Показатели и критерии химической деградации почв (Титова, Дабахов, 2000)

Пример расчета. В серой лесной почве по результатам 1-го тура обследования содержалось 4,2% гумуса, 0,225 % валового Р₂О₅ и 1,650% валового К₂О. Через 10 лет (данные 2-го тура обследования) содержание гумуса снизилось до 3,9%, валового фосфора – до 1,400%, а валового калия – не изменилось. По этим данным можно сказать, что произошло незначительное ухудшение питательных свойств почвы.

Определим степень и период деградации по содержанию гумуса. Кратность снижения составила 4,2 / 3,9 = 1,08, что соответствует 0-й степени деградации. Однако при сохранении тенденции уменьшения содержания гумуса почва со временем может перейти в разряд деградированной. Поэтому рассчитаем период деградации по формуле 2:

Х_min = 4,2 / 2 = 2,1

Х₀ = 4,2

Х₁ = 3,9

∆Т = 10

Т_д = [(4,2 -2,1) х 10] / (4,2-3,9) = 70 лет

Значит, при сохранении имеющейся тенденции уже через 70 лет почва перейдет в разряд очень сильно деградированной. Химическая деградация серой лесной почвы по гумусу может быть обозначена 0⁷⁰.

Рассмотрим пример определения степени и периода химической деградации по содержанию тяжелых металлов в агросерой почве, находящейся 15 лет в зоне влияния Березовской ГРЭС-1:

Свинец и кадмий относятся к металлам первой группы токсичности. ОДК (приложение 1 и 2) по свинцу для данной почвы равняется 65 мг/кг, ОДК по кадмию – 1,0 мг/кг. Определим кратность превышения фактического содержания над ОДК:

по свинцу 60,2 / 65 = 0,93 (0-я степень деградации),

по кадмию 1,2 / 1,0 = 1,2 (1-я степень деградации).

Цинк и медь относятся к металлам второй группы токсичности. ОДК по цинку составляет 110 мг/кг, по меди – 66 мг/кг. Кратность превышения фактического содержания над ОДК:

по цинку 88,0 / 110,0 = 0,8 (0-я степень деградации),

по меди 12,0 / 66,0 = 0,18 (0-я степень деградации).

Допустим, что имеющаяся тенденция влияния ГРЭС сохранится. Поэтому определим период деградации по этим элементам, используя формулу 1:

А) по свинцу

Х_max = 65,0 х 5,0 = 325

Х₀ = 15,5

Х₁ = 60,2

∆Т = 15

Т_д = [( 325 – 15,5) х 15] / (60,2 – 15,5) = 104 года

Б) по кадмию

Хmax = 1,0 х 5,0 = 5,0

Х₀ = 0,4

Х₁ = 1,2

∆Т = 15

Т_д = [(5,0-0,4) х 15] / (1,2 – 0,4) = 86 лет

В) по цинку

Х_max =110 х 20 = 2200

Х₀ = 17,8

Х₁ = 88,0

∆Т = 15

Т_д = [(2200 – 17,8) х 15] / (88,0 – 17,8) = 466 лет

Г) по меди

Х_max = 66 х 20 = 1320

Х₀ = 8,0

Х₁ = 12,0

∆Т = 15

Т_д = [( 1320 – 8,0) х 15] / (12,0 – 8,0) = 4920 лет.

Таким образом, химическая деградация по данным металлам слабая. Период деградации в 4 балла по свинцу – 0¹⁰⁴, по кадмию – 1⁸⁶, по цинку – 0⁴⁶⁶, по меди – 0⁴⁹²⁰.

При использовании ПДК результаты изменятся.

Задачи

А). Рассчитать степень и период физической деградации почв:

1. Плотность горизонта А₁ дерново-подзолистой почвы до распашки составляла 1,09 г/см³, после распашки – 1, 31 г/см³. Период использования почвы под пашню 42 года.

2. Мощность горизонта А₁ серой лесной почвы до распашки была равна 28 см, плотность сложения этого горизонта – 1,05 г/см³. В течение 17 лет использования наблюдались эрозионные процессы, в результате которых мощность горизонта А₁ уменьшилась до 24 см, а плотность увеличилась до 1,18 г/см³.

3. Мощность горизонта А чернозема южного на пахотном массиве равна 33 см, а на целине – 37см. Период использования почвы в пашне 55 лет.

4. В результате дефляции на поверхности гумусового горизонта мощностью 17 см появился эоловый слой мощностью 7 см. Мощность гумусового горизонта фоновой почвы равна 20 см.

5. В результате орошения каштановой почвы отмечено повышение уровня грунтовых вод на 11 см. На контрольном участке (без орошения) уровень грунтовых вод равен 7 м.

6. В результате орошения чернозема обыкновенного выявлено увеличение гумусового горизонта на 4 см, плотности сложения этого горизонта – на 0,12 г/см³. По данным предыдущих исследований мощность горизонта была равна 19 см, а плотность сложения – 1,02 г/см³.

7. Исходное состояние чернозема выщелоченного: мощность горизонта А – 31 см, плотность сложения – 0,98 г/см³. Через 12 лет использования показатели изменились: мощность горизонта А увеличилась на 2,5 см, плотность сложения увеличилась на 0,11 г/см³.

8. В результате использования черноземно-луговой почвы под пастбище отмечено уменьшение мощности гумусового горизонта на 9 см, увеличение плотности сложения на 0,22 г/см³, повышение уровня грунтовых вод на 0,7 м. Время использования почвы – 45 лет. Показатели исходной почвы: мощность гумусового горизонта – 44 см, плотность сложения – 1,00 г/см³, уровень грунтовых вод – 3,3 м.

9. По данным исследования в 1975 г. чернозем обыкновенный на пашне Ширинского района характеризовался следующими показателями: мощность горизонта А – 31 см, плотность – 1,12 г/см³. По результатам исследования в 2000 г. обнаружено появление песчано-пылеватого слоя мощностью 3-4 см на поверхности гумусового горизонта, уплотнение нижней части пахотного слоя до 1,28 г/см³.

10. Мощность гумусового горизонта каштановой почвы на 15-летне залежи составляет 33 см, плотность сложения – 0,99 г/см³. В фоновой почве эти показатели равны 27 см и 1,15 г/см³, соответственно.

11. Уровень грунтовых вод на орошаемой пашне с каштановыми почвами находится на глубине 22 м. После прекращения орошения через 20 лет отмечено понижение уровня грунтовых вод на 6 м.

12. В пахотной серой лесной почве контрольного варианта определено: мощность горизонта А – 24 см, плотность сложения – 1,34 г/см³. В варианте с длительным внесением органических удобрений (15 лет) мощность гумусового горизонта увеличилась на 6 см, плотность почвы уменьшилась до 1,05 г/см³.

13. В результате дефляции за период 30 лет мощность гумусового горизонта чернозема обыкновенного уменьшилась на 7 см. Мощность этого горизонта в фоновой почве составляет 44 см.

14. Плотность сложения темно-серой почвы в рекреационной зоне Дороховского бора равна 1,46 г/см³, фоновой, не испытывающей рекреационную нагрузку, - 1,17 г/см³. Период рекреационного воздействия – 55 лет.

15. Залежь 18 лет на каштановой почве: мощность гумусового горизонта – 28 см, плотность – 1,25 г/см³. Пашня на аналогичной почве: мощность гумусового горизонта – 25 см, плотность – 1,11 г/см³.

Б). Рассчитать степень и период химической деградации почв:

1. Содержание гумуса в горизонте А₁ дерново-подзолистой почвы до распашки составляло 4,7%, после распашки – 3.8%. Период использования почвы под пашню 42 года.

2. Содержание гумуса в горизонте А чернозема южного на пахотном массиве равно 7,8%, а на целине – 8,7%. Период использования почвы под пашню 33 года.

3.Содержание легкорастворимых солей в гумусовом горизонте каштановой солончаковатой почвы равняется 0, 55%. В результате длительного, но безсистемного орошения в течение 33 лет концентрация легкорастворимых солей возросла до 0,98%.

4. В горизонте В чернозема обыкновенного на орошаемой пашне обнаружено увеличение обменного натрия до 7 м-экв/100 г по сравнению с аналогичным черноземом на разнотравно-злаковом фитоценозе, в котором содержание обменного натрия не превышало 0,7 м-экв/100 г. Период использования почвы 58 лет.

5. Залежь 15 лет на каштановой почве: содержание гумуса 3,5%, содержание легкорастворимых солей – 0,95%, обменного натрия – 6,8 м-экв/100 г. Пашня на аналогичной почве: содержание гумуса – 3,1%, содержание легкорастворимых солей – 0,66%, обменного натрия – 8,3 м-экв/100 г.

6. Чернозем выщелоченный в начале исследований характеризовался следующими показателями: содержание гумуса – 8,5%, валового азота – 0,45%, подвижного фосфора – 40 мг/кг, обменного натрия – 22 мг/100 г. Результаты исследования через 15 лет выявили снижение содержания гумуса - на 0,23%, валового азота – на 0,09%, подвижного фосфора – на 8 мг/100 г и увеличение обменного натрия – на 4 мг/100 г.

7. По данным 1-го тура обследования обнаружено, что содержание гумуса в агросерой почве равно 4,7%, валового азота – 0,25%, обменного калия – 23 мг/100 г. Через 10 лет, по данным 2-го тура обследования, отмечено уменьшение гумуса на 1%, валового азота – на 0,08%, обменного калия – на 15 мг/100 г.

8. Показатели состояния обследуемой почвы: Cr=22, Zn=31, Cu=40, Pb=20, Cd=2, Ni=25, Co=25 мг/кг. Показатели состояния фоновой почвы: Cr=8, Zn=15, Cu=8, Pb=12, Ni=15, Со=22 мг/кг.

9. Показатели состояния агросерой почвы, находящейся в 0-60 км зоне от трубы Березовской ГРЭС-1: Cd=0,22, Co=12, Cr=22, Cu=18, Pb=13 мг/кг. Показатели состояния фоновой почвы: Cd=0,14, Co=10, Cr=21, Cu=17, Pb=12 мг/кг.

10. Показатели состояния агросерой почвы, находящейся в 0-5 км зоне от трубы Березовской ГРЭС-1: Cd=0,42, Co=22, Cr=28, Cu=28, Pb=16 мг/кг. Показатели состояния фоновой почвы: Cd=0,14, Co=10, Cr=21, Cu=17, Pb=12 мг/кг.

11. Содержание водорастворимого фтора в черноземе обыкновенном, находящемся в 0-10 км зоне от трубы алюминиевого комбината, составляет 21 мг/кг. ПДК для фтора равно 10 мг/кг.

12. В насыпном гумусовом горизонте инициальной почвы на отвалах угольного разреза «Назаровский» содержится Mn=1570, Cr=110, Pb=39, Hg=3мг/кг. ПДК для Mn=1500, Cr=90, Pb=32, Hg=2 мг/кг.

13. В насыпном гумусовом горизонте гидроотвала угольного разреза «Назаровский» содержится 6,7% гумуса, 0,39% валового азота, 0,37 % легкорастворимых солей, подвижного цинка 26 мг/кг, подвижного кобальта 7 мг/кг. В гумусовом горизонте ненарушенной (фоновой) почвы (чернозем выщелоченный) содержится 7,5% гумуса, 0,43% валового азота, 0, 09% легкорастворимых солей. Значения ПДК для тяжелых металлов смотрите в приложении.

14. Значение ОВП в гумусовом горизонте пойменной почвы, используемой под пастбище, равняется 550 мВ. Это на 57 мВ меньше, чем в гумусовом горизонте такой же почвы, используемой под сенокос.

15. В пахотном слое каштановой почвы содержание легкорастворимых солей не превышает 0,77%, обменного натрия – 5 м-экв/100 г. В гумусовом горизонте каштановой почвы, используемой под пастбище, отмечено увеличение степени засоления на 0,55%, количества обменного натрия – на 4 м-экв/100 г.

Обсуждение результатов

На основании выполненных в тетради расчетов формулируйте выводы по оценке и прогнозу деградации почв, а также предложите комплекс мероприятий по устранению причин и последствий этого процесса. Работу защитите у преподавателя.