важную зависимость между свойствами почвы и древостоем. Увеличение плотности почвы обычно сопровождается ухудшением состояния деревьев. Уже на 3ей и 4ой стадиях рекреационной дигрессии почти все деревья поражены корневой губкой и стволовыми вредителями, а к 5ой стадии начинают суховершинить до 10% деревьев.

На ухудшении состояния деревьев сказывается не только почва; решающую роль играют механические повреждения их самих и корневых систем. Но ухудшение свойств почвы причина того, что деревья не справляются с заживлением ран. Свойства почвы играют важную роль в формировании структуры почвенного покрова и структуры БГЦ в лесах с рекреационной нагрузкой.

Внесение удобрений на ранних стадиях дигрессии повышает устойчивость деревьев к заболеваниям, т.е. они очень отзывчивы на улучшение питательного режима.

Деградация почвы – ухудшение свойств и плодородия почвы в результате воздействия природных или антропогенных факторов.

Естественная деградация почв происходит под влиянием природных факторов (вода, ветер).

Деградация антропогенная – постоянное снижение сложности, энергетического потенциала и ёмкости системы, практически необратимое в реальных масштабах времени, связанные с человеческой деятельностью.

Определённая совокупность физико-географических условий может изменять процессы почвообразования и естественные почвы деградировать. Примером может служить деградация чернозёмов, которая происходит при поселении леса на чернозёмах и развивается процесс оподзоливания; чернозёмы деградируют, т.е. переходят в чернозёмы выщелоченные и оподзоленные.

При возделывании культурных растений на почву воздействуют три фактора: механическая обработка почвы, удобрения и сами культурные растения. Кроме положительного влияния на водно-воздушный и пищевой режимы, каждый их этих факторов оказывают на почву и негативное воздействие.

Механическая обработка почвы способствует разрушению структуры и минерализации гумуса; с урожаем из почвы выносятся элементы питания; внесение кислых удобрений создаёт неблагоприятную реакцию среды, токсичную для растений.

В условиях, когда не принимаются меры по устранению и предупреждению воздействия отрицательных сторон технологии, почва деградируется; плодородие, сформированное природными факторами почвообразования, разрушается.

Получение в год двух урожаев на одном поле путём посева промежуточных культур истощает запасы элементов питания растения, почва деградирует. Если не восполнить запасы питательных веществ путём применения органическими и минеральными удобрениями плодородие почв катастрофически падает. Увеличиваются площади почв с пониженным содержанием подвижных форм фосфора, обменного калия, почвы подкисляются. На лёгких малобуферных почвах применение кислых форм удобрений приводит к полному выпадению посевов и образованию «мёртвых» пятен.

Деградация и снижение плодородия часто связаны с развитием биогенной токсичности почвы, т.е. при монокультуре происходит накопление токсичных веществ для культурных растений. Накапливаются в почвах также минеральные подвижные соединения марганца и железа в кислых почвах; сероводород и метан в переувлажнённых, богатых органическим веществом почвах; токсичные соли при неправильном орошении.

В почвах слабоокультуренных кислых, особенно при внесении кислых минеральных удобрений, увеличивается численность токсичных бактерий и грибов, которые отрицательно влияют на рост и урожай культурных растений. При этом усиливается и токсическое влияние соединений ртути, цинка, кадмия индустриального происхождения.

Каждая культура оставляет после себя почву с изменёнными ею свойствами. На эти изменения очень чутко реагируют последующие культуры и даже при благоприятных условиях могут снизить урожай.

Потерю или сильное снижение плодородия почвы при повторном или небольшим перерывом выращивания некоторых культур называется почвоутомлением. К почвоутомляющим культурам относятся лён, клевер, люцерна, сахарная свёкла.

Причины почвоутомления: односторонний вынос и недостаток элементов питания, в т.ч. и микроэлементов; сопутствующая сорная растительность; развитие фитопатогенной микрофлоры, микроорганизмов, выделяющих токсические вещества, а также токсины, выделяемые самими растениями (главная причина).

Корни льна выделяют в почву ароматические вещества, корни люцерны – алкалоиды, являющиеся причиной снижения урожаев хлопчатника первого года по пласту 4-летней люцерны.

Меры борьбы с токсикозом – плодосменный севооборот, известкование кислых почв, внесение органических удобрений, посев люпина на зелёное удобрение, которые оказывают большое влияние на стимулирование полезных и подавлению токсичных микроорганизмов.

Характеристика причин деградации.

Эрозия – процесс разрушения почв под воздействием воды и ветра. В результате эрозии ухудшение почвенного плодородия или полное уничтожение почвы.

Снижение плодородия зависит от степени смытости почв, что связано с постоянным удалением наиболее плодородного слоя и вовлечением в пахотный горизонт менее плодородных нижних горизонтов. При этом ухудшаются химический состав, свойства и режимы почв; снижается содержание запасов гумуса, ухудшается его качественный состав; снижаются запасы элементов питания и содержание их подвижных форм; ухудшаются физические и биологические свойства почвы.

В смытых почвах ухудшается структурное состояние и сложение, уменьшается пористость и увеличивается плотность, что ведёт к снижению водопроницаемости, увеличению поверхностного стока, снижению влагоёмкости и запасов доступной для растений влаги, ухудшается состав обменных катионов, изменяется реакция почвенной среды.

Потеря гумуса ведёт к снижению биологической активности почв; уменьшается численность полезных микроорганизмов, снижается численность мезофауны, падает активность ферментов.

Ухудшение питательного, водного и биологического режимов наряду с ухудшением ряда свойств приводит к падению плодородия и снижению урожая.

Водная эрозия подразделяется на плоскостную или поверхностную, и линейную или овражную.

При поверхностной эрозии происходит смыв верхнего горизонта почвы под влиянием стекающих по склону дождевых или талых вод, которые образуют мелкие струйчатые размывы. Эти размывы при очередной обработке почвы заделываются за счёт постоянной припашки подпахотного слоя почвы. В пахотном горизонте постоянно уменьшается доля исходного верхнего слоя почвы, и он формируется за счёт нижележащих менее плодородных горизонтов; общая мощность почвенного профиля уменьшается; образуются смытые почвы.

При линейной эрозии происходит размыв почв в глубину более мощной струёй воды, стекающей по склону. В горных районах одна из форм эрозии – селевые потоки, образующиеся после бурного снеготаяния или обильных дождей. С водой движутся с большой скоростью мелкозём, галька, камни.

Эрозия, как плоскостная, так и линейная, является естественным процессом, идущим везде, где может возникнуть поверхностный сток.

Интенсивность процесса зависит от социально-экономических и природных условий:

- климата, особенно от количества и распределения осадков (чем больше осадков, тем интенсивнее эрозия);

- связности почв и рыхлых горных пород, от которой зависит их податливость к смыву и размыву (влияние геологических условий территории);

- водопроницаемости почв и горных пород (чем она больше, тем слабее эрозия, что связано с мощностью гумусовых горизонтов, с механическим составом, плотностью);

- глубины местного базиса эрозии, крутизны, длины, формы и экспозиции склона (условия рельефа);

- угла наклона поверхности (чем он больше, тем сильнее эрозионные процессы);

- приёмов обработки почвы;

- растительного покрова – самый важный фактор (чем он лучше развит, тем слабее эрозия).

Корни растений связывают, скрепляют почвенные частицы; растительный покров задерживает часть осадков, заставляя их испаряться обратно в атмосферу, ослабляет живую силу дождевых капель, тем самым, уменьшая их разрушающее действие на почву.

Под естественным растительным покровом, особенно под лесом, значительно выше водопроницаемость, меньше промерзаемость почв – оба эти условия ведут к понижению поверхностного стока, вплоть до полного его исчезновения, и эрозия почвы получает ничтожное развитие. Особенно высока роль лесной подстилки полностью поглощающей живую силу дождевых капель и резко снижающей скорость текучей воды. На площадях с хорошо развитым растительным покровом, особенно лесным, эрозии почти не наблюдается.

Медленно идущая эрозия под естественным ненарушенным растительным покровом имеет повсеместное распространение при наличии благоприятствующего стоку рельефа и называется нормальной денудацией.

При антропогенном вмешательстве, когда естественный растительный покров подвергается порче или уничтожению в результате вырубки, неумеренного выпаса скота, распашки, происходит изменение таких свойств почвы как пористость, воздухоёмкость, возрастает влагоёмкость, снижается водопроницаемость и увеличивается поверхностный сток.

Усиление поверхностного стока приводит к развитию ускоренной эрозии в отличие от естественной.

Ускоренная эрозия связана с удалением естественной растительности, неправильным использованием почвы, в результате чего темп эрозии резко возрастает. Ускоренная эрозия представляет собой почворазрушительный процесс в противоположность почвообразовательному, идущему под целинным растительным покровом.

В лесном хозяйстве развитие эрозии усиливается при трелёвке древесных стволов. Трелёвка наносит вред даже в условиях равнинного рельефа, так как разрушает и сдирает лесную подстилку и гумусовый слой, т.е. наиболее плодородные горизонты. От неё страдает подлесок и подрост вплоть до уничтожения. Всё это ухудшает условия лесовозобновления.

Особенно трелёвка наносит огромный вред в условиях горного рельефа. По ложбинам, образовавшимся в местах трелёвки, устремляются потоки талых и ливневых вод, что приводит к уничтожению не только почвы, но и рыхлых почвообразующих пород, а также к обнажению скальной породы, на которой не может расти не только лес, но даже растительность. Тем самым сводятся на нет результаты многовекового почвообразовательного процесса, а сними и возможность не только естественного, но и искусственного лесовозобновления.

Снижение продуктивности связано с большой потерей питательных веществ, особенно усвояемых форм, содержащихся в гумусовом горизонте, особенно соединений азота и микрофлоры.

Эрозия ухудшает физические свойства почвы, разрушая структурный гумусовый горизонт. На поверхности оказывается бесструктурная плотная горная порода, труднопроницаемая для корневых систем растений. Эта порода обладает малой водопроницаемостью, вследствие чего усиливается поверхностный сток. Ухудшению водного режима способствует, и потеря значительной доли зимне-весенних осадков.

Организационно-хозяйственные мероприятия предусматривают обоснование и составление плана противоэрозионных мероприятий, и обеспечение его выполнения. Этими мероприятиями предусматривают подготовку данных о противоэрозионной устойчивости территории, куда входят почвенная карта и картограмма эродированных почв, карта рельефа, почвообразующих пород и т.д.

Агротехнические мероприятия слагаются из использования почвозащитных свойств самих растений – многолетних и однолетних трав; приёмов противоэрозионной обработки почв (обработка поперёк склона, бороздование, обваловывание и лункование зяби и паров, вспашка с почвоуглублением, щелевание и кротование почв, поделка ливнеотводных борозд, заравнивание промоин и разъёмных борозд); специальных приёмов снегозадержания и регулирования снеготаяния (посев кулис из высокостебельных растений, валкование снега, применение щитов, полосная укатка и зачернение снега); агрохимических средств повышения плодородия эродированных почв (применение органических и минеральных удобрений).