Процессы деградации хорошо окультуренных почв гумидных и аридных регионов в современных условиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.27, доктор сельскохозяйственных наук Литвинович, Андрей Витальевич

• Литвинович, Андрей Витальевич
• доктор сельскохозяйственных наук
• 2005

Оглавление диссертации доктор сельскохозяйственных наук Литвинович, Андрей Витальевич

Введение

ЧАСТЬ I. ПРОЦЕССЫ ДЕГРАДАЦИИ ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕН- 6 НЫХ ПОЧВ ГУМПДНЫХ РЕГИОНОВ ПРИ ОСЛАБЛЕНИИ И ПРЕКРАЩЕНИИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Глава 1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Современные взгляды на проблему деградации почв

1.2. Природно-климатические условия Северо-Западного 19 региона как фактор формирования дерново-подзолистых почв

1.3. Объекты исследований Северо-Западного региона

1.4. Понятие об ирригационно-аккумулятивном почвообразовании и формировании антропогенно-оазисных почв

1.5. Объекты исследований аридного региона

1.6. Методика проведения исследований

Глава 2 ИЗМЕНЕНИЕ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИХ И КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ ПРИ ОКУЛЬТУРИВАНИИ И ПРЕКРАЩЕНИИ АКТИВНОГО АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

2.1. Морфологическое строение профиля

2.2. Объемная масса (плотность сложения)

2.3. Гранулометрический состав почв

2.4. Кислотно-основные свойства

Глава 3. ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ, ЗАПАСОВ И СОСТАВА ГУМУСА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПЕСЧАНОЙ ПОЧВЕ ПРИ ОКУЛЬТУРИВАНИИ И ПРЕКРАЩЕНИИ АКТИВНОГО АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

3.1. Содержание, запасы и распределение гумуса в профиле дерново-подзолистых глееватых песчаных почв

3.2. Фракционно-групповой состав гумуса 9?

3.3. Изменение лабильной части гумуса при окультуривании и прекращении активного антропогенного воздействия

Глава 4. ИЗМЕНЕНИЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОНКОДИСПЕРСНЫХ ФРАКЦИЙ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ ПРИ ИНТЕНСИВНОМ ОКУЛЬТУРИВАНИИ

4.1. Минералогический состав предколлоидной фракции дерново- 120 подзолистых песчаных почв

4.2. Минералогический состав коллоидной фракции дерново-подзолистых 129 песчаных почв

Глава 5. СОДЕРЖАНИЕ И ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ КАЛИЯ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПЕСЧАНОЙ ПОЧВЕ ПРИ ОКУЛЬТУРИВАНИИ И ПРЕКРАЩЕНИИ АКТИВНОГО АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

ВЫВОДЫ

ЧАСТЬ II. ПРОЦЕССЫ ДЕГРАДАЦИИ ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ПОЧВ АРИДНЫХ РЕГИОНОВ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Глава 6. ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СЕРЫ И ВОДОРАСТВОРИМОГО ФТОРА В ПРОФИЛЕ СЕРОЗЁМНО-ОАЗИСНЫХ ПОЧВ

6.1. Общая характеристика Самаркандского химического завода

6.2. Содержание и распределение серы в профиле сероземно-оазисных 157 почв

6.3. Содержание и распределение фтора в профиле сероземно-оазисных 170 почв

Глава 7. СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И СТРОНЦИЯ В СЕРОЗЕМНО-ОАЗИСНЫХ ПОЧВАХ И ИХ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИХ ФРАКЦИЯХ

Глава 8. ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ И ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ

8.1. Микробиологическая активность

8.2. Содержание и запасы гумуса

8.3. Групповой состав гумуса

Глава 9. ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА РАСТЕНИЯ ХЛОПЧАТНИКА

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Процессы деградации хорошо окультуренных почв гумидных и аридных регионов в современных условиях»

Современный этап развития цивилизации характеризуется заметной активизацией процессов деградации почвенного покрова нашей планеты.

Среди многообразия деградационных явлений особое место занимает химическая деградация, связанная с изменением химических или физико-химических свойств почв (Деградация и охрана 2002 ).

Земельная реформа, проводимая в нашей стране в течение последних 10 лет, не улучшила состояния почв. Это связано с недопоставками сельскому хозяйству органических и минеральных удобрений, отказом от известкования, выходом из строя мелиоративной сети, обеднением видов возделываемых культур. Отмечается снижение наиболее ценного свойства пахотных почв - их плодородия, высокий уровень которого во многих регионах создан в 70-80 гг. прошлого века в рамках программ по известкованию, фосфоритованию, комплексной химизации и мелиорации.

Продолжается сокращение площади обрабатываемых земель. За последнее десятилетие 30 млн. га пахотных угодий выведено в залежь, постепенно зарастая кустарником и мелколесьем (В.Н. Ефимов с соав., 2001).

В сложившейся ситуации особую актуальность приобретают научные исследования, направленные на познание характера и скорости изменения состава и свойств окультуренных почв во времени, что в дальнейшем поможет в разработке вопросов восстановления и повышения их плодородия.

Наибольшую ценность для сельского хозяйства засушливой (аридной) зоны представляют орошаемые почвы древних оазисов. Высокий уровень плодородия почв данного генезиса достигнут трудом многих поколений земледельцев. Процессы деградации этих почв, происходящие в настоящее время в результате загрязнения, заслуживают самого пристального внимания.

Целью настоящих исследований явилось выявление направленности и интенсивности процессов почвообразования в: а) хорошо окультуренных дерново-подзолистых глееватых почвах Северо-Запада нечерноземной зоны при снижении уровня антропогенного воздействия и выведении их из сельскохозяйственного оборота; б) древнеорошаемых почвах аридной зоны в условиях длительного техногенного загрязнения. В задачи исследований входило:

• исследовать изменения морфогенетических и кислотно - основных свойств дерново-подзолистых глееватых песчаных почв при различном хозяйственном использовании, установить направленность процессов трансформации глинистых минералов при их интенсивном окультуривании;

• изучить особенности гумусного и калийного состояния дерново-подзолистых глееватых песчаных почв при разных уровнях антропогенного воздействия;

• изучить динамику содержания и распределения в профиле сероземно- оазисных почв подвижных соединений серы и водорастворимых соединений фтора, расположенных в зоне аэротехногенного воздействия химического комбината^ при разных режимах работы предприятия;

• выявить закономерности пространственного и профильного распределения Со, Си, Mn, Pb, Сг, Ni, Zn, Sr в почвах техногенного района, установить содержание тяжелых металлов в их тонкодисперсных фракциях;

• исследовать гумусное состояние сероземно-оазисных почв в зоне промышленного загрязнения;

• оценить влияние длительного промышленного загрязнения на активность почвенно-микробиологических процессов, состав и численность отдельных групп микроорганизмов в сероземно-оазисных почвах, расположенных на разном расстоянии от источника выбросов;

• исследовать воздействие аэротехногенного веществ^ на рост, продуктивность, химический и биохимический составы хлопчатника, выявить защитные механизмы растений против вредоносного воздействия токсикантов.

ЧАСТЫ

ПРОЦЕССЫ ДЕГРАДАЦИИ ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ПОЧВ ГУМИДНЫХ РЕГИОНОВ ПРИ ОСЛАБЛЕНИИ И ПРЕКРАЩЕНИИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Заключение диссертации по теме «Почвоведение», Литвинович, Андрей Витальевич

ВЫВОДЫ t

1. Строение профиля целинной лесной почвы обусловлено сопряженным протеканием дернового и подзолистого процессов. Мелиоративное освоение и окультуривание приводит к формированию мощного и однородного пахотного слоя. В пахотных почвах подзолообразование не устраняется, на месте бывшего горизонта В обособляются переходный и подзолистый горизонты. При прекращении антропогенного воздействия строение почвенного профиля тяготеет к исходному генетическому состоянию.

2. Профиль целинной лесной почвы дифференцирован по величине объемной массы. В пахотных почвах мощность слоя с оптимальными величинами объемной массы возрастает, но они сохраняют выраженную дифференциацию профиля по плотности сложения. При выведении почвы из хозяйственного оборота измененная обработками плотность горизонтов постепенно восстанавливается, составляя на глубине 15-26 см как в лесной, так и в залежной почвах -1.21 г/см3.

3. Полугидроморфные песчаные почвы обладают незначительным содержанием илистой и коллоидной фракций. Запасы илистой фракции в хорошо окультуренной почве, по сравнению с целинной, уменьшаются в слое 5-30 см с 92.1 до 87.6 т/га. При ослаблении антропогенного воздействия процессы разрушения и выноса илистой фракции еще более усиливаются. Многолетнее произрастание травянистой растительности оказывает сдерживающее влияние на процесс подзолообразования, но полностью не устраняет его течения.

4. Исходная глееватая песчаная почва относится к категории сильнокислых почв. Систематическое известкование окультуренной почвы приводит к снижению всех форм почвенной кислотности и уменьшению содержания обменного алюминия. В составе почвенного поглощающего комплекса концентрация обменных катионов кальция и магния возрастает в 16.4 и 30 раз соответственно. Оптимизируется соотношение обменных катионов. Положительные изменения кислотно-основных свойств, вызванные окультуриванием, при снижении уровня антропогенной нагрузки и выведении почвы из хозяйственного оборота постепенно ухудшаются. Однако спустя 20 лет после снижения и прекращения активного антропогенного воздействия по содержанию обменных катионов кальция и магния как залежная, так и экстенсивно используемая почвы продолжают относится к категории обеспеченных.

5. Изменения глинистых минералов предколлоидных фракций целинной и пахотной дерново-подзолистых глееватых песчаных почв связаны с характером и интенсивностью почвообразовательного процесса. Наиболее существенной стороной этого процесса является трансформация унаследованных от породы слоистых силикатов. В дерново-подзолистых глееватых песчаных почвах происходит деградация слюдистого материала предколлоидов. Характерной схемой трансформационных изменений является: иллит -> вермикулит (монтмориллонит) -> хлорит через стадию смешаннослойных образований. Основным механизмом превращений глинистого материала коллоидов является их растворение под действием продуктов кислотной природы.

6. Целинная песчаная почва характеризуется высоким содержанием гумуса, который сосредоточен в незначительном по мощности слое. На стадии хорошей окультуренности запасы гумуса в 0-20 см слое пахотной почвы не уступают его запасам в равном по мощности слое целинной почвы. Ослабление антропогенного воздействия приводит к дегумификации почвы. За 20 летний период потери гумуса составили приблизительно 20% от исходного содержания. Содержание гумуса в верхнем слое перегнойного горизонта залежной почвы не уступает его содержанию в пахотном слое хорошо окультуренной почвы. В нижнем подгоризонте содержание гумуса снижается в два раза.

7. Положительные изменения фракционно-группового состава гумуса на стадии высокой окультуренности сводятся к возрастанию доли ГК, появлению в составе гуминовых кислот второй фракции, формированию более конденсированных молекул гуминовых кислот. Как ослабление, так и прекращение активного антропогенного воздействия приводит к негативным изменениям состава гумуса. Ухудшается качество гуминовых кислот, возрастает содержание фульвокислот «агрессивных» фракций. В залежной почве эти процессы приурочены преимущественно к нижней части бывшего пахотного слоя.

8. На стадии высокой окультуренности в дерново-подзолистой глееватой песчаной почве увеличивается содержание лабильных гумусовых веществ, извлекаемых 0.1 М Na^O? (рН 7) и 0.1 М NaOH (рН 10). В их составе возрастает доля гуминовых кислот. При ослаблении и прекращении производственного воздействия количество гумусовых веществ, экстрагируемых данными реагентами, уменьшается.

- 9. Почвы сельскохозяйственного использования характеризуются максимальным содержанием гумусовых веществ, переходящих в вытяжку 0.1 М NaOH + 0.1 М Na4P207 (рН12). При прекращении антропогенного воздействия количество гумусовых веществ (а в их составе гуминовых кислот), извлекаемых смесью реагентов, уменьшается.

10. Оптическая плотность (Ес"^) гумусовых веществ хорошо окультуренной почвы более высокая, чем лесной и экстенсивно используемой почв. £Смг/мл - величины лабильных гумусовых веществ залежной почвы не высоки и мало отличаются от таковых в лесной почве.

11. Целинная лесная дерново-подзолистая глееватая песчаная почва обладает низким содержанием и запасами всех форм соединений калия. В ней складывается устойчивое соотношение между различными формами калия. Окультуривание приводит к улучшению калийного состояния почвы. Почва переходит в категорию средне, - высоко обеспеченных этим элементом. Отношение необменного к обменному калию существенно сужается. Снижение уровня антропогенного воздействия и выведение почвы из хозяйственного оборота приводит к падению содержания и запасов всех форм соединений калия в почвах. Экстенсивно используемая почва продолжает относится к категории обеспеченных этим элементом. Наибольшие потери характерны при залежном использовании почвы. Содержание водорастворимого калия снижается в 7.3 раза, обменного калия в 6 раз, необменного калия в 1.8 раза. Отношение необменных к обменным формам калия, характерное для целинной лесной почвы и нарушенное в результате антропогенного воздействия, в залежной почве стремится к своему восстановлению.

ЧАСТЬ II

ПРОЦЕССЫ ДЕГРАДАЦИИ ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ПОЧВ АРИДНЫХ РЕГИОНОВ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

155

Глава 6

ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СЕРЫ И ВОДОРАСТВОРИМОГО ФТОРА В ПРОФИЛЕ СЕРОЗЕМНО-ОАЗИСНЫХ ПОЧВ

6.1. Общая характеристика Самаркандского химического завода

Площадка Самаркандского химического завода (СХЗ) расположена в 7.5 км от Самарканда. Комбинат был введен в эксплуатацию в 1954 году. До 1977 года выпускал простой суперфосфат. Затем был перепрофилирован на выпуск аммофоса. На момент начала исследований СХЗ - крупный промышленный гигант, на территории промплощадки которого было сосредоточено 3 цеха по производству концентрированной серной кислоты, 3 цеха по производству аммофоса и 2 цеха, выпускающих экстракционную фосфорную кислоту.

Продукцией Самаркандского химического завода является азотно-фосфорные удобрения - аммофос с содержанием Р2О5 - 44 % и N - 11 %, получаемый на основе экстракционной фосфорной кислоты. Сырьё - фосфориты Кара-Тау. Аммиак поступает из Ферганы и Чирчика.

Потребителями продукции являются хозяйства Узбекистана и Таджикистана. До 1990 г. Самаркандский аммофос поступал также в хозяйства Российской Федерации (Волгоградская, Иркутская и др. обл.).

Состав выбросов предприятия определяется технологическим циклом. В составе выбросов присутствуют серная кислота, сернистые и фтористые соединения, твердые пылевидные материалы, газовые фракции (табл. 6.1). ^

Данные табл. 6.1 показывают, что в разные годы работы предприятия (с 1977 по 1992 гг.) количество выбросов в атмосфер^ техногенного вещества было неодинаково. Это связано с активным развитием предприятия в эти годы (вводом в строй новых цехов, совершенствованием системы пылегазоочистки и т. д. ит. п.). Различия в количестве аэротехногенного вещества, отходящего от

Список литературы диссертационного исследования доктор сельскохозяйственных наук Литвинович, Андрей Витальевич, 2005 год

1. Авдонин Н.С. Свойства почвы и урожай. М.: Колос. 1965. 271 с. Адаптивно-ландшафтные системы земледелия для Северо-Западного региона Российской Федерации. СПб.: ГНУ АФИ Россельхозакадемии. 2004. 28 с.

2. Александрова Л.Н. Органическое вещество почв и процессы его трансформации. М.-Л.: Наука. 1980. 273 с.

3. Александрова Л.Н., Найденова О.А. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. Л.: Колос 1976. 280 с.

4. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропро-миздат. 1987.143 с.

5. Алексеев Ю.В., Вялушкина Н.И. Вопросы загрязнения почв хромом при известковании феррохромовыми шлакам и//Химия в сельском хозяйстве. № 7,1991 с. 21-24.

6. Алещукин Л.К. К методике определения уровня содержания металлов в почвах территории, примыкающей к населенному пункту. М.: Изд-во МГУ. 1980 с. 40-44.

7. Апарин Б.Ф. Красная книга почв Ленинградской области//Материалы 4 съезда Докучаевского общества почвоведов. Книга 2. Новосибирск. 2004 с. 386.

8. Аранбаев М.П. Геохимия органического вещества древнеоазисных почв аридной зоны. Ашхабад.:Ылым. 1978. 200 с.

9. Аранбаев М.П., Аль-Каддур Мухамед Бахер, Донских И.Н., Новицкий М.В. Микроагрегатный состав антропогенно-оазисных почв Среднеа-мударьинского оазиса^В сб.; Гумус и почвообразование. С.-Петербург. 2000а с. 156-163.

10. Аранбаев М.П., Аль-Каддур Мухаммед Бахер, Донских И.Н., Новицкий М.В. Содержание и распределение гипса в антропогенно-оазисных почвах Среднеамударьинского оазиса. Там же. 20006 с. 21-28.

11. Аранбаев М.П., Гаипова А.Г. Минералогический и химический состав древнеоазисных почв пустынной зоны. Ашхабад.: Ылым, 1980. 100 с.

12. Аржанова B.C. Миграция микроэлементов в почвах (по данным лизиметрических исследований)Щочвоведение. 1977. № 4 с. 71-76.

13. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. Изд-во Московского ун-та. 1970. 488 с.

14. Аристовская Т.В. Микробиология подзолистых почв. M.-JL: Наука. 1965.187 с.

15. Афанасьева Т.Н. География почв и почвенное районирование центрального экономического района СССР. М.: Изд-во МГУ. 1972 с. 4563.

16. Бакина Л.Г. Влияние известкования на содержание, состав и свойства дерново-подзолистых глинистых почв. Дисс. . канд. с.-х. наук. Архив СПбГАУ. Л.: 1987. 230 с.

17. Бакина Л.Г., Егорова Л.И. Изменение состава и свойств гумуса в почвенном профиле дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы под влиянием разных доз извести//Тр Почвенного института им. В.В. До• 230кучаева. М. 1987 с. 97-105.

18. Бакина Л.Г., Плотникова Т.А., Митина О.Ж. Лабильность гумусовых веществ дерново-подзолистой глинистой почвы Северо-Запада России при известковании//Агрохимия. 1997 с. 27-31.

19. Барановский И.Н. Влияние равновеликих доз навоза и ТМАУ на содержание и состав гумуса в дерново-подзолистой суглинистой почве//

20. Науч. тр. ЛСХИ. Т. 296. 1976 с. 38-45.

21. Барсегян Т.М. Гумусовое состояние почв подгорных равнин аридной зоны (на примере Центрального Копетдага). Автореф. Дис. . канд. с.-х. наук. Ленинград-Пушкин. 1988. 18 с.

22. Белякова Л.П. Пути повышения плодородия орошаемых почв Южного Таджикистана в условиях хлопково-люцернового севооборота. Стали-набад. 1957 с. 27-39.

23. Бессонова В.Б., Лыженко И.И. Аккумуляция тяжелых металлов компонентами экосистем в индустриальных районах//Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы. М.: Изд-во МГУ. 1988. Ч. 2 с. 240.

24. Благовидов Н.Л. Сущность окультуривания почв//Почвоведение. 195431