<<
>>

гидрологический фактор QA АНТРОПОГЕННОЙ ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВ 4-U. И МЕРЫ ЕЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ

Пиление воздействия человека на окружающую среду все чаще приводит к многочисленным проявлениям деградации почв. Известные случаи показы­вают, сколь велика ее опасность для почвенного покрова планеты — непре­менного условия существования бесконечного ряда сменяющихся челове­ческих поколений.

Проявление деградационных изменений в результате антропогенного воздействия носит различный характер — от несуществен­ного снижения до полной потери плодородия, а в экстремальных случаях — до тотального исчезновения почв. Поэтому очевидны актуальность пробле­мы, ее прикладная значимость, необходимость теоретического и практиче­ского обоснования мероприятий по защите почв от деградаций.

В этой связи необходимо прежде всего остановиться на формулировке основных понятий.

Антропогенной деградацией почв следует называть такие их вторичные изменения, обусловленные деятельностью человека, которые сопровожда­ются частичной или полной утратой плодородия почвенного покрова или их уничтожением [Зайдельман, 1998]. Частично утраченное плодородие может быть восстановлено, а его полное исчезновение, особенно ликвидация почв, — явление необратимое, приводящее к утрате устойчивости или гибе­ли ландшафта. Последнее обусловлено и тем, что само существование ланд­шафта возможно лишь до тех пор, пока сохраняются и активно функциони­руют почвы. Гибель почв или потеря их плодородия обусловливают гибель или глубокую деградацию ландшафта, т.е. деградацию его основных элемен­тов — растительного и животного мира, грунтовых и поверхностных вод, почвообразующих пород и т.д. Эта опасность особенно актуальна для инду­стриальных и агроландшафтов. Важнейшей причиной реальных деградаци­онных изменений почв является несоответствие (неадекватность) антропо­генных мероприятий их генетическим особенностям, свойствам и режимам, условиям естественного формирования ландшафтов.

Вместе с тем деградационные изменения почв не являются детермини­рованными, неизбежно следующими за любым антропогенным воздействи­ем.

Утрата устойчивости почв под влиянием деятельности человека и, как следствие, их деградация происходят только при неадекватном применении тех или иных способов воздействия на почвы. К. неадекватным следует отно­сить такие антропогенные воздействия на почвы, которые не учитывают ус­ловия их формирования, естественные и вторичные процессы, вызывают опасные деградационные изменения. Из этого следует, в частности, что ис­ходно неустойчивых почв нет. Почвы, реально возникшие на Земле, устой­чивы в тех термодинамических и геохимических условиях, которые опреде­лили их формирование. Но почвы устойчивы до тех пор, пока они не подвергаются направленному неадекватному воздействию, в том числе и антропогенному. Поэтому при вовлечении почв в тот или иной вид исполь­зования нельзя применять мероприятия, выводящие почвы из устойчивого состояния. Непонимание этого принципиального условия рационального природопользования оказалось причиной широкого распространения и весь­ма разнообразного проявления антропогенной деградации почв на Земле.

Для того чтобы прогнозировать возникновение вторичных неблагопри­ятных явлений и обосновать системы защиты почв и ландшафтов от дегра- дационных изменений, обусловленных антропогенным воздействием, необ­ходимо прежде всего установить их причины. Принципиальные причины деградационных изменений почв немногочисленны. Они сводятся к дей­ствию пяти факторов — гидрологического, эрозионного, химического, ра­диологического, механического. Среди них особое значение в настоящее время приобретает гидрологический фактор как по результатам последействия, так и по масштабам распространения. При оценке роли деградационного влия­ния гидрологического фактора следует учитывать все те виды воздействия на почвы (гидротехнические, мелиоративные, агромелиоративные, агрономи­ческие, дорожно-строительные, индустриальные), которые в конечном ито­ге приводят к неблагоприятной трансформации их водного режима.

При рассмотрении конкретных проявлений деградации почв в меняющих­ся под влиянием деятельности человека гидрологических условиях мы будем придерживаться последовательности изложения материала, принятого в табл.

20.1.

Весьма мощным и быстродействующим фактором изменения гидроло­гического режима почв являются гидротехнические мероприятия (I)[31].

Для равнинных пространств существенной причиной деградации почв оказалось их затопление в мелководных и глубоководных зонах водохрани­лищ (1.1). Мелководья — обширные пространства периферийных зон водо­хранилищ, слой воды в которых не превышает 3 м. Эти территории водохра­нилищ, занимая значительные площади, аккумулируют небольшие объемы воды, слабо влияющие на работу гидроэлектростанций. Мелководья рав­нинных водохранилищ приурочены к пойменным террасам с относительно плодородными в исходном состоянии пойменным почвами. Как правило, после затопления здесь сохранились затопленные лес и кустарник, препятствую­щие развитию водного транспорта и рыбного хозяйства.

Затопленные почвы мелководий, в отличие от глубоководной части ак­ватории, за время длительного субаквального существования не перекрыва­ются мощным слоем неплодородного серого ила. Затопленные почвы мел­ководий сохраняют достаточно высокий уровень плодородия после осушения и могут быть вторично вовлечены в сельскохозяйственное производство [Зай­дельман, Гаджиев, Рожкова, 1979; Луковская, 1990; 1997].

Таблица 20J

Изменения гидрологического режима почв в результате антропогенной деятельности, формы деградации и мероприятия по их профилактике

Причины изменения гидрологического режима почв, приводящие к их деградации Деградационные изменения почв Мероприятия по предупреж­дению деградации почв
1 2 3 4
1. Гидротехнические
1.1 Затопление почв в мелковод- Заболачивание преимуще- Устройство польдерных осу­
ной зоне равнинных водохра­нилищ ственно пресными водами шительных земель
1.2 Подтопление почв в верхнем Заболачивание; заболачи- Дренаж; на засоленных масси­
бьефе водохранилищ вание и засоление вах — мероприятия по рассо­лению
1.3 Заболачивание; заболачива- Формирование мочаров. Дренаж, вертикальные анти-
ние и засоление автоморфных Вторичное заболачивание фильтрационные завесы; сеть
почв богарных территорий в и засоление черноземов. ловчих каналов; снегозадержа­
результате подъема минера- Возникновение луговых и ние; мероприятия по рассоле­
лизованных грунтовых вод, черноземно-луговых неза- нию и рассолонцеванию
поступающих на сопредель- соленных и засоленных
ные массивы от действующих ирригационных систем, водо­хранилищ, а также в цикле влажных лет почв
2. Мелиоративные (объекты осушения)
2.1 Периодический или постоян­ а. Ускоренное разложение Регулируемое шлюзование (суб­
ный (при глубоком осуше­ органического вещества ирригация); создание лугового
нии) отрыв грунтовых вод от торфа типа водного режима почв,
толщи осушенных торфяных б. Тотальное пирогенное уничтожение осушенных торфяных почв травосеяние или травопольные
почв севообороты. Применение ор­ганических удобрений для поддержания баланса углерода. Противопожарные мероприя­
тия на мелиоративных систе­мах
2.2 Обводнение в результате Вторичное заболачивание Защита дренажа от закупорки
закупорки дрен гидроокисью гидроокисью железа (промыв­
железа и прекращение работы ки дрен, увеличение их уклона,
осушительной системы применение ингибиторов же­лезобактерий, дрен крупного диаметра и др.)
2.3 Трансформация застойного Аэрация значительных масс Устройство поверхностной
водного режима в промывной пирита с образованием сбросной сети и выпуклых
или застойно-промывной при серной кислоты и экстра- гряд для эффективной про­
осушении нейтральных или кислых почв мывки почв тропическими или
кислых почв и пород, обога­ муссонными дождями с после­
щенных пиритом дующей посадкой и возделы­ванием культур, устойчивых к высокой кислотности почв (ананасы, баклажаны и др.)
2.4 Трансформация застойного Интенсивный вынос Са, Известкование, внесение ми­
водного режима в застойно­ Mg, Fe, Al, Мп, гумусовых неральных и органических
промывной при осушении веществ, лессиваж. Появ­ удобрений; травопольные се­
почв на кислых, нейтральных ление подзолистого гори­ вообороты; мероприятия по
или выщелоченных породах зонта или увеличение его ускорению поверхностного и
мощности внутрипочвенного стока

Таблица 20J (продолжение)

1 2 3 4
З.Л Мелиоративные (объекты орошения)
3.1 Трансформация промывно- То же, что и в 2.4, появле- То же, что и в 2.4, оптимизация
го водного режима в за- ние оподзоленных горизон- поливного режима
стойно-промывной при оро­шении почв пресными во­дами на фоне систематиче­ских переполивов тов
3.2 Длительное периодическое Оглеение в условиях за- Дренаж. Известкование. Траво­
затопление почв суглини- стойно-промывного водного польные севообороты
стого состава на рисовых режима. Вынос щелочно-
системах на фоне заметной земельных металлов, железа,
инфильтрации марганца и др. Возможно оподзоливание или форми-
рование «рисовых» подзолов
3.3 Длительное затопление почв Оглеение в условиях за- Дренаж. Глубокое рыхление.
тяжелого гранулометриче- стойного водного режима. Травопольные севообороты. Из­
ского состава на рисовых Признаки или интенсивное весткование (на нейтральных и
системах при отсутствии за­метной инфильтрации развитие слитообразования выщелоченных породах)
3.4 Подъем минерализованных Аккумуляция в ризосфере Мероприятия по рассолению на
грунтовых вод, приводящий токсичных солей. Вторич- фоне дренажа
к засолению почв ное засоление
3.5 Подъем минерализованных Аккумуляция Na в погло- Мероприятия по рассолонцева­
грунтовых вод, приводящий щающем комплексе. Вто- нию на фоне дренажа; выбо­
к осолонцеванию почв ричное осолонцевание рочные промывки. Высокие дозы органических удобрений; гипсование; кислование с вне­сением известковых материалов (на бескарбонатных породах)
4. Агромелиоративные
4.1 Переувлажнение недрени- Вторичное заболачивание в Дренаж
рованных слабооглеенных условиях застойного вод­
тяжелых почв в результате ного режима. Уплотнение,
глубокого мелиоративного дезагрегирование, резкое
рыхления уменьшение фильтрации
4.2 Интенсивное иссушение дре­ Ускоренное разложение Регулируемое шлюзование, суб­
нированных торфяных почв органического вещества ирригация; органические удоб­
при разных видах пескова­ торфа рения, травопольные севообо­
ния роты и/или залужение
5. Агрономические
5.1 Увеличение поверхностного Уплотнение подпахотного Рыхление на глубину 45-50 см
стока, аккумуляция воды в горизонта или кротование; травопольные
понижениях и возникнове­ севообороты; использование тех­
ние верховодки в результате ники с давлением на почву ме­
переуплотнения почв сель­скохозяйственных угодий нее 100 кПа
6. Дорожно-строительные
6.1 Переувлажнение в результа­ а. Заболачивание а. «Проколы» в дорожных на­
те пересечения трасс есте­ сыпях; польдеры на крупных
ственных водотоков (по­ массивах; коллекторно-дренаж­
верхностных и грунтовых) линиями автомобильных, ные системы

б. То же, мероприятия по рас­

железных дорог, полосами б. Заболачивание и засоле­
аэродромов, дамбами, дру­гими сооружениями ние солению

Таблица 20.1 (окончание)

7. Индустриальные (влияние горной, сельскохозяйственной и других видов индустрии)
1 2 3 4
7.1 Понижение гипсометрическо­го уровня поверхности в рай­онах шахтных выработок и подтопление почв Заболачивание Подъем поверхности путем складирования почвогрунто­вых масс; землевание; кулис­ная планировка поверхности
7.2 Затопление почв в результате систематического сброса на подкомандные территории дре­нажных вод из различных выработок (шахты, карьеры) или сточных вод животно­водческих ферм, а также бы­товых стоков Заболачивание (редко заболачивание и засоле­ние) Организация полей фильтра­ции; уменьшение объемов сто­ка; полив сточными водами преимущественно многолетних и однолетних трав; аккумуля­ция сточных вод в водохрани­лищах

Их использование в лесной и лесостепной зонах возможно в условиях польдерного осушения и эффективного удобрения. На юге степной и в по­лупустынной зоне такое освоение может быть существенно осложнено вто­ричным засолением.

Подтопление почв верхнего бьефа водохранилищ (1.2) является причи­ной их заболачивания в лесной и лесостепной зонах, засоления и заболачива­ния — в более южных регионах. Вместе с тем их вовлечение в сельскохозяй­ственное производство в обозримом будущем может оказаться существенным, а в ряде регионов единственным резервом пополнения площадей сельскохо­зяйственных земель.

При этом в первом случае необходимы тщательная оценка степени их заболоченности и дифференцированный подход при выборе альтернатив­ных решений. На слабозатопленных почвах могут быть созданы естествен­ные луга или пашни с подбором устойчивых к переувлажнению культур по­левых севооборотов. Критерием оценки целесообразности выполнения мелиоративных мероприятий в этом случае могут оказаться предложенные автором «Рекомендации по диагностике степени заболоченности минераль­ных почв Нечерноземной зоны РСФСР и оценке целесообразности их осу­шения (пособие к ВСН-33-2.1-84)». Во втором случае в южных районах страны в верхнем бьефе водохранилищ возможны вторичное засоление и заболачи­вание почв. Их деградацию можно предотвратить с помощью дренажа и ме­роприятий по рассолению почв.

На юге России, главным образом в Ростовской области, Ставрополь­ском и Краснодарском краях, в настоящее время идут активные процессы подъема к дневной поверхности засоленных грунтовых вод, заболачивания, засоления, осолонцевания, слитизации и глееобразования почв (1.3). Реаль­ная опасность этих процессов заключается в том, что они ведут к деградации лучших почв страны — черноземов обыкновенных и южных и темно-кашта­новых почв, формированию мочарных ландшафтов. На современных паш­нях в результате засоления и заболачивания черноземы вытесняются оглеен- ными, слитыми, засоленными, осолонцованными малоплодородными или бесплодными почвами. Ранее нами были подробно рассмотрены условия их возникновения, агроэкологии и мелиорации [Зайдельман, Тюльпанов, Ан­гелов, Давыдов, 1998]. Два обстоятельства ответственны за появление в степ­ной зоне почв мочарных ландшафтов. Во-первых, смена засушливых клима­тических периодов влажными (11-13-летние циклы) и, во-вторых, усиление притока инфильтрационных вод в бассейн грунтовых вод в результате созда­ния крупных водохранилищ, сети ирригационных каналов, водоемов внут­рихозяйственного пользования и др. Поскольку водоупорами и вмещающими породами здесь часто являются засоленные толщи, пресные инфильтраци- онные воды трансформируются в соленые и с восходящим капиллярным током влаги выносят на поверхность значительную массу солей (преимуще­ственно сульфатов и хлоридов). Такое явление особенно часто наблюдается в ареалах отложений майкопских глин, засоленных преимущественно сульфа­том натрия. Обьино такие территории служат ареной вторичного развития сложных сочетаний различных почвообразовательных процессов, вызванных переувлажнением почв, — глееобразования, засоления, осолонцевания, суль- фатредукции, слитизации, ощелачивания. Однако ведущим фактором на­блюдаемых негативных трансформаций всегда оказывается переувлажнение почв. Именно поэтому для восстановления плодородия почв здесь прежде всего необходим дренаж, а затем комплекс мероприятий по рассолению, рассолонцеванию, устранению слитости, признаков осолодения. Только дре­наж в этом случае не может решить сложный комплекс проблем восстанов­ления утраченного плодородия некогда лучших почв юга страны.

Наряду с гидротехническими причинами деградационного изменения почв в результате неблагоприятного изменения их водного режима суще­ственную роль в такой трансформации играют мелиоративные мероприятия.

В частности, это относится к осушительным мелиорациям (2), обеспе­чивающим не только глубокое понижение уровня грунтовых вод, но и отрыв капиллярной каймы (2.1 а) от торфяной залежи. Такой новый способ осуше­ния в нашей стране получил распространение в начале 60-х годов XX в. [Аве­рьянов, Юневич, Игнатьева, 1960]. По мнению его авторов, ожидаемый эф­фект мог быть достигнут путем использования глубоких (3,5—5 м) каналов для осушения торфяных почв полесий. Однако вскоре после осушения ни­зинных торфяных почв глубокими каналами начался процесс их деградации. В те годы мы писали о том, что следствием подобной «мелиорации» неиз­менно окажется разрушение почв и ландшафтов [Зайдельман, 1960]. К сожа­лению, практика подтвердила этот прогноз. Способ глубокого осушения тор­фяных почв в условиях южной тайги — основной сельскохозяйственной зоны страны — вызвал опасное обезвоживание торфяной залежи и ландшафтов, ускоренное биохимическое разложение органического вещества торфа, по­жары, ветровую эрозию. После полной сработки торфа на дневной поверх­ности оказались кварцевые оглеенные пески, бесплодные известковые гори­зонты и мергеля. При этом в грунтовые воды поступали значительные массы нитратов, обусловившие евтрофикацию водотоков и водоемов.

В России способ самотечного осушения низинных болот с помощью глубоких каналов не получил распространения. Однако в Белоруссии, где глубокое осушение в 60-е годы было широко внедрено в сельскохозяйствен­ную практику, за короткий отрезок времени (10—14 лет) было уничтожено более 150 тыс. га исходно плодородных осушенных торфяных почв. Их ос­новные массивы выпали из сельскохозяйственного использования.

Следует подчеркнуть, что явления быстрой деградации и полного исчез­новения осушенных торфяных почв на мелиорированных массивах возмож­ны практически повсеместно при неконтролируемом режиме грунтовых вод на самотечных системах и с неглубоким залеганием регулирующей сети осу­шителей (2.16). Такого рода явления обычно возникают в период летней межени при низком уровне грунтовых вод. В этом случае при периодичес­ком и непродолжительном (1—1,5 месяца) отрыве капиллярной каймы от тор­фяной залежи возможно ее быстрое выгорание. В отличие от неосушенных территорий пожары на осушенных болотах приводят к полному выгоранию торфа до минерального дна. В результате формируются разнообразные пи­рогенные образования, нередко с высокой исходной щелочностью. Террито­рии сгоревших болот малопригодны для сельскохозяйственного использова­ния, во-первых, в связи с утратой плодородия и исчезновением органических почв (обычно после пожара — это песчаные и пирогенно-песчаные образо­вания) или, во-вторых, из-за интенсивного вторичного заболачивания в ре­зультате резкого понижения гипсометрического уровня поверхности. Пос­леднее можно наблюдать в ареалах вторичных пирогенно-перегнойных и пирогенных древесно-песчаных образований. Поскольку торф сгорает на относительно ограниченных площадях (50—150 га), находящихся внутри об­щего контура осушенных плодородных торфяных почв, осушение самих пи­рогенных образований на хорошо водопроницаемых песках вызывает общее снижение грунтовых вод на всем массиве и создает благоприятные условия для дальнейшего распространения пожаров по всей осушенной площади низинных торфяных почв. Профилактические мероприятия в этом случае сводятся к следующему. Осушенные торфяные почвы должны находиться после осушения в условиях лугового типа водного режима. При этом недо­пустим отрыв грунтовых вод от нижней кровли торфяной залежи. На таких почвах необходим сбалансированный расход органического вещества. По­этому целесообразны залужение осушенных торфяных почв или при значи­тельной мощности торфа (более 1,5 м) применение травопольных севообо­ротов с высокой насыщенностью травами, внесение в почву органических удобрений и запашка органических остатков.

Вторичное заболачивание осушенных минеральных и торфяных почв и их выпадение из сельскохозяйственного оборота могут быть обусловлены также гидрохимическими особенностями грунтовых вод, быстрым выходом из строя гончарных и особенно пластмассовых дрен в результате закупорки их стыков и перфорации гидроокисью железа (2.2). Это явление имеет место при осушении почв Нечерноземной зоны в ареалах ожелезненных грунто­вых вод в условиях неглубокого залегания водоупорных или вмещающих пород, обогащенных пиритом (например, юрских глин) [Зайдельман, 1981; Кунце, 1986]. Классическим примером мелиорированных массивов такого типа оказалась «Яхромская пойма» Московской обл., где построенная в 60-х годах система гончарного (керамического) дренажа уже к началу 70-х почти на 70—75% вышла из строя и результате закупорки дрен гидроокисью желе­за. Это произошло главным образом потому, что при проектировании не были учтены высокие концентрации закисного железа в грунтовых водах массива. В этой связи следует подчеркнуть, что гидроморфные почвы в зо- нах распространения ожелезненных грунтовых вод всегда характеризуются наличием весьма разнообразных конкреционных и неконкреционных Мп- Fe- и Fe-новообразований, позволяющих в полевых условиях прогнозиро­вать опасность ожелезнения, выхода из строя дрен и необходимую систему мероприятий по защите дренажных труб от заохривания.

Профилактические мероприятия по защите дренажа от закупорки, ис­ключающие деградацию почв от вторичного затопления, заключаются в промывке дрен, увеличении их уклонов (до 0,005-0,007), ингибировании железобактерий, применении ловчих каналов для перехвата ожелезненных грунтовых вод. Важны в этом случае агрономические и агромелиоративные мероприятия, устраняющие повышенную кислотность и усиливающие аэра­цию горизонтов почвенного профиля. К ним относятся известкование, кро­тование, глубокое рыхление идр.

Особое значение для мировой сельскохозяйственной практики имеют деградационные изменения заболоченных сульфидных почв после их осу­шения и аэрации (2.3). Такие почвы и породы, обогащенные пиритом, полу­чили особенно широкое распространение в приморских зонах и в дельтах крупных рек стран Юго-Восточной Азии. В анаэробных условиях при близ­ком залегании сульфатных вод, систематическом поступлении наилка, об­разованного из красноцветных пород и кор выветривания, и опаде органи­ческого вещества мангровой растительности непрерывно идут процесс сульфатредукции, образование и накопление сульфида железа [Зайдельман, 1992]. Этот непрерывный многовековой процесс ответствен за накопление огромных масс сульфида железа в профиле почв. Последний в анаэробной среде остается в покое до тех пор, пока в результате осушения, продвижения в океан авандельты, других причин понижения базиса эрозии не начинают­ся интенсивная аэрация профиля, окисление сульфидов и накопление в по­чвах серной кислоты. После этого значение их pH опускается до 2,8—3,5. Практически невозможно нейтрализовать известью огромные массы серной кислоты. Поэтому пока единственным реальным способом освоения этих почв является промывка верхних слоев профиля от кислоты водой во время затяжных тропических дождей. С этой целью создают неглубокую сбросную сеть каналов, а поверхность почв профилируют в виде высоких выпуклых гряд (типа грузинских «квали» или итальянских «буаляцио»). На них высажи­вают культуры, устойчивые к высокой кислотности почв (например, ананасы, баклажаны и др.). Дожди вымывают из корнеобитаемой зоны серную кисло­ты, а растения в этих условиях способны производить высокие урожаи.

Сложность освоения почв сульфидного засоления не ограничивается, однако, только необходимостью защиты растений от высокой кислотности. В процессе сульфатредукции железо переходит в растворимую двухвалент­ную форму. В этой форме оно вступает во взаимодействие с анионом фос­форной кислоты и после окисления выпадает в осадок. Поэтому проблема ретроградации фосфатов здесь приобретает особую актуальность. Не менее существенно в этих условиях анионное поглощение нитратов оксидами же­леза. Именно поэтому огромные массивы сульфидных почв в густонаселен­ных районах Юго-Восточной Азии остаются до настоящего времени слабо- освоенными или вообще не используются в сельском хозяйстве.

На массивах осушения лесной зоны существенные деградационные явления могут возникать в результате принципиального изменения гидрологического

режима интенсивно заболоченных минеральных почв после их дренажа (2.4). В этом случае почвы, находившиеся ранее (до мелиорации) в условиях зас­тойного режима, оказываются в застойно-промывном режиме. Исследова­ния показывают, что такое изменение гидрологических условий приводит к резкой трансформации важнейших свойств твердой фазы осушаемых мине­ральных почв. Их переход в состояние застойно-промывного режима после дренажа вызывает прежде всего глубокую трансформацию химических свойств почв, увеличение кислотности, выноса Мп, Fe, Са, Mg, Al. Возникает лес­сиваж, снижается степень насыщенности основаниями, уменьшается удель­ная поверхность, увеличивается мощность элювиальных светлых кислых (под­золистых) горизонтов или они появляются в профиле ранее не оподзоленных почв [Зайдельман, 1998; Копысов, 1997; Петров, 1989; идр.].

Механизм деградационных изменений почв при переходе их из застой­ного водного режима в застойно-промывной достаточно очевиден при ана­лизе информации, сосредоточенной в табл. 18.6. В ней систематизированы важнейшие особенности таких преобразований, обнаруженных нами в ходе экспериментальных и натурных исследований общих закономерностей глее­образования.

Очевидно также, что деградационные явления в условиях застойно-про­мывного режима усиливаются при низком уровне агротехники. Не случайно поэтому в последние годы появились сообщения о том, что в глееватых и глее­вых почвах на кислых или нейтральных породах после дренажа наблюдается появление светлых подзолистых горизонтов или увеличение их мощности.

Аналогичный механизм возникновения антропогенных деградационных изменений наблюдается в последнее время и на массивах орошения (3) при систематических переполивах черноземов и темно-каштановых почв (3.1). В этом случае автоморфные в исходном состоянии почвы с непромывным типом водного режима оказываются в условиях вторичного застойно-промыв­ного режима. Мы попытались моделировать и исследовать последействия та­кой трансформации [Зайдельман, Давыдова, 1989]. В результате была экспе­риментально подтверждена возможность быстрой деградации черноземов типичных при их орошении пресными водами в условиях относительно не­продолжительных (около 5 ч) переполивов. Кратковременное переувлажне­ние оказывает интенсивное деградационное воздействие на минеральные и органические фракции твердой фазы почвы. Процесс реализуется в несколько стадий — вначале выщелачиваются кальций и магний, затем железо, неред­ко алюминий. Накапливаются низкомолекулярные органические, фульво- и аминокислоты, развивается лессиваж, снижается степень насыщенности ос­нованиями [Зайдельман, 1998; Поздняк, 1997]. На более поздних стадиях наблюдается побеление поверхностных слоев чернозема. На завершающем этапе в результате периодических переполивов пресными водами возникают отчетливые кислые элювиальные белесые (оподзоленные) горизонты.

Генезис светлых кислых элювиальных горизонтов обусловлен теми же явлениями, которые ответственны за усиление оподзоливания при дренаже оглеенных почв, находящихся в естественном состоянии в условиях застой­ного водного режима. Это опасное явление в полевых условиях на крупных орошаемых массивах Поволжья и Заволжья было описано Е.Н. Хлебнико­вой (1989).

Оно особенно отчетливо проявляется в почвах суглинистого грануло­метрического состава на рисовых ирригационных системах (3.2). Здесь при длительном затоплении в условиях застойно-промывного режима при ин­тенсивной, почти круглогодичной декантации поверхностных горизонтов и инфильтрации происходят вынос кальция, магния, железа, марганца, лес­сиваж и отчетливо проявляется оподзоливание почв. В результате многове­ковой культуры орошения риса на фоне высоких температур и быстрого развития анаэробиоза возникают почвы с особо мощными вторичными под­золистыми горизонтами. В классификациях почв Бирмы, Вьетнама, других стран Юго-Восточной Азии они названы «рисовыми подзолами». Это мало­плодородные или вообще неплодородные элювиальные почвы, использова­ние которых возможно лишь для возделывания бобовых, фиксирующих азот атмосферы (например, арахиса).

Итак, мы упомянули три случая проявления деградационных процессов, обусловленных вторичным действием в профиле осушенных и орошаемых почв глееобразования на фоне застойно-промывного режима в лесной, степ­ной и тропической зонах. Существенно, что описанный деградационный про­цесс можно затормозить или преодолеть с помощью одних и тех же меропри­ятий, независимо от зональной приуроченности почв. Последнее косвенно также свидетельствует о генетической общности явлений, вызывающих их подкисление, осветление, потерю плодородия и деградацию (табл. 18.5).

Мелиоративные воздействия на почвы могут вызывать развитие глееоб­разования не только на фоне застойно-промывного, но и застойного водно­го режима (3.3). Если при этом оросительные и грунтовые воды пресные, то при глееобразовании подкисления почв не происходит, не проявляется лес- сивирование, слабо выражен вынос щелочно-земельных металлов, алюми­ния и железа. Но при этом наблюдается дезагрегация структурных отдельно­стей, увеличиваются (относительно) содержание тонких фракций мелкозема, удельная поверхность, влагоемкость, существенно уменьшается водопрони­цаемость. В почвах накапливается нонтронит, возникает гизенгирит, появ­ляются признаки слитости. Почвы, формирующиеся в условиях выраженно­го застойного режима (например, при необеспеченном дренаже на рисовых системах), в конечном итоге характеризуются существенным снижением их плодородия и деградацией физических свойств.

Восстановление их плодородия предполагает прежде всего сброс избы­точных вод с помощью самотечных или польдерных дренажных систем, а также осуществление агромелиоративных мероприятий по ускорению по­верхностного и внутрипочвенного стоков. В этом случае особо эффективны­ми могут оказаться мероприятия по глубокому мелиоративному рыхлению и кротованию (кроме почв на тяжелых кислых ленточных глинах), внедрение травопольной системы земледелия, организация выборочных пастбищ, влаж­ных экстенсивно осушаемых лугов (5).

Существенное изменение водного режима в результате орошения в ус­ловиях степной и полупустынной зон приводит к глубокой трансформации свойств и плодородия почв. Возможный при этом подъем грунтовых вод в зависимости от их геохимических особенностей вызывает вторичное засоле­ние и осолонцевание почв (3.4, 3.5).

Этой проблеме посвящена обширная литература, созданы многие техно­логии, позволяющие успешно решать вопросы охраны почв и ландшафтов.

Изложенное исключает необходимость детального рассмотрения возникно­вения и современных способов мелиорации почв, формирующихся в усло­виях вторичного засоления и осолонцевания. Отметим лишь, что в этом случае остаются весьма актуальными вопросы, на которые пока все еще не даны полные ответы. В частности, открытым остается вопрос об использо­вании в орошаемом земледелии тяжелых сильногипсоносных почв с вклю­чениями крупнокристаллического гипса. Такие почвы занимают обширные площади в полупустынной и пустынной зонах Центральной и Передней Азии. В этих почвах гипс оказывает неблагоприятное влияние на развитие расте­ний, резко снижает их водопроницаемость и ухудшает условия промывки. Он повышает осмотическое давление почвенных растворов, снижает до­ступность влаги, азота, других элементов питания растений. Попытки вов­лечения таких почв в орошаемое земледелие остаются неэффективными, а способы оптимизации водного режима — слаборазработанными.

Неблагоприятная трансформация водного режима и деградация проис­ходят и под влиянием агромелиоративных мероприятий (4). Нами обнару­жены следующие опасные вторичные гидрологические ситуации, которые возникают в минеральных и органогенных почвах при агромелиорации.

Так, применение глубокого мелиоративного рыхления слабогидроморф- ных суглинистых и глинистых почв без их предварительного дренажа (4.1) в первый год эксплуатации вызывает значительное повышение их пористости, снижение плотности, увеличение водопроницаемости. Однако это улучше­ние физических свойств почв в первый год рыхления весной, в момент про­хождения снегового паводка, оказывается причиной накопления огромных масс пресных вод во всей толще рыхления (т.е. в слое мощностью 80 см). Реализуется процесс заполнения водой поверхностного стока гигантского «гидрологического мешка», в котором вода находится в условиях длительно­го застойного режима. Эффект «гидрологического мешка» является причи­ной интенсивного оглеения всех слоев почвенного профиля: от поверхности до подошвы рыхления. Глееобразование усиливается еще и тем, что в про­цессе рыхления вдоль стойки рабочего органа рыхлителя в подпахотный слой поступают крупные фрагменты гумусированного пахотного горизонта.

Поэтому после глубокого рыхления недренированных слабогидроморф- ных почв существенно ухудшается их агрегатное состояние, накапливаются аморфные соединения железа на фоне резкого уменьшения содержания его окристаллизованных форм; на порядок уменьшается коэффициент фильтра­ции; увеличиваются общая удельная поверхность и водоудерживающая спо­собность. Все это происходит в условиях длительного нахождения избыточ­ной влаги в почвенном профиле, что исключает нормальный рост и развитие практически всех культур полевых севооборотов. Такие условия выдержива­ют только травы с коротким вегетационным периодом (например, редька масличная).

Избежать возникновения таких опасных деградационных явлений мож­но путем устройства до начала работ по глубокому рыхлению открытого или закрытого дренажа, обеспечивающего своевременный сброс избыточной гра­витационной влаги. Это мероприятие всегда необходимо на гидроморфных почвах, имеющих выраженную водосборную территорию. Вместе с тем глу­бокое рыхление может быть эффективным мероприятием на автоморфных почвах, приуроченных к массивам, не обладающим водосборной площадью.

Отрицательные явления, связанные с трансформацией гидрологических условий при выполнении агромелиоративных мероприятий, имеют место не только в минеральных, но и в торфяных почвах. Ранее мы подчеркивали, что основным условием стабильного функционирования этих почв является ус­тойчивость расходной и приходной статей баланса углерода. Любой фактор, вызывающий ускорение разложения органического вещества торфяных почв, может оказаться причиной их исчезновения. Это особенно опасно в песча­ных полесских и моренных ландшафтах, в поймах при залегании под слоем торфа оглеенного песка, известковых, мергелевых и туфовых карбонатных отложений. В этом случае для защиты торфяных почв от быстрого разложе­ния и улучшения условий сельскохозяйственного производства используют различные виды песчаных покрытий [Gottlich, 1980]. В пахотный горизонт вносят 300—600 т/га песка, который перемешивают при обработке с пахот­ным торфяным горизонтом, или песок размещают на поверхности почвы, где он образует самостоятельный пахотный горизонт мощностью 14—16 см (2100—2200 т/га песка). Как показали исследования [Зайдельман, Шваров, 2003], внесение песка резко меняет гидротермический режим осушенных торфяных почв. При этом происходит не замедление, как полагают многие авторы, а, напротив, ускорение биохимического разложения органического вещества всей толщи осушенных торфяных почв. Внесение песка в поверх­ностные горизонты сопровождается снижением теплоемкости и запасов влаги, увеличением температуропроводности, повышением температуры всех сло­ев почвенного профиля и грунтовых вод. Темпы сработки торфа возрастают на 20—50% по сравнению с черной (обычной) системой земледелия.

Предупредить деградацию почв в этом случае можно, как было показано выше (2.1), путем создания мелиоративных систем двустороннего действия, по­стоянно поддерживающих на осушенной территории луговой тип водного ре­жима, внедрения травопольных севооборотов с большим числом полей, заня­тых травами, залуження осушенных торфяных почв, создания влажных лугов.

Из современных агрономических мероприятий (5), вызывающих резкую трансформацию гидрологического режима почв и их деградационные изме­нения, наиболее значительные масштабы приобрело уплотнение подпахот­ных горизонтов в результате обработки почв тяжелой техникой и примене­ния большегрузных транспортных средств (5.1). Опасность этого явления, распространенного на огромных современных сельскохозяйственных масси­вах, связана с тем, что «укатка» почв происходит равномерно по всей площа­ди. При этом отсутствует возможность сравнительной визуальной оценки ущерба, наносимого аграрному производству и экологическому состоянию почв. Тем не менее он значителен и связан прежде всего с принудительным перераспределением поверхностного и внутрипочвенного стока в результате уплотнения почв. Переуплотнение подпахотных горизонтов резко снижает их пористость, коэффициент фильтрации, объем вертикального тока влаги в грунтовой поток. При этом усиливаются поверхностный сток, эрозионная нестабильность, сток по пахотному горизонту и аккумуляция гравитацион­ной влаги в почвах нижней трети склонов, а также в тальвегах и депрессиях. Длительный застой влаги на этих элементах рельефа может отрицательно влиять на рост и развитие растений, работу сельскохозяйственной техники, на свойства и режим почв. Следствием происходящих явлений часто явля­ются интенсивное оглеение почв, их слитизация и оподзоливание.

Восстановление утраченного плодородия почв или профилактика пред­полагают прежде всего снижение удельного давления техники на почву (до 100 кПа и менее). Этого можно добиться, если машинный парк заменить на более легкую технику, если выполнять мероприятия по снижению давления на почву, используя сдвоенные колеса на тяжелых тракторах и машинах, снижая давление воздуха в шинах, применяя трактора и комбайны на гусе­ничном и полугусеничном ходу. Одновременно для устранения существую­щего уплотнения целесообразны кротование, неглубокое (поверхностное) рыхление (на глубину 40—50 см), травопольные севообороты.

Особого внимания заслуживают причины деградации почв из-за транс­формации водного режима в результате дорожного строительства (6) и влия­ния индустриального производства на гидрологический режим почв (7).

В первом случае трансформация водного режима (6.1) происходит в ре­зультате пересечения линейными сооружениями (автомобильными дорога­ми, автострадами, дамбами, железными дорогами и др.) трасс естественных водотоков (постоянных и особенно временных).

В результате прекращения оттока в пространстве, ограниченном дамба­ми, насыпями, дорожным полотном, аккумулируются значительные объемы гравитационной влаги, вызывающие переувлажнение и заболачивание почв. Такие территории, как правило, вскоре выпадают из сельскохозяйственного производства и деградируют. Подобные широко распространенные явления возникают в результате строительства «глухих» сооружений без специальных водовыпусков. Для избежания заболачивания почв необходимо обеспечить свободный сброс воды через специальные водовыпускные отверстия в теле дамб, насыпей, дорог, других линейных сооружений («проколы») или путем откачки воды в задамбовое пространство с помощью насосов из локальных дренажных систем. В южных районах подобные мероприятия могут быть осложнены засолением и осолонцеванием.

Два последних случая деградации связаны с вторичным заболачиванием почв, обусловленным влиянием горной, аграрной и иной индустрии. При массовой шахтной добыче полезных ископаемых (например, бурого угля в Подмосковном угольном бассейне) (7.1) по мере выемки горных пород не­редко происходят оседание поверхности и понижение гипсометрических уровней. В этом случае при отсутствии дренажных устройств грунтовые воды оказываются в толще верхнего горизонта профиля. Происходит вторичное заболачивание почв. Этот случай переувлажнения, его специфика и защит­ные мероприятия изучены и разработаны весьма неполно. Поэтому пока отсутствуют возможности законченных рекомендаций состава необходимых профилактических мероприятий. Очевидно, однако, что здесь могут ока­заться весьма эффективными кулисные планировки с использованием зна­чительных масс почвогрунта, обеспечивающего подъем уровня поверхности.

Наконец, трансформация естественного гидрологического режима почв может происходить в результате затопления почв дренажными водами из шахт, карьеров и других выработок, а также сточными водами животновод­ческих ферм и бытовыми стоками (7.2). В этих случаях защитой почв от затопления и заболачивания могут оказаться мероприятия, направленные на управление движением разнообразных по происхождению и составу стоков. В прикладном отношении здесь особенно важен дифференцированный под­ход к оценке возможности использования вод с учетом их химических и иных особенностей. При этом дренажные, животноводческие и бытовые стоки могут быть использованы на полях фильтрации для полива преимуществен­но трав, аккумулированы в хранилищах, подвергнуты очистке.

Подводя итог рассмотрению негативных изменений почв в результате антропогенной трансформации их водного режима, следует подчеркнуть не­обходимость применения комплексной системы мероприятий по экологи­ческой защите почв и ландшафтов от деградационных изменений. Такая система, предусматривающая экологическую защиту почв на трех уровнях — ландшафтном, инженерно-строительном и почвенно-мелиоративном, — была предложена нами ранее [Зайдельман, 1993, 2003]. В заключение следует при­знать, что происходящие изменения гидрологического режима могут по-раз­ному влиять на продуктивность почв. Для учета и оценки таких изменений может быть рекомендована следующая схема (табл. 20.2), основанная на ана­лизе изменения продуктивности почв при разной степени проявления дег­радационных изменений.

Таблица 20.2

Изменение продуктивности почв в результате трансформации гидрологического режима под влиянием антропогенной деятельности

Степень проявления деградационных изменений Изменение продуктивности[32]
1 Деградационные явления не выражены; возможно улуч­шение плодородия почв, их свойств и режимов Возможность увеличения про­дуктивности более 100%
2 Недеградационные изменения почв, существенно не влияющие на изменения их плодородия, свойств и режи­мов Продуктивность на уровне примерно 100%
3 Слабодеградационные изменения почв, понижающие их плодородие, существенно не влияющие на их свойства и режимы Снижение продуктивности не более чем на 20%
4 Интенсивная деградация почв, существенно снижающая их плодородие, ухудшающая их свойства и режимы Снижение продуктивности до 50%
5 Резко выраженные деградационные изменения почв, пло­дородия, свойств и режимов Снижение продуктивности до 80%
6 Экстремальные деградационные изменения почв, нередко сопровождающиеся их уничтожением Неплодородные субстраты с продуктивностью 0-20%
6.1 Деградация почв, исключающая возможность их восста­новления и использования территории для сельскохозяй­ственного производства
6.2 Деградация, допускающая возможность создания плодо­родных вторичных почв на месте ранее исчезнувших После восстановления плодо­родия — существенное увели­чение продуктивности вто­ричных почв (> 50%)

<< | >>
Источник: Зайдельман Ф.Р.. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов: учебник. — М.: КДУ,2009. — 720 с.. 2009

Еще по теме гидрологический фактор QA АНТРОПОГЕННОЙ ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВ 4-U. И МЕРЫ ЕЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ:

  1. § 3. Специальные экологические преступления
  2. ОГЛАВЛЕНИЕ
  3. гидрологический фактор QA АНТРОПОГЕННОЙ ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВ 4-U. И МЕРЫ ЕЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
  4. ЛИТЕРАТУРА