Проблемы восстановления биологических свойств почвы Юго-Западной части Центрального региона России

В данной части страны встречаются довольно редкие для лесной зоны почвы, сформировавшиеся на мелах, за что их называют перегнойно-карбонатными. Гумусовый горизонт у них 10—. 15 см, содержание гумуса высокое—до 10—12%. К сожалению, почвы эти не так уж плодородны. Объясняется это тем, что у них мал слой, в котором могут развиваться корни. Влага и многие питательные вещества в них мало доступны растениям. (Добровольский, 1985)

Очень интересны и некоторые песчаные почвы, на которых растут сосновые леса (боры). Сформировались они на песке, содержащем глауконит. Этот зеленоватого цвета минерал очень богат важным элементом—калием. В глауконитовых песках, кроме того, содержатся фосфориты — источник второго важного элемента — фосфора. (Ганжара, 2001)

 

 

3. Виды деградации почвы

Деградация почв представляет собой совокупность природных и антропогенных процессов, приводящих к изменению функции почв, количественному и качественному ухудшению их состава, свойств и режимов природно-хозяйственной значимости земель. Из сферы сельскохозяйственного производства в результате деградации земель, перевода их в другие виды использования, исключаются значительные площади угодий. Угроза деградации продуктивных сельскохозяйственных угодий обусловлена их нерациональным хозяйственным использованием в условиях экономического кризиса, не позволяющим в полной мере осуществлять комплекс работ по сохранению и повышению плодородия почв и улучшению состояния земель.

Большинство исследователей деградационных явлений считают, что все виды деградации почв можно условно разделить на три группы.

Физическая деградация — ухудшение физических и водно-физических свойств почвы, нарушение почвенного профиля.

Химическая деградация — ухудшение химических свойств почвы: истощение запасов питательных элементов, вторичное засоление и осолонцевание, загрязнение токсикантами.

Биологическая деградация — сокращение численности, видового разнообразия и нарушение оптимального соотношения различных видов микроорганизмов, загрязнение почвы патогенными микроорганизмами, ухудшение санитарно-эпидемиологических показателей. (Школьник, 1974)

Деградация почв зависит от многих количества факторов. В составе сельхозугодий около 12% переувлаженных, 19% эродированных, около 10% дефлированных почв и более 18% засоленных и солонцовых комплексов

В настоящее время основные экологические издержки сельскохозяйственного

производства, отражающиеся на качестве земель, связаны с деградацией почв и ландшафтов вследствие экстенсивного в прошлом земледелия, традиционных для России земледельческих экспансий, связанных с массовой распашкой земель. Виды деградации могут проявляться в различной степени — от очень слабой до очень сильной. Степень деградации характеризуется величиной отклонения параметров деградированной почвы от недеградированной.

Процессы деградации характеризуются также интенсивностью — скоростью

негативных изменений почв за определенный промежуток времени.

В качестве критерия оценки деградации рассматривается также обратимость, под которой понимается возможность восстановления свойств почв, измененных в процессе деградации.

Она зависит от вида и степени деградации. Для некоторых ее видов (подкисление, почвоутомление и т.п.) можно без больших затрат достичь полного восстановления оптимальных свойств почв. Для других видов деградации (водная эрозия, дефляция и т.п.) устранение их последствий крайне сложно или практически невозможно. (Рыбалкин, 1997)

Деградацию почв необходимо рассматривать в контексте деградации агроландшафтов (земель), в том числе почвенного покрова, выделяя соответственно физическую, биологическую, геохимическую, гидрогеологическую и гидрологическую деградации агроландшафтов. Эти типы включают в себя соответствующие виды, которые часто сопряжены между собой.

Физическая деградация. Поверхностная (смыв) и линейная (размыв) эрозия почвы, дефляционный снос и нанос почвы, расчленение территории оврагами, выход на поверхность почвообразующих и подстилающих пород, усиление сложности и контрастности почвенного покрова, увеличение площади подвижных песков, засыпание и заиливание водоемов и др.

Биологическая. Деградация растительного покрова, уменьшение биологического разнообразия, снижение биологической продуктивности биогеоценозов и агроценозов.

Геохимическая. Резкое ослабление биологического и усиление геологического

круговорота веществ; повышение минерализации поверхностных и грунтовых вод, засоление территории, обнажение засоленных пород, загрязнение поверхностных и грунтовых вод, воздуха.

Гидрогеологическая. Подтопление вследствие подъема грунтовых вод, заболачивание, усиление ноеднородности почвенного покрова вследствие формирования полугидроморфных и гидроморфных почв.

Гидрологическая. Обсыхание территории вследствие усиления поверхностного и сокращения грунтового стоков, уменьшения запасов поверхностных и грунтовых вод, затопление.

Оценка деградации почв и агроландшафтов проводится с экологических, социальных и экономических позиций. Первый подход касается изменения экологических функций ландшафтов и почв в процессе деградации, второй — связан с изменением социальных, рекреационных и медицинских характеристик. При экономической оценке деградации исходят из расчета возможных затрат на восстановление почвы, земельного угодья до уровня оптимальной продуктивности эталона-аналога

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Биологические свойства почв

Уже в начале XX в. была известна огромная роль живого вещества почв.

 П. Э. М. Бертло показал, что почва представляет из себя «нечто живое». Значительное влияние орнизмов на свойства почв В. И. Вернадский выразил во фразе: «...все процессы в почве связаны с участием живого вещества или продуктов его изменения. В широком понимании слова все эти явления можно считать биохимическими». Изучение биологии почв позволило установить закономерности распределения и активности организмов и их метаболитов в зависимости от свойств почв и почвенных процессов, что послужило теоретической базой для их применения в диагностике и мониторинге почв. (Кирюшин, 2013)

4.1 Фауна почв

Важную роль в круговороте веществ в природе, почвообразовании, плодородии почв играют животные. В глобальном масштабе видовое разнообразие фауны почвенных беспозвоночных составляет примерно треть от общего числа известных видов. В одном местообитании встречается до нескольких сотен видов беспозвоночных, относящихся к одной размерной группировке. Например, количество видов раковинных амеб в лесной почве составляет 60—70, гамазовых клещей —70-75,криптостигматных клещей- 25—53, насекомых, относящихся к группе мезофауны, — 20—150. Показатели локального разнообразия животного населения в почве выше, чем в наземном ярусе: среднее видовое богатство почвенной фауны в расчете на единицу площади (альфа-разнообразие) превышает таковое в наземной среде. Если принять во внимание, что в почвенном профиле животное население сосредоточено лишь в верхнем горизонте, то индекс разнообразия видов на единицу объема оказывается еще выше, чем, например, в растительном ярусе. (Вальков, Казеев, Колесников, 2013)

В почве обитает огромное количество видов простейших, червей, насекомых, многоножек, клещей, мокриц и др. Величина биомассы животных в почве варьирует в пределах от сотен миллиграммов до сотен граммов в 1 м2. Мелкие животные вносят ощутимый вклад в общую зоомассу почвы. Даже филогенетически очень далекие организмы (микробы, беспозвоночные, позвоночные), принадлежащие к близким трофическим группам, имеют величины биомассы одного порядка. Существует обратная зависимость интенсивности обмена веществ от размеров (массы) организма. Чем мельче животное, тем больше оно расходует кислорода на единицу массы своего тела.

Зоологами установлена зависимость между уровнем численности и размерами животных. Размеры почвообитающих беспозвоночных различаются на 5 порядков (от 5 мкм до 25 см), а уровни их численности варьируют от десятков до сотен тысяч особей на 1 м2, увеличиваясь по мере снижения размеров животных.

В разных типах почв и растительных ассоциаций показатели обилия почвенных животных кардинально различаются.

Наиболее разнообразны комплексы беспозвоночных в лесных почвах умеренного и тропического поясов и луговых степей, т.е. в областях с наиболее оптимальным для животных сочетанием тепла и влаги. При этом соотношения обилия отдельных размерных групп в почвах разных климатических поясов широко варьируют.

В разложении мертвой органики основную роль играют беспозвоночные животные. В огромном количестве в почвах обитают простейшие (корненожки, жгутиконосцы и инфузории). Их численность достигает миллионов и даже миллиардов особей на 1 м2, а биомасса — до 2—20 г/м2, или нескольких центнеров на гектар. Их основная пища — бактерии, однако сейчас доказано, что они съедают лишь малую часть последних.

Польза почвенных простейших заключается в выделении ими биологически активных веществ, стимулирующих рост тех же микроорганизмов, корней растений, повышающих всхожесть семян, подавляющих активность вредных для растений грибов.

Множество микроскопических или просто очень мелких животных (обычно до 1 мм), относящихся к нематодам, энхитреидам, коловраткам, тихоходкам и некоторым другим группам, постоянно обитает в пленках воды вокруг почвенных частиц. На 1 м2 в естественных биотопах встречается от нескольких сот тысяч до десятков миллионов особей нематод, от 10 000 до 300 000 энхитреид, до 200 000 коловраток. Разнообразие и функциональная роль нематод очень большая. Помимо прямого участия в процессах разложения органических остатков они имеют важное значение в регуляции группового состава и активности микрофлоры. Черви принимают участие в механическом разрушении растительных тканей: вбуравливаясь в отмершие ткани, они с помощью ферментов разрушают клеточные стенки, открывая путь для проникновения в растения более крупных беспозвоночных - сапрофагов. Тела нематод после отмирания представляют легкоусвояемый, богатый белком субстрат, который быстро используется некрофагами и микроорганизмами, высвобождающими азот в доступной для растений форме.

В естественных почвенных скважинах живут многие группы микрофауны (размеры от 0,1 до 2—3 мм), из которых надо особо выделить панцирных клещей, или орибатид (паукообразные), и ногохвосток (низшие насекомые). Они являются наиболее активными разрушителями растительных остатков среди организмов почвенной микрофауны.

 Плотность орибатид и ногохвосток достигает десятков — сотен тысяч, иногда миллионов особей на 1 м2 почвы. Неудивительно, что роль этих организмов в жизни почвы трудно переоценить.

Исключительная роль в почвообразовательных процессах дождевых червей была показана еще Ч. Дарвином. Будучи влаголюбивыми организмами, они многочисленны в зоне широколиственных лесов, а в степной зоне — в поймах рек, на орошаемых землях, участках, занятых древесно-кустарниковой растительностью. В наиболее благоприятных местах (чаще это широколиственные леса) численность червей достигает 500—800, а биомасса — 290 г на 1 м2. В процессе пищеварения в кишечнике червей происходят разложение клетчатки и частичная минерализация растительных тканей опада и другой органики, которой они питаются.

В широколиственных лесах черви ежегодно возвращают в почву около 100 кг азота на 1 га. Они стимулируют развитие микроорганизмов. Скорость разложения дубовой подстилки при отсутствии земляных червей замедляется в 3—10 раз в зависимости от времени года. Сама почва обогащается ферментами, что активизируем ряд важных элементов питания растений. Кроме того, дождевые черви перемешивают слои почвы, а их многочисленные ходы способствуют проникновению в почву и равномерному распределению в ней воды и воздуха, что особенно важно на тяжелых почвах. По ходам червей в более глубокие слои проникают корни растений. Доказано, что во многих районах урожайность сельскохозяйственных культур зависит от численности дождевых червей в почве. (Кирюшин, 2013)

В гумусовом слое почвы, а также под корой пней и колод концентрируются наземные подстилочные мокрицы. Они употребляют в пищу в основном листовой опад и погибшую древесину.

Многие почвенные животные являются эффективными индикаторами почвенных свойств и плодородия, на чем основано использование животных для зоологической индикации почв. Под влиянием антропогенных факторов, в частности распашки земель, использования пестицидов, нефтяного, промышленного и других форм загрязнения окружающей среды, видовое разнообразие и численность почвенной фауны снижается. На сельскохозяйственных угодьях количество дождевых червей, мокриц, кивсяков и многих других сапрофагов в несколько раз меньше, чем в естественных биотопах. (Вальков, Казеев, Колесников, 2013)

4.2 Микрофлора почв

Микроорганизмы обнаруживаются в окружающей природной среде практически повсеместно. Однако из всех известных сред обитания наиболее богаты как количественно, Так и качественно почвы, в одном грамме которых может находиться до 10 млрд микробов и более.

Несмотря на то, что средний вес бактериальной клетки вставляет всего

(7-9) 10-14 г, их живая биомасса в почве на площади 1 га составляет 2—5 т.

Микробная биомасса в разных почвах колеблется от единиц до нескольких десятков т/га, причем на долю грибов приходится от 88 до 99% биомассы, а доля прокариот (бактерии, актиномицеты) составляет 1—12%. Доля живого мицелия составляет от 50% в нижних горизонтах до 85% в подстилке. Жизнеспособность спор составляет 70—100%.

Особенностью почвы как среды обитания микроорганизмов является ее гетерогенность. Микрозоны разделены здесь в пространстве и во времени, поэтому почва представляет собой множество экологических ниш. Микрозональность определяется локальным поступлением органических остатков и корневых выделений растений, варьированием значений температуры, влажности, рН, окислительно-восстановительным потенциалом, концентрацией минеральных элементов и т.д. Благодаря микрозональности в почве одновременно могут идти разнообразные процессы — аэробные и анаэробные, автотрофные и гетеротрофные, проникающие при низких и высоких значениях рН. (Кирюшин, 2013)