Концепция устойчивого развития: новая социально-экономическая парадигма 23 город глазами эколога 31

Скачать 1.6 Mb.

Название	Концепция устойчивого развития: новая социально-экономическая парадигма 23 город глазами эколога 31
страница	6/11
Тип	Документы

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Документы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

3.4.3. Антропогенное воздействие и нарушения почвы

Антропогенное воздействие на почвы носит прямой и косвенный характер и, как правило, приводит к нарушениям почвы, т.е. к изменению состава и свойств почвы как динамической системы, выражающемся в нарушении равновесных экологических процессов. Практически всегда нарушения почвы являются сложными, имеющими черты как прямого, так и косвенного воздействий. Нарушения почвы могут быть вызваны и природными процессами - пожарами, сезонными климатическими явлениями, вулканическими процессами, стихийными бедствиями и др.

Почвы можно рассматривать как ненарушенные, т.е. существующие в естественных природных условиях, и нарушенные, т.е. преобразованные и измененные человеком. К последним относятся сельскохозяйственные угодья, почвы городов, агропромышленных и др. районов. Например, почвы Санкт-Петербурга и других больших городов представляют собой искусственные образования, созданные путем постоянной подсыпки смесью естественного материала (глина, песок, торф и т.д.), а также переработанных строительных, бытовых отходов и др. Естественные (ненарушенные) почвы в пределах мегаполисов сохранились, как правило, лишь на окраинах городов и на территориях старых лесопарковых участков.

По признакам изменений различают следующие основные типы нарушений почвы.

1. Полное уничтожение почвы, т.е. удаление почвенного слоя, выход на поверхность почвообразующих пород.

2. Перекрытие почвенного профиля различными материалами - отходами, дорогами, покрытиями, застройками, затоплением. Только под города и прочие населенные пункты изъято из естественного биосферного процесса около 5 % почвенного покрова, и эта величина неуклонно растет. Подсчитано, что в результате этого процесса ежегодно в мире теряется до 6-7 млн. га почв.

3. Эрозия почв - разрушение почв и вынос рыхлых компонентов почвенного материала водой и ветром.

Водная эрозия происходит под воздействием поверхностного стока, дождевых и талых вод.

Ветровая эрозия (дефляция) - представляет собой выдувание мелкозема из верхних почвенных горизонтов, особенно в засушливые периоды, при сильных ветрах. Отсутствие растительности приводит к усилению негативных последствий дефляции..

4. Механические нарушения - уплотнение; переувлажнение (подтопление); иссушение; образование плотных корок; пирогенные нарушения (являются результатом пожаров). Механические нарушения обусловливают ухудшение физических (водно-тепловых, воздушных), химических свойств, замусоривание почв.

5. Загрязнение почв - накопление и распространение в них веществ, не связанных с почвообразованием. Такие вещества могут относиться к естественным компонентам (соли, закисляющие вещества, нефть и нефтепродукты, некоторые минеральные удобрения и др.), так и к загрязнителям - токсикантам (тяжелые металлы, хлорорганические пестициды, радионуклиды и др.). В результате загрязнения почв снижается плодородие почвы, а сама почва может стать губительной средой для существующих в ней (и находящихся в контакте с ней) организмов. Загрязнение почв сопровождается распространением загрязнений в другие среды и объекты окружающей среды - живой и неживой природы.

По характеру воздействия на объекты окружающей среды выделяют следующие группы нарушений почвы, приведенные в таблице 11.

Оценивая состояние почвы, необходимо описывать не только нарушения почвы, но и выявлять почворазрушающие процессы.
Таблица 11. Основные группы нарушений почвы

Группы нарушений почвы	В чем выражается
1. Сельскохозяйственные: - распашка полей - размещение пашни у водоемов - выпас скота - применение химикатов и пестицидов - мелиоративные работы	Эрозия почвы Химическое загрязнение и зарастание водоемов, снос питательных веществ в водоемы Уплотнение почвы и вытаптывание растительности Химическое загрязнение почвы, гибель почвенных организмов Разнообразные нарушения в функционировании экосистем
2. Лесохозяйственные нарушения	Воздействие на почву техники при лесомелиоративных, лесозаготовительных работах. Активная эрозия и падение плодородия на обезлесенных участках
3. Промышленные нарушения	Воздействие на почву выбросов газообразных, жидких и твердых веществ, складированных отходов, а также вследствии открытой и закрытой добычи полезных ископаемых
4. Строительные нарушения	Воздействие на почву строительной техники и построенных сооружений, дорог: магистрально-строительные - вдоль линий электропередач, газопроводов, дорог и т.д.; гидростроительные - на прилегающих к водохранилищам территориях, где существенно изменяется гидрологический режим почв в связи с подтоплением и заболачиванием
5. Транспортные нарушения	Воздействие на почвы наземного транспорта: загрязнение их веществами, содержащимися в выхлопных газах (оксиды азота, сажа, углеводороды, тяжелые металлы) и механические воздействия (уплотнение, разрушение полей) при движении вне дорог
6. Рекреационные нарушения	Связаны с несоблюдением "экологических правил" поведения человека в природной среде. Наблюдаются на территориях, интенсивно посещаемых туристами, грибниками, отдыхающими и т.п. Выражаются в воздействии на почву - вытаптывании, пожарах, загрязнении "отходами рекреации" - мусором, нефтепродуктами и др.

Понятие о почворазрушающих процессах введено М.Н. Заславским [21]. Под почворазрушающими процессами понимаются "...процессы и явления, снижающие плодородие почв, ухудшающие условия сельскохозяйственного использования земель, увеличивающие эрозионную опасность и ее интенсивность, разрушающие почвенный покров". Всего М.Н. Заславским выделено около шестидесяти различных почворазрушающих процессов, которые объединены в 4 группы с позиций возможного воздействия антропогенного фактора на их возникновение и интенсивность проявления. Приведенные в таблице 12 сведения могут явиться основой для значительного расширения и углубления представлений о нарушениях почвы и возможных способах их предотвращения, для более глубокого понимания происходящих в почве процессов. Следует отметить различия между нарушениями почвы и почворазрушающими процессами, т.к. нарушение (нарушенность) можно определить как состояние почвы, которое является следствием почворазрушающего процесса.
Таблица 12. Почворазрушающие процессы и их проявление

Наименование группы процесса	Основное проявление процессов
Процессы, проявление которых не может быть предотвращено человеком	Медленное тектоническое опускание (поднятие) территории, землетрясения, извержения вулканов, затопление земель во время стихийных бедствий, заболачивание и засоление в силу естественных процессов и др.
Процессы, интенсивность проявления которых в большей или меньшей мере определяется антропогенным фактором	Снежные лавины, оползни, осыпи, сели, эрозия водная и ветровая, усадка сухих пористых пород при их насыщении водой, переувлажнение и заболачивание, пирогенная деградация и др.
Процессы, вызываемые антропогенными факторами	Оседание поверхности земной коры в результате откачки подземных вод (депрессионные воронки), вторичное засоление, пересушка торфяных почв и др.
Антропогенные процессы	Приведены в табл. 13

Более подробно остановимся на антропогенных почворазрушающих процессах (таблица 13).

Таблица 13. Антропогенные почворазрушающие процессы

Наименование процесса	Основное влияние процессов на почвенный покров
Деградация лесных почв при лесозаготовках	Уничтожение вместе с лесом подлеска, травянистого покрова, подстилки резко увеличивает эрозионную опасность земель
Деградация пастбищных земель при интенсивной нерегулируемой пастьбе скота	Ведет к разрушению дернины, уплотнению и распылению верхнего слоя почвы, образованию скотобойных троп и выбоин. Резко снижается продуктивность земель, увеличивается опасность проявления дефляции
Деградация почвенного покрова при геологоразведочных работах и эксплуатации месторождений полезных ископаемых	Удаление почвы, погребение почвы под отвалами, проявление различных почворазрушающих процессов при открытых и закрытых разработках - просадок, оползней, обвалов
Деградация почвенного покрова при различных строительных работах и эксплуатации сооружений	Удаление почвенного покрова при строительстве железных и автомобильных дорог, трубопроводов, судоходных каналов и других сооружений. Погребение почв под отвалами и при возведении насыпей
Деградация почв в процессе проведения мелиоративных работ	Удаление в процессе корчевки пней, уборки камней, прокладки канав гумусового слоя почвы, погребение плодородных почв подпочвой при строительстве дренажных магистральных канав и при выполнении других земляных работ ведет к снижению потенциального плодороди
Наименование процесса	Основное влияние процессов на почвенный покров
Деградация почв при неправильном применении удобрений и пестицидов	Приводит к гибели полезной микрофлоры и мезофауны, снижает плодородие почв, способствует загрязнению вод при склоновом стоке осадков
Дегумификация пахотных почв	Наблюдается как последствие многолетнего использования почв без внесения необходимых доз органических и минеральных удобрений, неправильной обработки, отсутствия севооборотов. Снижение содержания в почве гумуса ведет к падению потенциального плодородия
Дорожно-колейная деградация почвенного покрова в тундровой зоне	Этот вид деградации тундровых почв связан с образованием вслед за проходами гусениц вездеходов, тракторов и других наземных транспортных средств, глубоких колей - своеобразных "шрамов" на поверхности тундровых почв, которые при заполнении водой от таяния
Загрязнение почв токсическими веществами	Загрязнение почв твердыми, жидкими и газообразными токсическими веществами (свинцом, ртутью, кадмием и другими тяжелыми металлами) приводит к опасной их концентрации в сельскохозяйственной продукции, к отравлению вод при склоновом стоке и смыве почвы
Затопление плодородных почв при наполнении водохранилищ	Выводит из использования большие площади сельскохозяйственных земель. Подъем уровня грунтовых вод приводит к "подтоплению" прилегающих земель, что может вызвать их заболачивание или засоление
Переуплотнение почв колесами тяжелых машин	Разрушается структура, снижается водопроницаемость почв, ухудшаются условия жизни растений
Отчуждение с полей почвы при уборке картофеля и корнеплодов	Приводит к уменьшению содержания в почве гумуса, к снижению плодородия
Смещение пахотного слоя почв со склонов почвообрабатывающими машинами	Снижается плодородие и развивается эрозия почв

Из таблицы 12 и 13 следует, что отнесение некоторых процессов в ту или иную группу условно, так как иногда очень сложно оценить роль природных и антропогенных факторов в их проявлении.

В разных районах нашей страны влияние различных почворазрушающих процессов на снижение плодородия почв, разрушение земель и ухудшение всей окружающей среды различно. В одних районах главной проблемой земледелия является вторичное засоление почв, в других - переувлажнение и заболачивание, в третьих - занос почв перевеиваемыми песками, в четвертых - разрушение земель оползнями, в пятых - проявление различных криогенных процессов и т.д. Поэтому в разных районах страны должны применяться разные меры охраны почв от неблагоприятного воздействия тех или иных почворазрушающих процессов; соответственно могут различаться и методы оценки состояния почвы.

Не умаляя важности защиты почв от различных почворазрушающих процессов, наибольший экологический ущерб наносят такие процессы, как эрозия, химическое загрязнение почвы, замусоривание, засоление, закисление.

3.4.4. Изучение почв в полевых и лабораторных условиях

Почву изучают как в полевых, так и в лабораторных условиях. Полевое изучение почвы позволяет определить ее строение и свойства, дать название по внешним, так называемым морфологическим признакам, а также провести отбор почвенных образцов для их изучения в базовом полевом лагере или в лабораторных условиях. Очень удобно и наглядно изучать почвы в специально выкопанных почвенных разрезах или на геологических обнажениях. Наиболее полно и точно изучают почву в лаборатории, проводя различные анализы, требующие специального оборудования. Однако некоторые простейшие анализы, а также те из них, которые могут быть выполнены с помощью полевых портативных лабораторий, измерительных комплектов и приборов, выполняют в полевых условиях. Таким образом, основной целью изучения почвы в полевых условиях является ее описание, и при намерениях продолжить изучение в лабораторных условиях - отбор почвенных образцов для дальнейшего лабораторного исследования.

Как выбрать место для изучения почвы? Вопрос этот кажется странным. Да, почву можно изучать в любом месте, и в то же время место для изучения почвы надо выбирать. Его надо выбирать потому, что каждый, кто намеревается изучать почву, должен ответить на вопрос: почву какой территории, какого участка он хочет изучить?

Следует помнить, что почвы изменяются при смене рельефа, растительности, почвообразующих пород, увлажнения и других экологических факторов. Изменяются также экологические условия жизнедеятельности почвенных организмов, которым почва образует среду обитания. Значит, прежде чем выбирать место для изучения почвы, надо установить, почву какого участка вы намереваетесь изучить - склона, водораздела или днища долины, пашни или леса. Место для изучения должно находиться в центральной, а не в краевой части территории с характерными условиями. Оно не должно чем-либо выделяться на участке - здесь не должно быть ни каких-либо мелких повышений или понижений рельефа, ни дороги (или даже тропинки), ничего, что могло бы придать почве особые черты, сделав ее нетипичной для тех условий, которые были избраны.

3.4.5. Отбор почвенных образцов

Отбор почвенных образцов для более детального изучения в лабораторных условиях - важная и ответственная часть полевых исследований. Существует ряд правил, которые необходимо соблюдать при проведении отбора образцов. Специалистами разработаны общие требования и правила отбора проб почвы, приведенные в действующих государственных стандартах [82, 90]. Чтобы избежать наиболее досадных случаев, связанных с недостаточностью почвенного материала, отбором проб в неподходящих местах, неправильной обработкой проб и их непригодностью к дальнейшему анализу и т.п., организатору полевых работ необходимо ответить на несколько вопросов:

- являются ли изучаемые участки однородными и насколько полно они представляют изучаемую, в целом неоднородную, территорию?

- по каким показателям предполагается анализировать пробы почвы и сколько их для этого необходимо?

- в каких конкретно местах и с какой глубины предполагается взятие образцов?
- есть ли у исследователя достаточно почвенного материала, чтобы, при необходимости, повторить анализ (например, если эксперимент окажется неудачным)?

- будет ли проводиться обработка проб на месте их отбора либо в базовом лагере и что для этого необходимо (оборудование, время, "человеческие возможности" и т.д.)?

- есть ли у исследователя достаточное количество упаковочного материала для транспортировки образцов в лабораторию?

Обратите внимание! Недоучет возможных проблем, связанных с последующей обработкой и анализом проб в лабораторных условиях, может поставить под угрозу достижение целей оценки экологического состояния изучаемой почвы, т.к. воссоздать полевые условия по возвращении из экспедиции или полевого выхода, как правило, невозможно.

3.4.6. Почвенные разрезы и их изучение

Почвенный профиль и почвенные горизонты. Подобно тому, как неповторим каждый человек, каждый участок почвы в ландшафте имеет собственные уникальные характеристики. Внешний вид срезанной в глубину почвы (его можно уподобить лицу человека) называется почвенным профилем. Изучая почвенный профиль, можно получить информацию о геологической и климатической истории ландшафта на протяжении сотен и тысяч лет, археологической истории использования почвы жившими в данной местности людьми.

Каждый почвенный профиль образован слоями, называемыми почвенными горизонтами. Почвенные горизонты могут иметь толщину от нескольких миллиметров до десятков сантиметров и более. По этим, а также другим свойствам каждый почвенный горизонт отличается от расположенного сверху или снизу.

Для идентификации почвенных горизонтов ученые обозначают их специальными буквами. В настоящее время в нашей стране принята система обозначения генетических почвенных горизонтов, в основе которой лежит символика, предложенная В.В. Докучаевым с дополнениями, сделанными в последующее время. Почвы подразделяют на несколько горизонтов, которые, в свою очередь, подразделяют на подгоризонты. Каждый горизонт (подгоризонт) имеет свое название и буквенное обозначение - индекс.

Согласно этой индексации, основными почвенными горизонтами являются:

А0 - лесная подстилка или степной войлок;

А - гумусовый горизонт с подразделением на подгоризонты:

Ад - дерновый горизонт;

А1 - гумусовый аккумулятивный горизонт (в целинных почвах);

А - пахотный горизонт;

Ат - торфянистый горизонт;

А2 - элювиальный горизонт (подзолистый или осолоделый);

В - иллювиальный горизонт с подразделением на горизонты В1, В2;

С - материнская порода;

G - глеевый горизонт.

Следует отметить, что горизонты могут четко выделяться на почвенном профиле, но могут и слабо проявляться, а в каких-то случаях могут и отсутствовать. Это зависит, главным образом, от характера почвообразовательного процесса, возраста почв и материнских пород, а также степени антропогенного влияния на почву. Тем не менее, каждому типу почв свойственно особое сочетание горизонтов.

Почвенные горизонты различаются по цвету, структуре, плотности, гранулометрическому составу, новообразованиям и включениям, т.е. по признакам, которые могут быть определены непосредственно при изучении разреза. Они также могут различаться по химическому и минералогическому составу, физическим и физико-химическим свойствам, количеству и составу микроорганизмов, биохимической активности и по некоторым другим свойствам, которые можно изучить, как правило только в хорошо оснащенной лаборатории.

Почвенный профиль и почвенные горизонты изучают на почвенных разрезах и обнажениях. Почвенный разрез - это специально выкопанная яма, которая позволяет увидеть строение всего почвенного профиля - от поверхности до почвообразующей породы. На разрезе удобно выполнять описания почв, изучать их морфологические признаки, установливать границы между различными почвами, отбирать образцы для анализов.

Глубина почвенного разреза определяется мощностью почвенного профиля, т.е. глубиной залегания нижних горизонтов почвы. Обычно считают, что почвообразующую породу достигли, когда в разрезе вскрывается однородная толща, не подразделяющаяся на различные по строению и составу горизонты. Форма почвенного разреза прямоугольная, ширина его обычно составляет 70-80 см, длина - 1,5-2,0 м в зависимости от глубины. Размеры почвенного разреза должны быть такими, чтобы исследователь мог удобно расположиться в разрезе и работать там. Одну из стенок, так называемую "переднюю стенку", делают вертикальной. На ней ведут основное исследование почвенного профиля. На противоположной стенке делают ступеньки. Длинные стенки, называемые боковыми, используют для дополнительного исследования почвы.

Разрез ориентируют таким образом, чтобы передняя стенка была хорошо освещена, т.е. она должна быть обращена к солнцу.

Результатом изучения почвенного разреза является описание почвенных горизонтов и отбор проб почвы (грунтов).

Обратите внимание при выполнении почвенного разреза:

- Убедитесь в том, что копать безопасно. В земле должны отсутствовать кабели, канализационные и ирригационные сооружения, опасные предметы и др.

- Копайте в таком месте, чтобы нанести минимальный вред корневым системам растений, особенно деревьев.

- Копайте не ближе 3 метров от зданий, дорог, игровых и строительных площадок, других мест, где Ваша работа может нанести ущерб или нарушить состояние примыкающим к хозяйственным объектам территорий.

- Ориентируйте почвенный разрез таким образом, чтобы профиль был хорошо освещен. Тогда Вы сможете не только изучать его визуально, но и фотографировать.

- После изучения почвенного профиля (горизонта) или отбора почвенного образца вырытый грунт поместите обратно в яму.

Естественные обнажения, часто встречающиеся на стенках свежих промоин оврагов, по берегам рек и в других местах, не могут заменить собой почвенные разрезы, т.к. они обычно приурочены к специфическим условиям рельефа и характеризуют поэтому только весьма ограниченные участки площади. Однако обнажения представляют собой очень ценный объект для почвенно-геологических наблюдений, т.к. позволяют видеть почвенный слой и глубокие горизонты пород.

Большинство свежих искусственных выемок (открытых выработок для добычи различных ископаемых, строительных траншей, карьеров, котлованов и т.д.) с успехом может быть использовано в качестве почвенных разрезов, если места их расположения являются типичными и важными для изучения почв данной территории.

3.4.7. Морфологические свойства почв

Цвет (окраска). Очень важным и наиболее доступным для описания морфологическим признаком почв является цвет (окраска) того или иного горизонта, или образца почвы из горизонта. Окраска является характерным диагностическим признаком, позволяющим косвенно судить и о других свойствах почвы. Подтверждением этому служат названия типов почв, заимствованные от того характерного цвета, который несет на себе верхний гумусовый горизонт. По цвету верхнего почвенного горизонта или одного из горизонтов получили типовое название многие почвы мира - подзолистые, серые лесные, черноземы, каштановые, бурые, красноземы и т.д.

Различие в цвете позволяет произвести первичное разделение профиля почвы на соответствующие горизонты. Определение цвета в поле всегда носит субъективный характер, так как зависит от способности исследователя воспринимать цветовые оттенки и разбираться в их тональности. Цвет почвенной массы в горизонте почти никогда не бывает "чистым", он всегда сопровождается рядом сопутствующих тонов, придающих горизонту тот или иной оттенок.

Цвет (окраску) определяют в естественном состоянии почвы или горизонта, не допуская возможных изменений, обусловленных высушиванием.

В истории развития полевых почвенных исследований было несколько попыток установить стандартную шкалу цветовых оттенков, которая позволяла бы объективно определить цвет почвенной массы. Наибольшее распространение в нашей стране получила схема, предложенная С.А. Захароваым еще в 1927 г. [22]. Согласно концепции С.А. Захарова, все разнообразие окрасок в почве создается черным, белым и красным цветом. Их смешение в той или иной пропорции дает многообразную цветовую гамму оттенков и промежуточных тонов - бурого, серого, каштанового и др. (рис. 6).

******************
Рисунок 6
******************
Рис. 6. Окраска почвы (по С.А. Захарову).

Окраска позволяет судить не только минералогический и химический состав почвенной массы, но и о направлении почвообразовательного процесса. Например, у почв подзолистого типа наблюдается формирование белесого оподзоленного горизонта А2 и темноокрашенного иллювиального горизонта В.

Черная окраска почвы обусловлена содержанием гумуса и его качественным составом, ибо не всякий гумус придает почвенным горизонтам темную окраску. Варьирование темной окраски может наблюдаться в диапазоне от интенсивно-черной (влажный высокогумусированный горизонт А1 чернозема типичного) до серых тонов различной интенсивности.

Белая окраска почвы обусловлена, в основном, минералогическим составом почвы и содержанием в ее массе кварца, карбонатов кальция, каолинита, глинозема, а также аморфной кремнекислоты, светлоокрашенных полевых шпатов и "выцветов" легкорастворимых солей. Чистые белые цвета в окраске генетических горизонтов практически не встречаются. Более светлая окраска присуща подзолистому горизонту А2, но, как правило, она изменяется от белесой до белесовато-светло-серой или белесовато-палевой. Чистый цвет дают белоснежные корочки солей на поверхности солончаков и налеты солей в профиле солончаков.

Красная окраска почвы возникает при очень высоком содержании в ее составе полуторных оксидов железа. Эта окраска может быть унаследована от материнской породы или же явиться следствием почвообразовательного процесса.

В практике зарубежных почвенных исследований для определения окраски почвы широко используется атлас цветов Мансела (Munsell, Soil Color charts, 1954), определяющий цвет как показатель, состоящий из трех измеряемых величин: тона (hue), интенсивности (value) и оттенка (chroma). Тоном считается преобладающий цвет спектра, определяемый длиной волны. Интенсивность - мера светлой или темной окраски, связанная с общим количеством отражаемого света. Оттенок характеризует чистоту или выраженность цвета спектра. На основе этих трех критериев и разработан стандарт цветовых таблиц - шкала Мансела.

3.4.8. Влажность и водные свойства почвы

В почве может содержаться вода в капельно-жидком, твердом (в виде льда), а также в парообразном состояниях. Некоторое количество воды всегда имеется в почвенном материале в силу физико-химических взаимодействий, а также находится в химически связанной (кристаллизационной) форме. Относительное содержание воды, в том или ином ее состоянии, обусловлено многими факторами, среди которых - время года и температура, глубина почвенного горизонта, защищенность (закрытость) почвы от воздействий климатических факторов (например, наличие снежного покрова), строение почвы, присутствие в почве водоносных горизонтов и др. Поэтому, применительно к почве, говорят о наличии и количестве в ней влаги, имея в виду содержание воды во всех агрегатных состояниях.

Количество влаги в почве очень изменчиво во времени и зависит от поступления воды в почву и ее расходования. Поступление влаги в почву происходит с атмосферными осадками, паводковыми, грунтовыми поливными водами, а расходование - при испарении, транспирации, стоке и др. Соотношение этих процессов определяется климатическими явлениями, временем года, положением почвы в рельефе местности, наличием и характером растительного покрова, хозяйственной деятельностью человека. Помимо перечисленных факторов, внешних по отношению к почве, ее влажность зависит и от свойств самой почвы - водных свойств, к которым относятся влагоемкость и водопроницаемость, а также от состояния поверхности почвы.

Почвенная влага является практически единственным источником влагообеспечения наземных растений. Поэтому влажность почвы определяет продуктивность культурных и природных фитоценозов, регулирует состав последних, а также определяет состояние связанных с ними сообществ животных (зооценозов) и почвенных микроорганизмов (микробиоценозов).

Почвенная влага оказывает огромное влияние на перемещение веществ в ее профиле. Особенности водного режима почв обусловливают, в одних случаях, элювиальные процессы (связанные с выносом растворенных или взвешенных веществ с нисходящим гравитационным током влаги), а в других - процессы накопления солей и засоления (содержащей растворенные вещества, связанные с процессами транспирации и капиллярными явлениями за счет восходящих потоков влаги).

С колебаниями влажности связаны процессы превращения веществ в почве, их растворение и кристаллизация, окисление и восстановление, а также набухание и усадка почвенной массы.

Степень увлажнения оказывает большое влияние и на морфологические свойства почвы - на усиление или ослабление интенсивности окраски, плотность, сложение и связность почвенной массы, степень выраженности структуры и др.

Таким образом, изучение влажности почвы в ее сезонной и многолетней динамике - необходимая часть экологических и других (агропочвенных, почвенно-генетических) исследований. Это изучение включает, во-первых, собственно наблюдения за динамикой влажности, которые складываются из суммы единичных измерений влажности за некоторый отрезок времени, и, во-вторых, обработку и интерпретацию полученного материала.

Влажность почвы характеризуется отношением массы содержащейся в почвенном образце влаги к массе подготовленного (измельченного, не содержащего посторонних включений) и высушенного образца и выражается обычно в процентах. Для измерения влажности используют как прямые, так и косвенные методы. Основным, наиболее распространенным и надежным, прямым методом определения влажности почвы в лабораторных условиях является термостатно-весовой метод [2, 49]. Термостатно-весовой метод определения влажности заключается в измерении веса влаги, содержащейся в образце. При этом подготовленный почвенный образец высушивают в термостате при температуре 105 ?С в течение 3-4 часов, а определенный взвешиванием вес влаги относят к единице массы почвы.

Из косвенных методов определения влажности почвы наиболее интересен электрометрический метод, основанный на зависимости некоторых характеристик почвы, в частности, электропроводности, от влажности. Электропроводность можно быстро и удобно измерять портативными илилабораторными приборами - электровлагомерами либо кондуктометрами. Вместе с тем, электропроводность почвы в значительной степени зависит от концентрации солей в почвенном растворе и типа почв. Поэтому точность определения влажности почвы по электропроводности относительно невелика. Однако, учитывая портативность, удобство и оперативность работы с подобными приборами, целесообразно использовать их в тех случаях, где нужно получить информацию о том, является ли почва смоченной или сухой, мерзлой или талой (мерзлая почва электричество не проводит), найти глубину границы между слоями почвы, контрастными по влажности и др.

При работе в полевых условиях удобно использовать косвенный органолептический метод определения степени увлажненности почвы. В результате такого определения, основанного на органолептической оценке, можно с достаточной достоверностью судить о той или иной степени увлажнения почвы. В зависимости от осязательных ощущений тестирующего почву человека различают степени увлажнения почвы - мокрая, сырая, влажная, свежая, сухая.

Влагоемкость характеризует количество воды, которое почва способно удержать в себе. Однако предельное количество воды, которое может удержать в себе конкретный почвенный образец, зависит от того, каким образом эта вода поступает в почву. Если источником влаги является только водяной пар, находящийся в окружающем почвенные частицы воздухе, это количество будет небольшим. При поливе водой сверху почва удержит значительно больше влаги, а при затоплении почвы в ее естественном залегании (или при погружении образца почвы в воду) практически все поры заполняются водой. Поэтому выделяют различные виды влагоемкости почвы. Так, специалистами, для характеристики связанной влаги, малоподвижной и непродуктивной для растений, выделяют гигроскопическую влажность почвы, максимальную гигроскопичность, влажность завядания, максимальную молекулярную влагоемкость.

Влага, которая может удерживаться в почве сорбционными и капиллярными взаимодействиями, называется свободной. Именно эта влага является продуктивной для растений, имеет важнейшее значение для роста и развития почвенной биоты, а также создает среду для почвенного раствора. Подобное, сильно увлажненное, состояние почвы удобно описывать через полную полевую влагоемкость, т.е. максимальное количество воды, которое почва может удерживать в своих капиллярах. Существуют и другие показатели для характеристики подобных состояний.

Водопроницаемость. Во многих случаях необходимо учитывать также такое водное свойство почвы, как водопроницаемость. Под водопроницаемостью понимают способность почвы пропускать через себя воду. Количественно она выражается мощностью слоя воды (в миллиметрах), поступающей в почву через ее поверхность в единицу времени. Водопроницаемость почвы зависит от общего количества пор в почве. Особое значение имеет наличие крупных пор, трещин и ходов животных. Устойчивые высокие значения водопроницаемости присущи также почвам, имеющим хорошо выраженную и стабильную структуру. В случае же непрочной структуры, высокая начальная водопроницаемость быстро снижается по мере того, как почвенные агрегаты распадаются при увлажнении и происходит набухание почвы.

Наибольшее значение для оценки экологических условий в почве, связанных с увлажнением, имеют как собственно влажность, так и некоторые характеристики, которые могут быть определены (рассчитаны) исходя из результатов определения водных свойств почвы. К ним относятся, в первую очередь, весовая влажность, а также запас влаги в почве и ее дефицит.

Весовая влажность. Наиболее часто влажность выражают в процентах от веса высушенного при температуре 105 ?С почвенного образца (так называемая "весовая" влажность, или собственно влажность):

**********************
Формула
**********************
где W - влажность, %;
а - вес бюкса или кюветы с влажной почвой, г;
б - то же с сухой почвой;
в - вес пустого бюкса или кюветы, г.

Влажность можно выразить и в процентах от содержания влаги, отвечающего тому или иному виду влагоемкости, что позволяет сравнивать по влажности почвы с различными водно-физическими свойствами. Например, влажность может быть выражена в процентах от полной влагоемкости, от влажности завядания и др. Такая форма выражения влажности называется относительной.

Запас влаги в почве - абсолютное количество воды, содержащееся в в определенном слое почвы. Запас влаги может выражаться в тоннах (кубометрах) на 1 га или в миллиметрах водного столба. В зависимости от запасов влаги в почве различают типы увлажнения почвы - обильный, устойчивый, переменный.

Имея данные о запасе влаге в почве, можно оценить ее дефицит - т.е. разницу между количеством влаги фактически имеющимся в почве, и требуемым для какого-либо использования почвы.

3.4.9. Механический состав

Механический, или гранулометрический, состав является одним из важнейших показателей при характеристике почв. В зависимости от механического состава складывается определенный водный, воздушный и тепловой режимы почв, играющие огромную роль в жизни и развитии растений, почвенной фауны. От механического состава зависит потенциальная способность почв к структурообразованию. По механическому составу почва является весьма неоднородной гетерогенной массой, слагаемой бесчисленным множеством частиц различной крупности, начиная от частиц коллоидного размера (< 0,2 мкм) и заканчивая включениями обломков горных пород (> 1 мм). В основе разделения почв по механическому составу в нашей стране используется классификация механических элементов, предложенная Н.А. Качинским [26].

Выделяют следующие основные разновидности почв по механическому составу: глинистые, суглинистые, супесчаные и песчаные. В основу подобного выделения положена пластичность почвы, ее способность к слипанию. Имея известный навык, отнесение почвы к разновидностям может быть выполнено в полевых условиях каждым. Для этого используется тест, выполняемый "методом шнура", или называемый пробой на скатывание.

От механического состава во многом зависит структура почвы. Структурой почвы называют характер отдельностей, на которые она рассыпается при потряхивании или сминании. В описании структуры указывают форму, размеры и прочность составляющих почву структурных элементов. Для земледелия наиболее благоприятна зернистая и мелкокомковатая структура с диаметром агрегатов 0,25-10 мм, пористая, водоустойчивая и механически прочная.

3.4.10. Сложение

Сложение отражает две стороны физического состояния почвенной массы: характер расположения (сцепления) отдельных механических частиц и агрегатов и характер пористости, которая при этом образуется. Различные горизонты почвы характеризуются разным сложением. Верхним горизонтам свойственно более рыхлое сложение. Характер сложения во многом зависит от механического состава и структуры почвы, а также от деятельности корней растений и населяющих почву червей, насекомых и других землероев. Сложение почвы оказывает значительное влияние на ее воздухо- и водопроницаемость, а также на глубину проникновения корней растений. Плотные горизонты препятствуют проникновению корневой системы. Сложение обычно связывают с величиной сопротивления, которое оказывает почва обрабатывающим орудиям, например, лопате. Различаются следующие виды сложения почвы: очень плотное (слитное), плотное, слабоуплотненное, рыхлое сложение. В пределах почвенного профиля степень плотности отдельных горизонтов может сильно изменяться.

3.4.11. Новообразования

Почвенные новообразования - морфологически оформленные выделения и скопления вещества в почвенном материале, отличающиеся от включающего материала составом и сложением и являющиеся следствием почвообразовательного процесса. Новообразования являются прямыми "свидетелями" тех почвообразовательных процессов, через которые прошла или проходит современная почва.

Почвенные новообразования, в зависимости от их происхождения, разделяют на химические и биологические. Наиболее характерными являются новообразования химической природы, отличающиеся друг от друга и по форме образований, и по их химическому составу

Примерами новообразований биологического происхождения являются червороины, а также клубочки и узелки червей экскрементов; структурные комочки, выбрасываемые муравьями; подземные ходы других крупных землеройных животных, представляющие полости, засыпанные почвенной массой и др. К новообразованиям растительного происхождения относятся узоры мелких корешков на поверхности структурных отдельностей, остатки крупных корней (корневищ) деревьев и др.

3.4.12. Химические и физико-химические показатели состояния почвы

К химическим и физико-химическим показателям состояния почвы относятся ряд показателей (свойств), уже упоминавшиеся ранее. Данные показатели, в той или иной степени, затрагивают химический состав и свойства почвы, а также обуславливают ее физико-химические свойства. В таблице 14 эти показатели перечислены, а также указаны параметры, по которым проводится практическая оценка.
Таблица 14. Химические и физико-химические показатели состояния почвы и параметры для их оценки

Наименование показателя	По каким параметрам проводится оценка
Кислотность	рН солевой вытяжки
Общее содержание растворимых солей	Концентрации растворимых солей - карбонатов, гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов, кальция и магния (общей жесткости) калия и натрия в водной вытяжке
Оценка степени засоленности	Относительное и абсолютное содержание солей в водной вытяжке (карбонатов, гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов)
Показатели химического загрязнения почвы	Относительные (т.е. относительно фона) концентрации веществ и элементов, образующих химическое загрязнение - тяжелых металлов, пестицидов, минеральных удобрений, нефтепродуктов и др.

Методы практической оценки данных показателей см. в таблице 10.

3.4.13. Плодородие почв

С давних пор в сельском хозяйстве человек оценивал почву главным образом с точки зрения способности производить урожай растений. Плодородие почвы - это способность ежегодно (циклически) обеспечивать урожай (годичную продукцию) растений. Под плодородием понимается не только обеспеченность растений элементами питания и водой, но и наличие всего комплекса почвенных свойств и процессов, оказывающих влияние на жизнь растений: кислотность почвы, состав почвенного раствора и концентрации в нем растворенных веществ, окислительно-восстановительный потенциал, плотность сложения почвы, ее структурное состояние, воздушный и тепловой режимы и т.д.

Для каждой почвы характерно присущее ей природное, или естественное, плодородие. Естественное плодородие одних почв может быть высоким, других - низким, однако и в том и в другом случае оно определяется характером почвообразовательного процесса и факторами почвообразования.

Количественной характеристикой плодородия является биомасса выросших на ней организмов, в первую очередь растений, в единицу времени, отнесенная к единице площади (для искусственного плодородия - урожайность сельскохозяйственных культур). Однако урожай лишь в ограниченной степени и при определенных условиях может стать мерой потенциального плодородия, так как определяется видом, сортом и развитием возделываемой культуры, погодными условиями, состоянием фитоценоза (прежде всего сорняков), наличием вредителей, проводимыми агротехническими мероприятиями и др.

На освоенных человеком территориях отделить естественное плодородие от искусственного не представляется возможным. Величину того и другого можно было бы (теоретически) оценить лишь сравнением с данными по урожайности на целинных землях.

Основными факторами, вызывающими снижение плодородия почв, являются переувлажнение, засоление, закисление (защелачивание), уплотнение.

В процессе освоения и сельскохозяйственного использования почвы происходит окультуривание почвенного покрова. При этом почва, наряду с естественным, приобретает искусственное плодородие. Степень окультуренности определяется изменениями морфологического строения почвы - увеличением мощности гумусового (пахотного) горизонта и его качественного состава - содержания гумуса, кислотности, подвижных питательных веществ и др.

Наряду с понятием плодородия почвы, иногда используют термин богатство почв. Если плодородие характеризуется биомассой растений (дикорастущих, культурных), которые фактически произросли на данной территории, то богатство почвы понимается как совокупность свойств почвы, создающая потенциально благоприятную среду для произрастания растений. К примеру, почва может быть насыщена элементами питания растений (т.е. быть богатой), но при переувлажнении или переуплотнении она теряет плодородие.

3.4.14. Геоботаническая индикация почв (фитоиндикация)

Растения могут служить чуткими индикаторами, рассказывающими исследователю о различных почвенных условиях данной местности. И это понятно, т.к. в ходе эволюции различные виды растений приспособились к определенным условиям обитания. Известный геоботаник Л.Г. Раменский [48] отмечал, что "единственным прямым и достоверным оценщиком экологических условий является сама растительность". Растительные сообщества реагируют на широкий спектр экологических факторов, и в первую очередь это факторы эдафические (увлажнение, трофность, засоление, кислотность, уровень грунтовых вод), а также климатические (температурный режим, тип климата) и геологические (подстилающие породы, полезные ископаемые). Методы исследования состояния почв, основанные на изучении произрастающих на них фитоценозов (растительных сообществ), называются методами геоботанической индикации, или фитоиндикации.

Методы фитоиндикации позволяют оценить кислотность почвы, а также степень увлажнения и богатство почв исследуемых территорий. С помощью фитоиндикации могут быть обнаружены и нанесены на карту зоны загрязнения почв, участки с превышением допустимых норм рекреационной и пастбищной нагрузки. Преимущества методов фитоиндикации состоят в относительно быстром получении интересующей нас информации, а также в том, что растительное сообщество дает комплексную оценку условий обитания, учитывающую их изменения в течение нескольких лет. Кроме того, методы фитоиндикации позволяют получать информацию без выполнения каких-либо химических анализов, что делает их очень полезными при выполнении работ школьниками.

Однако есть и соображения, ограничивающие и усложняющие применение этих методов. Прежде всего, это огромное количество факторов, одновременно влияющих на растения. Из-за этого бывает трудно выделить влияние на растительное сообщество одной или нескольких характеристик почвы, интересующих исследователя.

Проводя геоботанические исследования, определяют, в общем случае, несколько показателей, которые являются важными показателями благополучия почвы и произрастающего на ней растительного сообщества. Для определения этих показателей обычно используется специальная квадратная рамка площадью 1 м2 (желательно не меньше 0,5 м2.) Изучению подвергается фитоценозы на пробных площадках, которые располагаться на исследуемом участке случайным образом.

1. Общее проективное покрытие растений. Особенно сильно влияет на этот показатель вытаптывание, производимое людьми или домашними животными (пастбищная эрозия). Для каждого растительного сообщества и каждого типа почвы, при отсутствии антропогенных воздействий, характерны свои показатели проективного покрытия. Поэтому для оценки влияния вытаптывания на состояние фитоценоза и, следовательно, почвы, сравнивают данный показатель на нескольких участках, где растительность и почвенные условия сходны, причем одни из них подвергаются воздействию человека или выпасу скота, а другие не подвергаются.

2. Общее количество растений, доминирующих видов и общего проективного покрытия.

3. Предпочитаемые условия местообитания. Этот показатель определяют для доминирующих видов, пользуясь специальными таблицами [37].