Агрономический факультет

Кафедра агроэкологии, агрохимии, почвоведения

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАХОТНОГО И ЦЕЛИННОГО ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО

Дипломник

Руководитель работы

Консультанты:

Экономика

Безопасность жизнедеятельности:

Охрана труда

Охрана природы

Допуск к защите

Зав. кафедрой

Декан факультета

РЕФЕРАТ

Дипломная работа на тему: Сравнительная характеристика пахотного и целинного чернозема выщелоченного.

Работа содержит 62 страницы машинописного текста, 6 таблиц, 3 рисунка, 3 приложения, 7 выводов и 7 предложений производству. Список используемой литературы – 31 источник.

Тема исследования посвящена структурному состоянию чернозема выщелоченного в пашне и на целине. Определялись степень структурности, содержание почвенных агрегатов и их соотношение.

В результате двухлетних исследований установлено, что структурное состояние целинных земель хорошее, пашни удовлетворительное. На степень структурности значительное влияние оказывает содержание агрегатов более 10 мм.

Для повышения плодородия и улучшения агрофизических свойств необходимо увеличивать содержание агрономически ценной структуры.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Литературный обзор

1.1 Органические вещества и их значение в формировании водопрочной структуры почвы

1.2 Роль различных органических веществ в формировании водопрочных агрегатов почвы

1.3 Объекты исследования, методы выделения и характеристика водопрочных агрегатов почвы

2 Характеристика места и условий работы

2.1 Почвенно-климатические условия

2.2 Методика и условия проведения опыта

3 Результаты исследований

3.1 Структурный анализ чернозема выщелоченного на целинных землях и в пашне

3.2 Содержание агрономически ценной структуры чернозема выщелоченного в пашне и на целинных землях

4 Безопасность жизнедеятельности

4.1 Охрана труда

4.1.1 Общее положение

4.1.2 Охрана труда при выполнении дипломной работы

4.2 Охрана природы

Предложения производству

Список литературы

Приложения

Введение

Почва – это самостоятельное природное тело, образовавшееся в результате изменения верхней части земной коры при длительном и совместном воздействии растительных и животных организмов и микроорганизмов, климата, рельефа, а также производственной деятельности человека. (Лыков А.П., Коротков А.А, Баздырев Г.И., Сафонов А.Ф., 1990)

Почва является полидисперсным и пористым телом. Ее твердая часть состоит из части различного размера – механических элементов или почвенной структуры. Качественная оценка структуры определяется ее размером, пористостью, механической прочностью и водопрочностью. Наиболее агрономически енными являются макроагрегаты размером 0,25 – 10 мм, обладающие высокой пористостью (> 45 %), механической прочностью и водопрочностью. Такая структура, придавая почве рыхлое сложение, облегчает прорастание семян и распространение корней растений, а также уменьшает энергетические затраты на механическую обработку почвы (Кауричев И.С.,1982)

Агрономическое значение структуры заключается в том, что она оказывает положительное влияние на агрофизические свойства почвы – пористость и плотность сложения, противоэрозионную устойчивость, а также водный, воздушный, тепловой, окислительно-восстановительный, микробиологический и питательный режимы почв.

Механические элементы почвы могут находиться в раздельно-частичном (бесструктурном) состоянии или в виде структурных отдельностей (агрегатов). Структурной считается почва, содержащая более 55 % водопрочных агрегатов. Важно, чтобы структурные отдельности пахотных горизонтов не разрушались при увлажнении почвы и при механическом воздействии сельскохозяйственных машин и орудий. (Ковриго В. П., Кауричев И.С., Бурлакова Л.М., 2000).

Земли, отведенные под возделывание сельскохозяйственных культур, ежегодно подвергаются механической обработке, в результате чего почва деградирует.

Деградация почв и в целом почвенного покрова – явление многоплановое и многофактурное, обусловленное как природными, так и, в основном, антропогенными факторами. (Почвовед., 1999, 9 с 1126-1131).

Под деградацией физического состояния почв понимается устойчивое ухудшение их физических свойств, в первую очередь, структурного состояния и сложения, приводящее к ухудшению водного, воздушного, питательного режимов и в конечном итоге – к снижению плодородия. (П.,2000, 9; с. 1106 – 1113). Поэтому проблема структурного состояния пахотного горизонта чернозема выщелоченного является актуальной.

Работа проводилась в 2000 2001 годах. Место исследований – целинные земли и опытное поле института Агроэкологии.

Целью исследований являлось определение структурного состава чернозема выщелоченного на ежегодно обрабатываемых землях и под покровом естественной многолетней травянистой растительности.

В задачи исследования входило:

1. Определение структурного состава в пахотном горизонте ежегодно обрабатываемых земель.

2. Определение структурного состава в пахотном горизонте под покровом естественной многолетней трвянистой растительности.

3. Провести статическую обработку данных.

4. Проанализировать полученные результаты и дать им оценку.

1 Литературный обзор

Одним из важных мероприятий в области повышения плодородия почвы является постоянное улучшение физических, физико-химических и биологических свойств почвы, что может быть достигнуто улучшением ее структурного состояния. В создании хорошей структуры большое значение имеют различные факторы: гумусовые вещества, состав минералов, поглощенные основания почвы. Все почвенные процессы находятся в тесном взаимодействии и в прямой зависимости от физического состояния почвы. Важнейшим фактором, определяющим это состояние, является степень оструктуренности почвы.

Корифей русской агрономии и почвоведения П. А. Костычев (1892) обратил внимание на структуру чернозема. По его мнению, наиболее благоприятным следует считать такой чернозем, у которого пахотный слой состоит из мелких комков. При этом состоянии вода легко проникает между отдельными комками и нижние, более плотные слои почти не высыхают. П. А. Костычев первый предложил деление структуры почвы на водопрочную агрономически ценную и водопрочную. Агрономически ценная структура почвы должна быть зернистой с мелкокомковатым строением, прочной и устойчивой по отношению к размывающему действию воды.

В. В. Докучаев (1892, 1899,1901) в классических работах о черноземе писал, что структура почвы создает благоприятные условия для аэрации почвы и передвижению влаги в нижние горизонты. Он особенно высоко ценил зерни структуру и был противником ее распыления.

Интересные исследования структуры почвы были проведены А. Г. Дояренко (1921, 1924, 1925 и др.). Он показал, что соотношение капиллярных и некапиллярных промежутков в структурной почве предопределяет характер развития главнейших физических. Химических и биологических процессов.

В. Р. Вильямс (1940) утверждал, что плодородие почвы заключается в одновременном и непрерывном удовлетворении зеленых растений необходимыми количествами воды и пищи. Максимального выражения элементы плодородия, вода и пища, достигают только при водопрочной структуре почвы. Структура почвы - это тот фон земледелия, на который накладываются все другие агротехнические мероприятия в растениеводстве: обработка, удобрение, полив и т. д.

К. К. Гедройц (1926) писал, что структурность почвы – один из самых важных моментов, определяющих величину создаваемой почвой растительной массы.

Н. А. Качинский (1933) представляет значение структуры почвы следующим образом. Структурная почва рыхлая, легко водо- и воздухопроницаема и обладает высокой влагоемкостью. Вода и воздух без затруднения проходят в такой почве по некапиллярным ходам между комками. Часть воды прочно удерживается в капиллярах комков, а избыток ее, если он есть стекает по некапиллярным ходам; накопленная структурой почвой вода длительно удерживается в ней. Структурная почва, будучи достаточно снабжена водой и воздухом, обеспечивает благоприятные условия для развития растений.

Впервые сущность и значение почвенной структуры были раскрыты Шумахером (1874), который дал удивительный по глубине анализ этого свойства почвы. Он впервые употребил в современном значении слово структура и дал ей морфологическую характеристику. По мнению В. Шумахера, соотношение капиллярных и некапиллярных промежутков в почве определяет сущность ее структуры.

Вольни (1897-1898) писал, что структура является мощным регулятором водного и воздушного режимов и тем самым определяет характер развития растений. Раманн (1888) считал, что зернистая структура – важнейшее физическое условие, необходимое для нормального развития растений. По мнению Митчерлиха (1923) почвы беструктурные вообще представляют малую ценность для наших культурных растений. Огромное значение придавал структуре Рассел (1927). Он писал, что почва в хорошем рыхлом состоянии обладает зернистой структурой, весьма благоприятной для развития растений, и, наоборот, вязкая глинистая почва совершенно непригодна для развития растений.

Приведенные выше мнения различных исследователей свидетельствуют о важнейшей роли структуры почвы как фактора плодородия. Поэтому одним из агротехнических мероприятий, направленных на повышение производительности сельскохозяйственного производства, является систематическое улучшение структурного состояния почвы.

«Понятие о почвенной структуре и факторы ее формирования».

Термин «агрегат» означает присоединение Элементные частицы или микроагрегаты присоединяются благодаря химическому, физико-химическому и механическому взаимодействию. Эти виды связи в основном и определяют прочность агрегатов почвы. Прочность служит основным критерием установления агрономической ценности той или иной группы агрегатов.

В. Р. Вильямс (1937) считал, что структурный комок почв представляет простые уплотненные и прочно склеенные перегноем отдельности почвенной массы. К. К. Гедройц (1926) называет структурной способностью почвенной массы распадаться на комки или агрегаты различной величены, которые представляют комплексы механических элементов, склеенных между собой с большей или меньшей прочностью. Н. А. Качинский (1958), как и В. Р. Вильямс, считает, что агрономически ценная структура должна быть мелкокомковатой и зернистой с агрегатами диаметром 1-10 мм, механически прочной и водопрочной, что обуславливает длительное сохранение структуры при обработке почвы и после искусственного ее увлажнения. Автор считает, что в природе имеются почвы с ореховатыми или зернистыми водопрочными агрегатами, но они характеризуются отрицательным физическим режимом и, следовательно, в агрономическом отношение менее ценны. К таким почвам относятся солонцы, слитые черноземы и некоторые другие почвы.

Структура почвы классифицируется следующим образом:

Глыбистая часть почвы: крупные глыбы > 10 см

средние глыбы 3-10 см

мелкие глыбы 1-3 см

Комковатая часть почвы: крупные комки 3-10 мм

средние комки 1-3 мм

мелкие комки 0,5-1 мм

зернистые элементы 0,25-0,5 мм

Распыленная часть почвы: микроструктурные элементы 0,01-0,25 мм

пылевато-глинистые частицы < 0,01 мм

Различные агрегаты только тогда являются показателем степени физического состояния почвы, когда они способны противостоять разрушающему действию воды. Это свойство почвенных агрегатов В. Р. Вильямс называл водопрочностью. Она обуславливается физико-химической связью минеральной и органической частей почвы. Различают водопрочность истинную, или безусловную (Пигулевский, 1936), и ложную (Тюлин, 1928). Почвенные агрегаты характеризуются истинной водопрочностью, если они в воздушно-сухом состоянии при быстром погружении в воду не теряют формы и не разрушаются. Ложный агрегат этими свойствами не обладает.

Раманн (1890) считает, что образование структуры почвы обусловлено физико-химическими причинами. Формирование агрегатов происходит под влиянием растворимых солей, подобно осаждению глины от прибавления солей. Наиболее сильной осаждающей способностью обладают соединения кальция, затем магния и калия, последние место занимают натриевые соли. П. А. Костычев (1892) писал, что глина и перегнойные вещества играют роль цемента, связывающего механические элементы.

По мнению К. К. Гедройца, для образования водопрочной структуры почвы исключительно большое значение имеют поглощенные основания. Он писал, что структурообразователей надо искать в почвенном поглощающем комплексе, свойства которого, обуславливаемые в первую очередь составом его поглощенных катионов, являются решающими в отношении величены и характера прочности структуры. В образовании агрегатов почвы К. К. Гедройц придавал большое значение органическим веществам. Он считал, что органическая часть почвенно-поглощающего комплекса наиболее высокодисперсная и поэтому играет особо важную роль в процессах структурообразования почвы.

Согласно рассмотренным взглядам, ведущая роль в формировании водопрочной структуры почвы принадлежит в основном гумусовым веществам, глинистым минералам и поглощенным катионам (Хан Д.В., 1965).

1.1 Органические вещества и их значение в формировании водопрочной структуры почвы

Главный запас органических веществ в почве представлен соединениями специальной природы – собственно гумусовыми веществами, которые образуются из растительных и животных остатков, а также продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Содержание гуминовых веществ в почве составляет сравнительно не большой процент от ее веса. Несмотря на то, что большинство почв малогумусных, влияние гумусовых веществ на почвообразование и плодородие почвы исключительно велико.

Образование почвенной структуры может быть обусловлено различными силами. Чаще всего оно вызвано склеиванием частиц и микроагрегатов набухающих в воде периферийными оболочками частиц и последующим высыханием. Своим возникновением структура обязана всем процессам, вызывающим неравномерные объемные изменения в почвенной массе, - увлажнению и высыханию, замерзанию и оттаиванию почвы и др. Существенную роль в расчленении почвенной массы на структурные отдельности играют корневые системы растений, действие почвенной фауны, механическая обработка почвы и другие факторы.

Зависимость между общим содержанием гумусовых веществ и количеством водопрочных агрегатов в почве.

Отечественными и зарубежными учеными была предпринята попытка установить зависимость количества водопрочных агрегатов от содержания в почве гумусовых веществ и на этой основе показать значение гумусовых веществ в формировании водопрочной структуры. А. И. Набоких (1914), Ф. Ю. Гельцер (1940), финский ученый Хейнонен (1955) и ряд других зарубежных ученых (Baver, 1935; Rogers, 1939…) проводили исследования, но полученные ими данные не позволяют говорить о какой–либо определенной связи между количеством микроагрегатов и содержанием в них перегнойных веществ. Это обстоятельство послужило основанием заключить, что в образовании водопрочных почвенных агрегатов решающую роль играет не только количественное содержание гумуса, сколько его качественный состав (Качинский).

1.2 Роль различных органических веществ в формировании водопрочных агрегатов почвы

В формировании водопрочных агрегатов могут принимать участие различные компоненты, составляющие органическое вещество почвы: органические соединения неспецифической природы (полисахариды, полиурониды, слизистые вещества микробного происхождения, белковые вещества, битумы, смолы, лигнин), а также собственно гумусовые вещества – гуминовые кислоты и фульвокислоты.

При проведении ряда опытов с органическими соединениями неспецифической природы с: полисахаридами (гемицеллюлоза), полиуронидами, слизистыми веществами микробного происхождения, белковыми веществами, группами битумов, смол, восков и других органических соединений извлекаемых смесью спирта и бензола было выявлено, что они не играют заметной роли в формировании водопрочных агрегатов почвы.

Гуминовые кислоты и фульвокислоты.

И. В. Тюрин (1937) считал, что в процессе цементации макроструктурных агрегатов почвы главная роль принадлежит свежеобразованным гуминовым веществам, которые, кроме того, должны обладать и значительной устойчивостью к разложению, что является необходимым условием большей или меньшей прочности образующейся структуры.

И. Н. Антипов-Каратаев и И. А. Хаинский (1935) на основании косвенных наблюдений считали, что в структурообразовании участвуют молекулярно растворимые формы гуминовой и ульминовой кислот.

По мнению Н. А. Качинского и его соавторов (1950), структурные комки образуются при участии гуминовой и ульминовой кислот. Такие агрегаты почвы механически прочны и, что особенно важно, обладают водопрочностью, поэтому они длительное время могут противостоять размывающему действию воды.

Робинсон и Пейдж (1951) изучали стойкость агрегатов при удалении гумусовых веществ перекисью водорода. Оказалось, что по мере окисления гумусовых веществ агрегаты почвы теряли устойчивость и разрушались. На этом основании авторы сделали вывод, что гумусовые вещества цементируют почвенные частицы в агрегаты.

Одной из характерных особенностей гуминовых кислот и фульвокислот является их хорошая растворимость в щелочных растворах. Используя это свойства, И. Н. Антипов-Каратаев с соавторами (1948), А. Б. Рубашов (1949), В. В. Келлерман (1959) исследовали влияние гумусовых веществ на структуру почвы, наблюдая за распадом водопрочных агрегатов при непосредственном извлечении из них гуминовых кислот, фульвокислот и других органических веществ 0,1 н. раствором NaOH.

Удаление перегнойных веществ щелочным раствором вызывает сильное разрушение водопрочных агрегатов почвы. Это особенно резко проявилось на почвах Кура-Араксинской низменности, где агрегаты почти полностью распались. Количество фракций <0,25 мм в результате распада исходных водоустойчивых агрегатов достигло 70-80%. Несколько другая картина наблюдалась в черноземе. Исходные агрегаты распались полностью, но на более крупные фракции. Все это дает основания утверждать, что ведущая роль в образовании водопрочных агрегатов почвы играют именно перегнойные вещества типа гуминовых кислот и фульвокислот, так как они извлекаются совместно щелочным раствором.

А. В. Рубашов (1949) методом А. Ф. Тюлина (1928)выделил водопрочные агрегаты различного размера и пытался установить количественные закономерности содержания в них рыхлосвязанной гуминовой кислоты и фульвокислот. Однако устойчивой зависимости обнаружено не было. К такому же результату пришел С. А. Владыченский (1939).

И. Н. Антипов-Каратаев с сотрудниками (1948) и В. В. Келлерман (1959) изучали влияние гуминовых кислот и фульвокислот на образование водопрочных агрегатов в почвах различных типов.

Аналогичные исследования были проведены польскими учеными Бирецким и Гастолом (1961). Они подтвердили, что исследуемые агрегаты почвы как по общему содержанию, так и по содержанию гуминовых кислот и фульвокислот, независимо от вариантов опыта, не отличаются друг от друга. Но эти материалы не дают еще возможности установить, какая из фракций принимает участие в формировании водопрочной структуры почвы.

Японские ученые Егава и Секидо (1956) пытались выяснить влияние гуминовых кислот и фульвокислот на образование водопрочных агрегатов почвы размером 2,5-1 и 0,1 мм. Оказалось, что в агрегатах почвы размером 0,1 мм наблюдалась определенная тенденция увеличения фульвокислот, тогда как в агрегатох почвы размером 2,5-1,0 мм преобладали гуминовые кислоты. Это послужило основанием заключить, что гуминовые кислоты более эффективно действуют на образование агрегатов почвы, чем фульвокислоты.

Подтверждением этого может служить сравнение водопрочных агрегатов чернозема и подзолистой почвы. Агрегаты этих двух почв резко отличаются и по своей прочности и по качественному составу гумусовых веществ. Агрегаты чернозема содержат в 2-3 раза больше гуминовой кислоты по сравнению с агрегатами подзолистой почвы.

Д. В. Хан описывает свои опыты так. Нами было взято около двух грамм водоустойчивых агрегатов размером 3-1 мм, выделенных из чернозема и подзолистой почвы; их обработали буферным раствором КН₂ РО₄ +NaНРО₄ , имеющим рН 5. Особенность этого раствора состоит в том, что он позволяет извлекать, по нашим наблюдениям, только фульвокислоты, не затрагивая гуминовых кислот. Извлечение проводилось в течение, примерно, 15 дней. Контролем, служили водоустойчивые агрегаты почвы той же величены, обработанные дистиллированной водой. Результаты показали, что удаление фульвокислот из водопрочных агрегатов чернозема в количестве 8% и из подзолистой почвы до 17% от общего содержания гумусовых веществ не вызывало никакого разрушения агрегатов. Фульвокислоты непрочно закрепляются на поверхности глинистых минералов группы монтмориллонита, и оказалось, что около 40% адсорбируемых кислот извлекается дистиллированной водой. Все это дает основание считать гуминовые кислоты наиболее активной частью гумусовых веществ почвы при образовании водопрочных агрегатов.

К 1969 году накопилось много экспериментальных данных, подтверждающих неоднородность гуминовых кислот почвы. Впервые на это обратил внимание А. А. Шмук (1924). Он пришел к выводу, что гуминовая кислота почвы обладает коллоидными свойствами и находится в двух модификациях: А- коллоиднорастворимая в воде, Е- нерастворимая.

По химическому составу обе формы гуминовых кислот близки. Однако по внешнему виду растворимая гуминовая кислота А резко отличается от нерастворимой гуминовой кислоты Е. Первая представляет собой блестящие черные жирные частички с раковистым изломом; вторая – сероватого оттенка с матовой поверхностью без раковистого излома.

Л. Н. Александрова (1949) при помощи водного диализа разделила гуминовую кислоту из чернозема на три фракции различающиеся по элементарному составу; они также характеризуются различной емкостью поглощения и разной устойчивостью к коагулирующему действию электролитов.

М. М. Кононова (1960) при помощи хроматографического метода и электрофреза показала, что гуминовые кислоты и фульвокислоты, выделенные из дерново-подзолистой почвы и чернозема, неоднородны. О неоднородности гумусовых веществ свидетельствуют работы <1 мк. Затем из нее были извлечены щелочью две фракции гумусовых веществ: до и после декольцирования.

Полученные донные показывают, что 1 и 2 фракции гуминовых кислот заметно различаются по химическому и групповому составу. Во всех случаях содержание углерода в первой фракции меньше, чем во второй. Обратная зависимость наблюдается по содержанию азота.

1.3 Объекты исследования, методы выделения и характеристика водопрочных агрегатов почвы

Для выделения водопрочных агрегатов почвы Д. В. Хан использовал видоизмененный метод Н. И. Саввинова (1931). По этому варианту метода мокрому просеиванию подвергается несмешанная навеска почвы, состоящая из различних фракций, а каждая фракция в отдельности.

Такой прием был испытан на тучном черноземе Курской области и серой лесной глубокооподзоленной почве Тульской области. В полученных агрегатах определяли общее содержание гумусовых веществ по методу Кнопа. Во всех водоустойчивых почвенных агрегатах, полученных в результате распада исходных сухих фракций почвы, обнаруживается общая закономерность. Она выражается в том, что общее содержание гумусовых веществ по мере уменьшения диаметра водоустойчивый агрегатов неизменно снижается.

Наименьшее количество гумусовых веществ отмечено во фракциях диаметром < 0,25 мм. Водоустойчивые агрегаты почвы даже одинакового диаметра, но полученные из исходных сухих агрегатов различного размера, содержат разное количество гумусовых веществ.

Описанный прием выделения водопрочных агрегатов почвы и характеристики их свойств по содержанию гумусовых веществ был использован Д. В. Ханом в дальнейшем. Для детального изучения были выбраны сухие агрегаты только одного размера, а именно 3-1 мм, так как, по мнению В. Р. Вильямса, Н. А. Качинского и других исследователей, структурные отдельности величиной от 1 до 3-5 мм наиболее ценны в агрономическом отношении. Кроме того, исследования Н. И. Саввинова (1931) показали, что водопрочные агрегаты почвы диаметром 3-1 мм преобладают над остальными фракциями (> 0,25 мм) и являются типичными.

При водной обработке сухих агрегатов 3-1 мм появились водоустойчивые агрегаты диаметром 1-0,5; 0,5-0,25; < 0,25 мм и остаток не распавшихся агрегатов 3-1 мм. Все эти фракции в отдельности после предварительного удаления растительных остатков были растерты и пропущены через сито с отверстиями диаметром 0,25 мм. Внешне особенно сильно различались фракции 3-1 и 0,25 мм. Растертые агрегаты размером 3-1 мм имели коричневую окраску, в то время как фракции <0,25 мм темно-серую. Между отдельными фракциями также были обнаружены различия, но они не были выражены так сильно. Поэтому более детальному исследованию подверглись две названые фракции. В дальнейшем фракцию диаметром < 0,25 мм назовем неводоустойчивой или распыленной (контроль) и будем сравнивать с остальными водоустойчивыми агрегатами, в частности с агрегатами размером 3-1 мм. Содержание гумусовых веществ в водоустойчивых агрегатах определяли методом Кнопа, общий азот – методом Кьельдаля.

Гумусовые вещества в исследуемых агрегатах почвы распределяются вполне закономерно: по мере уменьшения величены агрегатов, во всех исследуемых типов почв содержание гумусовых веществ неизменно падает. Наименьшее количество гумусовых веществ обнаружено в неводоустойчивых или распыленных фракциях < 0,25 мм. Наиболее резко различаются по содержанию гумуса и азота агрегаты размером 3-1 мм, сохранившиеся после водной обработки, и агрегаты фракций < 0,25 мм, причем первые содержат значительно больше гумуса и азота по сравнению с распыленными фракциями. Это дает некоторое основание утверждать, что количественное содержание гумусовых веществ имеет определенное значение для водопрочных агрегатов почвы. Помимо верхних горизонтов исследованию подверглись, водоустойчивые агрегата тех же размеров, выделенные из нижних горизонтов почв. И в этом случае наблюдается та же закономерность, которая установлена для водоустойчивых агрегатов верхних горизонтов. Из этого следует, что в формировании водоустойчивых агрегатов почвы различных размеров активную роль играют гумусовые вещества.

Рассмотрим теперь влияние состава гумусовых веществ на образование водопрочной структуры почвы.

По ряду химических и физико-химических свойств гуминовые кислоты по сравнению с фульвокислотами обладают более высокой реакционной способностью, поэтому являются активным клеящим веществом. Согласно данным многих ученных (Шмук, 1930; Тюрин, 1949; Александрова, 1949; Конова, 1960; Хан, 1959 и др.), гуминовые кислоты, выделенные из почвы, не являются однородным веществом и представляют собой группу высокомолекулярных азотсодержащих соединений с рядом общих признаков. В связи с этим возникает принципиальный вопрос о том, какие фракции гумусовых веществ принимают непосредственное участие в формировании водопрочной структуры почвы. В. Р. Вильямс еще в 1897 г. указал, что перегнойные вещества лишь определенного качества способны создавать прочные агрегаты почвы. К такому же мнению пришла Ф. Ю. Гельцер (1940), когда получила данные, показывающие отсутствие связи между содержанием гумусовых веществ и количеством водопрочных агрегатов в исходной форме. Аналогичные результаты получил Д. В. Хан.

Во всех используемых почвах не наблюдается количественной зависимости между содержанием гумусовых веществ и количеством агрегатов. Поэтому общее содержание гумусовых веществ в исходных почвах не может служить надежным критерием для характеристики степени их агрегатности. Убедительным подтверждением могут служить чернозем и серая лесная почва.

Эти две почвы весьма существенно различаются по содержанию гумусовых веществ и агрегатов. Чернозем содержит значительно больше гумусовых веществ, однако количество агрегатов < 0,25 мм в нем оказалось гораздо меньше. В этом отношении заслуживает внимания также подзолистая почва. По количеству водопрочных агрегатов > 0,25 мм она не сильно отличается от чернозема, хотя последний значительно богаче гумусовыми веществами.

Из сказанного следует, что попытка установить зависимость количества агрегатов от общего содержания гумусовых веществ в почве не дает положительных результатов, хотя позволяет сделать вывод о том, что не все количество гумуса почвы участвует в формировании водопрочных агрегатов. Хан высчитал, примерно, относительное количество той фракции гумусовых веществ, которая принимает участие в формировании водопрочных макроагрегатов почвы. Оно вычислено путем сопоставления количества гумусовых веществ, содержащихся в неводоустойчивых фракциях < 0,25 мм и в водоустойчивых агрегатов размером 3-1 мм. При этом содержание гумусовых веществ в неводоустойчивых фракциях размером < 0,25 мм было принято за исходную величину, характеризующую неактивную часть гумусовых веществ. Вычитая ее из количества гумусовых веществ, содержащихся в водопрочных агрегатах получены данные характеризующие активную часть гумуса.

Таким образом, гумусовые вещества почвы расчленены на две фракции, которые, вероятно, выполняют различные функции в процессе формирования водопрочной структуры почвы. Если это так, то эти две фракции гумусовых веществ должны отличаться одна от другой по ряду показателей. Для выяснения этого были исследованы гуминовые кислоты из агрегатов обладающих различной устойчивостью к размывающему действию воды. Исследованию подверглись водопрочные агрегаты диаметром 3-1 мм и неводоустойчивые фракции <0,25 мм.

Препараты гуминовых кислот из водоустойчивых агрегатов почвы отличались от препаратов гуминовых кислот, содержащихся в неводоустойчивых фракциях, более темной окраской. Для качественной характеристики гуминовых кислот был определен их элементарный состав. Содержание углерода оказалось более высоким в гуминовых кислотах, выделенных из распыленных, или неводоустойчивых, фракций, чем в гуминовых кислотах из водоустойчивых фракций. Эта закономерность наблюдается во всех исследованных типов почв. В содержании водорода, азота и кислорода наблюдается обратная картина: эти элементы обнаружены в больших количествах в гуминовых кислотах водоустойчивых агрегатов. Гуминовые кислоты распыленных фракций характеризуюся более широким отношением С:Н по сравнению с гуминовыми кислотами водоустойчивых агрегатов. Принято считать, что соотношение С:Н служит показателем степени конденсированности ядра гуминовой кислоты. Если исходить из этого показателя, то гуминовые кислоты, выделенные из распыленных фракций, являются более конденсировавнными, так как колебание отношения С:Н зависит от соотношения ядра и боковых цепей в молекулах гуминовых кислот.

Одним из важнейших свойств гуминовой кислоты является ее высокая реакционная способность, обусловленная карбоксильными группами. Эти функциональные группы, вероятно, играют важную роль в формировании водопрочной структуры почвы.

Проведенные исследования Д. В. Ханом по методу С. С. Драгунова показали,что суммарное содержание функциональных групп в гуминовых кислотах неводоустойчивых фракций оказались выше, чем в тех же кислотах, выделенных из водоустойчивых агрегатов 3-1 мм. В гуминовых кислотах водоустойчивых агрегатов карбоксильных групп содержащихся примерно в два раза больше, чем фенольных гидроксилов.

Наблюдаются различия природы гуминовых кислот в том, что оптическая плотность гуминовых кислот неводоустойчивых фракций выше, чем плотность гуминовых кислот водоустойчивых агрегатов.

Результаты сравнительного исследования гуминовых кислот, выделенных из различных фракций почвы, позволяют заключить следующее.

Гуминовые кислоты из водопрочных агрегатов почвы размером 3-1 мм содержат меньше углерода, больше азота, водорода,менее интенсивно поглощают свет и имеют более узкое соотношение С:Н по сравнению с гуминовыми кислотами, выделенные из распыленных фракций размером < 0,25 мм. На основании этих показателей считают, что гуминовые кислоты из водопрочных агрегатов более молодые, чем гуминовые кислоты, полученные из распыленных фракций. Кроме того, гуминовые кислоты из водопрочных агрегатов почвы отличаются относительно несколько повышенным содержанием карбоксильных групп, что имеет большое значение при образовании водопрочной структуры почвы. Считается (Кротова, 1956), что присутствие в полимерных соединениях функциональных групп, особенно карбоксильных, резко повышает адгезию клея к различным твердым поверхностям. Этой причиной Хан объясняет положительное влияние гуминовых кислот на образование водоустойчивых почвенных агрегатов.

Водопрочные агрегаты различаются и по агрохимическим свойствам. Первая попытка определить опытным путем влияние агрегатного состава почвы на развитие растений и урожай сельскохозяйственных культур принадлежит Вольни (1897/1998). Он сравнивал свойства растертых и не растертых агрегатов на фоне минеральных и органических удобрений. Аналогичные исследования проведены В. В. Красниковым (1928). Полученные им данные показали, что не растертые агрегаты почвы благоприятно действовали на развитие растений. Довольно обширные исследования в этом направлении предпринял А. И. Ахромейко (1930). Для изучения влияния агрегатного состава почвы на рост и развитие растений он применил тот же принцип, который был использован упомянутыми выше авторами, и пришел к заключению, что для развития растений важна микроструктура, а не макроструктура почвы. Таким образом, он отрицает выводы Е. Вольни,В. В. Квасникова и других авторов о том, что макроструктура создает лучшие условия для развития растений, чем распыленная фракция почвы. Но данные опыты позволяют выяснить главным образом влияние на развитие растений физических свойств, создаваемых изучаемых фракциями почвы.

Четкие сведения об агрохимических свойствах агрегатов были получены Д. В. Ханом. Он попытался выявить некоторые агрохимические свойства водопрочных почвенных агрегатов и неводоустойчивых фракций и определить их влияние на развитие растений. Объектами для постановки опытов послужили водопрочные агрегаты 3-1 мм и распыленные фракции < 0,25 мм из различных типов почв. В этих агрегатах почв определено содержание гумуса, азота и подвижной фосфорной кислоты.

По основным агрохимическим показателям исследуемые фракции заметно различаются между собой. В водоустойчивых агрегатах почв содержится больше гумусовых веществ, азота и фосфорной кислоты, чем в распыленных фракциях. Повышенное количество азота и фосфорной кислоты в основном объясняется более высоким содержанием гумуса, что особенно резко проявилось в подзолистой (<0,25 мм - 1,55%; 3-1 мм - 2,81% гумуса), серой лесной (<0,25 мм – 3,31%; 3-1 мм – 5,37% гумуса) и сероземной (<0,25 мм – 2%; 3-1 мм – 5,37% гумуса) почвах. В этих почвах водоустойчивые агрегаты содержат значительно больше гумусовых веществ, чем распыленные фракции.

Далее в вегетационных опытах изучалось развитие ячменя на фракциях 3-1 и 0,25 мм, которые были выделены из черноземной, подзолистой, серой лесной и сероземной почв. При этом агрегаты размером 3-1 мм предварительно разрушали и удаляли из них крупные растительные корешки, после чего агрегаты были растерты и пропущены через сито с ячейками диаметром 0,25 мм. Приготовленные таким путем две растертые фракции каждого типа почвы закладывались в стеклянные сосуды объемом 400 см³ . Повторность вегетационных опытов была двукратной. Никаких дополнительных, питательных элементов в сосуды не вносилось.

Влажность в сосудах поддерживалось на уровне 60% от полной влагоемкости почвы. По окончанию опыта, продолжавшегося 1,5 месяца, учтены вес сухой массы растений и вынос азота, причем показатели для распыленных фракций размером < 0,25 мм приняты за 100% (контроль). Урожайные данные позволяют отметить общую закономерность лучшего развития ячменя на растертых водоустойчивых агрегатов размером 3-1 мм, независимо от типа почв. Наилучшее развитие ячменя наблюдалось в сосудах с растертыми водоустойчивыми агрегатами, выделенными из сероземной почвы Средней Азии; далее следует серая лесная и подзолистая почвы, последнее место занимает чернозем. По содержанию гумусовых веществ и питательных элементов в агрономическом отношении наиболее ценны водопрочные агрегаты почвы размером 3-1 мм. В меньшей степени этими свойствами обладают водопрочные агрегаты размером 1-0,5 и 0,5- 0,25 мм.

2 Характеристика места и условий работы

2.1 Почвенно-климатические условия

Челябинская область в силу географического расположения вдоль Уральского хребта обладает четко выраженной природной зональностью. Более 75% территории области находится в лесостепном и степном Зауралье и около 25% - в горном Урале.

Климат на территории области континентальный, характеризуется холодной и продолжительной зимой с частыми метелями, теплым летом с периодически повторяющимися засушливыми периодами. По основным агроклиматическим показателям на территории Челябинской области выделяют четыре зоны: горно-лесная увлажненная, северная и южная лесостепи и степная засушливая.

Северная лесостепная зона Челябинской области – это Зауральская холмистая равнина, куда входят Аргаяшский, Каслинский, Красноармейский, Кунашакский, Сосновский, Уйский и Чебаркульский административные районы.

Климат характеризуется умеренно теплым вегетационным периодом. Сумма эффективных температур выше десятиградусного уровня составляет, в среднем 1800-2000 С. Этот период продолжается 120-125 дней – с 9-10 мая до 15-12 сентября. Однако безморозный период заметно короче – 50-70 дней, а на почве температура без заморозков бывает 90-105 дней.

Осадков за период вегетации растений выпадает в пределах 200-250 мм. Влагозапасы в метровом слое к моменту посева зерновых культур бывают, как правило, достаточны-140-170 мм. Гидротермический коэффициент (по Селянинову) в весенне-летний период составляет 1,0-1,4. Поэтому северная лесостепь Челябинской области – одна из наиболее благоприятных для развития земледелия. Все сорта основных зерновых кормовых и овощных культур здесь обеспечены теплом и влагой, что дает возможность иметь высокопродуктивное полевое и кормовое производство.

Устойчивый снежный покров устанавливается в середине ноября, достигает 30-40 см и сохраняется 100-150 дней. Он обеспечивает благоприятные условия перезимовки озимых культур.

Почвенный покров территории северной лесостепи Челябинской области определяется развитием дернового, солончаково-солонцового и подзолистого процессов почвообразования, поэтому для зоны характерно разнообразие почв. На всей территории преобладают черноземы выщелоченные. На них приходится 30,8 % пахотнопригодных земель, в том числе 54,8% пашни северной лесостепной зоны. Значительные площади почвенного покрова занимают лесные осолоделые почвы (соответственно 6%; 4,7 и 18,85%), меньшее распространение имеют черноземы обыкновенные и солонцеватые.

Черноземы выщелоченные - лучшие пахотные земли не только зоны, но и области. Они обладают достаточно мощным перегнойным горизонтом (30-50 см) с содержанием гумуса 6-9%. Реакция почвенного раствора слабокислая или близкая к нейтральной. Содержание доступного растениям фосфора в черноземах выщелоченных бывает, как правило, недостаточным для получения высоких урожаев (Козаченко А.П.,1999)

Черноземы выщелоченные являются преобладающими почвами северной и южной лесостепи Челябинской области, встречаются также в горнолесной и степной зонах. Поэтому у черноземов выщелоченных прослеживается различная степень развития иллювиального горизонта и глубина залегания карбонатов. Сильно выщелоченные черноземы по морфологическим признакам близки к темно-серым лесным и оподзоленным черноземам: четко видна кремнеземистая присыпка на границе гумусового и иллювиального горизонтов, хорошо обозначен иллювиальный горизонт, вскипание от соляной кислоты происходит на глубине 90-110 см.

Сильно выщелоченные черноземы встречаются на остепненных пространствах горно-лесной зоны и на облесенной северо-западной части лесостепи. Для большинства же северных и южных лесостепных районов области характерны черноземы средней и слабой степени вышелоченности, а на границе лесостепной и степной зон выщелоченные черноземы по морфологическим признакам приближаются к черноземам обыкновенным. Вскипание карбонатов от соляной кислоты постепенно приближается к гумусовому горизонту (В.Е. Абрамова, Л.К. Агафонов, В.В. Бледных и др., 1996).

Механический состав черноземов выщелоченных зависит от их генезиса, состава почвообразующих и подстилающих пород. На большей части территории Челябинской области они имеют суглинистый и глинистый механический состав, причем преобладают среднии и тяжелые суглинки, легкая и средняя глина, встречаются черноземы выщелоченные и легкого механического состава.

Лучшими физическими, физико-механическими и даже агрохимическими свойствами обладает суглинистая почва, хотя оптимальный механический состав для различных групп и видов неодинаков. Легкии по механическому составу почвы хорошо аэрируются, но обладают малой водоудерживающей способностью, Хуже противостоят засухе, водной эрозии и дефляции.

Черноземы выщелоченные Челябинской области характеризуются достаточно высоким содержанием пылеватой и илистой фракций, то есть частиц размером 0,01-0,001 мм и менее 0,001 мм, поэтому имеют преимущественно мелкопылевато-иловатый и иловато-пылеватый тяжелосуглинистый состав, но встречаются и разновидности иного гранулометрического состава. Например, в АОЗТ «Черноборское» Чесменского района почва (чернозем выщелоченный) в пахотном слое имеет крупнопылевато-мелкопесчанный тяжелосуглинистый состав, который в горизонте В сменялся на илавато-крупнопесчанный легкий суглинок и в горизонте СД и Д на среднепесчаную супесь. Естественно, что эти почвы имеют различные агрофизические и физико-химические характеристики.

Наиболее благоприятное для сельскохозяйственных культур сложение имеют тяжелосуглинистые и глинистые почвы. Равновесная объемная масса пахотного слоя этих почв колеблется в пределах 1,00-1,10 г/см³ , что обеспечивает общую порозность биологически активного слоя 57-60%, следовательно, оптимальный водно-воздушный режим. Устойчивость сложения обусловлена высоким содержанием агрегатов более 0,25 мм.

Для выщелоченных черноземах характерна слабокислая реакция в пахотном горизонте. В черноземах северной лесостепной зоны на этом уровне она сохраняется до материнской породы или становится нейтральной в горизонтах ВС и С. В районах южной лесостепи черноземы выщелоченные даже в пахотном горизонте имеют значение рН водной и солевой вытяжки близкое к нейтральному, а в иллювиальном горизонте – нейтральное и даже слабощелочное из-за скопления там карбонатов.

Гидролитическая кислотность относительно емкости поглощения и суммы поглощенных оснований невелика. При емкости поглощения катионов 30-50 мг-экв/100 г гидролитическая кислотность в пахотном слое колеблется в пределах 3,0-3,8 мг-экв/100 г, поэтому степень насыщенности, как правило, превышает 85%. Вглубь по профилю она возрастает до 95-99%.

В составе поглощенных оснований преобладает кальций и магний. Соотношение катионов Са²⁺ и Мg²⁺ в пахотном слое колеблется от 4,9 до 5,1, то есть на кальций в составе поглощенных оснований приходится 80-85%. В абсолютных величинах это составляет 22,8-43,1 мг-экв/100 г почвы обменного кальция и 5,2-8,4 мг-экв/100 г почвы обменного магния. Резервы кальция как элемента питания у черноземов выщелоченных достаточно большое, содержание магния достаточное.

Отличительной особенностью черноземов Челябинской области является сравнительно высокое содержание гумуса. Оно в большинстве случаев превышает 6% в относительном исчислении и 150 т/га при определении запаса в пахотном слое 0-20 см.

Определение содержания и запаса азота подтверждает известную связь между количеством в почвах этого элемента и гумуса. Самое высокое содержание азота как и гумуса установлено в черноземах выщелоченных и черноземах обыкновенных. Со снижением содержания гумуса вниз по профилю почв следует соответственное снижение содержания азота.

В пахотном слое азота содержится 0,15–0,354%, или 5,08-9,56 т/га, одноко только 3,1-4,3 % этого количества приходится на легкогидролизуемую фракцию. Низкая гидролизуемость почвенного азота обусловлена особенностями его органических соединений в составе гумуса. В черноземах выщелоченных гумус имеет широкое соотношение С:N, которое характеризует качество гумуса и биологическую активность почв.

В пахотном слое глинистых, средне- и тяжелолосуглинистых выщелоченных черноземов соотношение С : N колеблется в пределах 11,6-22,9, что (по Гришиной и Орлову) свидетельствует об очень низкой обогащенности азотом.

С глубиной содержание гумуса снижается до нуля в материнской породе. Содержание азота также уменьшается вниз по профилю, но в меньшей степени, чем гумуса, поэтому соотношение С:N с глубиной уменьшается (снижается) до 7 и даже 3,7. Это объясняется миграцией наиболее азотистых фракций гумуса и накоплением необменно-фиксированного аммония. Поэтому гумус и азот в пахотном слое черноземов выщелоченных имеет очень низкую лабильность, малодоступны почвенным микроорганизмам и слабо влияют на режим минерального питания растений азотом. Однако, низколабильный гумус обеспечивает водопрочность почвенной структуры, более высокую устойчивость к эрозионным процессам.

Содержание валового фосфора отражает наличие в почве всех форм фосфатов, их минеральных и органических соединений различной степени подвижности – от легкорастворимых солей щелочных металлов и аммония до фосфатов кальция (магния) ,полуторных окислов, фитина, фосфатидов, нуклеинов, гумусовых кислоты выветрившихся минералов материнской породы. Содержание фосфора в почве зависит от содержания его в почвообразующей породе и процессов биологической аккумуляции в биологочески активных слоях почвы.

Запасы валового фосфора весьма велики – в пахотном слое 0,15-0,27 %, или 3,98-6,61 т/га. В тоже время содержание подвижного фосфора невелико. По отношению к валовому фосфору подвижные его фракции составляют 0,5-4,2%. Лишь маломощный выщелоченный чернозем АОЗТ «Черноборское» Чесменского района, развитый на обогащенной фосфором породе, имеет в пахотном слое повышенное содержание подвижных фосфатов.

Черноземы выщелоченные имеют среднюю и повышенную обеспеченность калием, если судить по содержанию его обменной фракции. В пахотном слое ее содержится от 93 до 155, в подпахотном 75- 138 мг на 1кг почвы. В поглощающем комплексе на долю обменного калия приходится 0,54-0,90%.

Основным поставщиком калия являются илистые фракции (Адерихин П. Т., Беляев А. В.), поэтому наиболее обеспечены калием черноземы выщелоченные тяжелосуглинистые и глинистые.

2.2 Методика и условия проведения опыта

Объектом наших исследований стал чернозем выщелоченный. Целью работы было определить структурное состояние целинных земель и пашни, сравнить степень структурности и содержание каждой агрономически ценной фракции. Определить причины, влияющие на количество и размер агрегатов.

Исследования проводились в мае 2000 года и в сентябре 2001 года. Местом отбора стали целинные земли, расположенные неподалеку от опытного поля и пашня – опытное поле ежегодно обрабатываемое на протяжении 86 лет. Почвенные пробы отбирались по диагонали поля, через каждые 10 метров в пахотном горизонте. Объем выборки составил 22 пробы, каждая массой 1000 грамм.

Для просушивания почву разместили тонким слоем на поверхности стеллажа, убрали камни, мусор и другие посторонние предметы. Крупные комки и глыбы во время сушки разделили на более мелкие по образующимся трещинам.

Агрегатный анализ почвенных проб проводился по методу Н. И. Саввинова (Н.С. Степанов, И.И. Костецкий, 1981). Воздушно-сухую пробу взвесили на технических весах и просеяли через колонку сит с размером отверстий 10;7;5;3;2;1;0,5 и 0,25 мм. Для этого перенесли образец почвы на верхнее сито, примерно, 100 г, закрыли крышкой и круговыми движениями просеивали в течение 1-2 мин.

Оставшиеся на каждом сите агрегаты взвесили с точностью до 0,1 г и рассчитали их процентное содержание к массе почвы, взятой для просеивания.

Фракцию меньше 0,25 мм вычислили по-разному, между общей массой пробы и массой фракции крупнее 0,25 мм.

Агрономически ценными считаются агрегаты размером от 0,25 мм до 10 мм. Структурность выражается в процентах и рассчитывается делением массы агрономически ценной структуры на массу всей навески и умноженное на сто.

Сухое просеивание почвы позволило определить удельную массу макроструктуры в пахотном горизонте целинных земель и пашни.

3 Результаты исследований

3.1 Структурный анализ чернозема выщелоченного на целинных землях и в пашне

Для того, чтобы определить тип почвы, степень структурности и другие агрофизические свойства, на пашне был заложен почвенный разрез.

Описание разреза.

Элемент рельефа – мезорельеф. Юго-восточный склон, пойма реки Миасс.

Угодье – пашня под посадку картофеля;

Растительность - отсутствует;

Почвообразующая порода, карбонаты –

Почвообразующая порода

находится на глубине более 1 м;

Карбонаты залегают с Вк 53-107/54;

Полевое определение почвы:

Тип: чернозем;

Подтип: выщелоченный;

Род: обычный;

Вид: среднегумусный (6,21%)

Разновидность: легкий суглинок;

Разряд: флювиогляциальные или водноледняковые отложения;

Влажность почвы: почва свежая на фильтровальной бумаге не оставляет влажных пятен;

Грунтовые воды не обнаружены;

Новообразования – белоглазка, мучнистая масса;

Признаки оглиения отсутствуют;

В почвенных горизонтах гипс не обнаружен;

Каменистость отсутствует – камней нет;

Описание почвенного профиля (рис. 1)

Апах 0-21/21 окраска - черный гумус; структура – комковато-зернистая; гранулометрический состав – легкий суглинок; влажность – почва свежая; корни и карбонаты не обнаружены; новообразований и включений нет; сложение плотное.

АВ 21–30/9 окраска - темно-серая; структура комковатая; влажность – почва свежая; корней, карбонатов, новообразований и включений нет, сложение плотное.

В 30–53/23 окраска бурая; структура комковато-зернистая; влажность почвы - свежая; корней, карбонатов, новообразований и включений нет, сложение плотное.

Вк 53–107/54 окраска светло-бурая; структура комковатая; корней нет; новообразований в виде белоглазки; карбонаты присутствуют – наблюдается сильное вскипание; включений нет; сложение плотное.

Структурность по горизонтам

Апах 0-21/21 структурность хорошая 65,58%

АВ 21-30/9 структурность удовлетворительная 52,4%

В 30-53/23 структурность удовлетворительная 40,8%

Вк 53-107/54 структурность неудовлетворительная 30,2%

Степень структурности почвенных горизонтов изменяется от хорошей в Апах до неудовлетворительной в Вк. Такое изменение объясняется уменьшением органического вещества, снижением гумуса и микробиологической деятельности, уплотнением почвы и т.д.

Полученные нами данные свидетельствуют о неоднородном содержании в пашне агрономически ценных агрегатов 10-0,25 мм (табл. 3). Степень структурности значительно варьирует от плохой 13,17% до отличной 84%. Среднее значение неудовлетворительное 44,11%.Под покровом естественной многолетней травянистой растительности содержание агрономически ценных агрегатов не имеет резких колебаний (табл. 2). Содержащиеся в почве агрегаты 10-0,25 мм изменяют степень структурности от хорошей 63,12% до отличной 90,5%. Среднее значение хорошее и близкое к отличному 77,26%.В таблице 1 представлено распределение оценки структурности чернозема выщелоченного на целинных землях и в пашне.

Таблица 1 – Распределение оценки структурности в общем объеме выборки почвенных образцов, отобранных на целине и на пашне

Основная часть – 68,2% целинных земель имеют хорошую структуру, то есть содержат от 60 до 80% агрономически ценных агрегатов; 31,8% земель отлично оструктурены и содержат более 80% агрономически ценных агрегатов. Большая часть ежегодно обрабатываемых земель имеет удовлетворительную, неудовлетворительную и плохую степень структурности, то есть содержит менее 60% агрегатов размером 10-0,25 мм. Всего 13,6% пашни хорошо оструктурены и 4,5% имеют отличную структурность.

Таблица 2 – Структурность чернозема выщелоченного на целине и содержание фракций почвенных агрегатов

Таблица 3 – Структурность чернозема выщелоченного на пашне и содержание фракций почвенных агрегатов

Чем больше варьирует структурность почвы, тем сильнее изменяется ее плодородие. Агрономическое значение структуры заключается в том, что она оказывает положительное влияние на следующие свойства, а также режимы почв.

Физические свойства – пористость, плотность сложения.

Общая пористость по горизонтам

Апах = 53…51,4% АВ = 47,2%

В = 45,9…42,0% Вк = 41,0…32,0%

Пористость аэрации по горизонтам

Aпах = 36…33,8% АВ = 29,4%

В = 30,2…29,25% Вк = 30,2…18,3%

Плотность естественного сложения (объемной массы) по горизонтам.

Aпах = 1.1…1.15 г/см³ АВ = 1,26 г/см³

В = 1,35…1,42 г/см³ Вк = 1,45…1,7 г/см³

Плотность твердой фазы по горизонтам

Aпах = 2.35…2.37 г/см³ AB = 2.39 г/см³

B = 2.39…2.43 г/см³ Bк = 2.43…2.53 г/см³

Водный, воздушный, тепловой, окислительно-восстановительный, микробиологический и питательный режимы.

Физико-механические свойства - связность, удельное сопротивление при обработке, коркообразование.

Противоэрозионную устойчивость почв.

На исследуемых типах угодий обнаружена обратная зависимость между степенью структурности и количества агрегатов более 10 мм – глыбистой структурой (рис. 2, 3)

Анализ пашни и целинных земель показывает следующее.

1. Содержание агрегатов более 10 мм на пашне 53,39%, на целине 17,33%. Разница составляет 36,06%. Такое изменение значительно влияет на агрофизические свойства почвы, водный, воздушный и пищевой режимы. Пригодность пашни для посева сельскохозяйственных культур существенно снижается.

2. Содержание агрегатов 10-7 мм в пашне 17,61%, на целине 11,24%. Разница в 6,37% показывает то, что на ежегодно обрабатываемых землях происходит увеличение размеров почвенных агрегатов с 10-7 мм до размеров более 10 мм.

3. Количество агрегатов 7-5 мм в пашне 14,24% под покровом естественной травянистой растительности 13,71. Изменения в 0,53% не существенны и влияние на агрофизические свойства не оказывают.

4. Количество агрегатов 5-3 мм на землях подверженных антропогенному воздействию составляет 14,2%, на целинных землях 19,8%. Разница в 5,6% может иметь значение, так как агрегаты этой фракции относятся к наиболее плодородным.

5. Пахотные земли содержат 15% агрегатов размером 3-2 мм, естественные угодья 17,25%. Недостаток в 2,25% незначительно оказывает влияние на плодородие почвы.

6. Содержание агрегатов размером 2-1 мм в пашне 18,3%, на целине 20,14%. Разница небольшая в 1,84% и на агрофизические свойства не влияет.

7. Содержание агрегатов 1-0,5 мм в пашне 9,19% на целинных землях 8%. Повышенное содержание этой фракции вызвано механическим воздействием на почву сельскохозяйственной техникой.

8. Количество агрегатов 0,5-0,25 мм на полях под сельскохозяйственными культурами составляет 11,28% , под естественными ценозами 9,6%. Это объясняется разрушающим воздействием техники на почву и разрушением агрегатов на комочки при минерализации гумуса.

9. Содержание агрономически неценной фракции < 0,25 мм на целине больше на 1,86%, чем на пашне и соответственно составляет 5,26% и 3,4%.

10. На ежегодно обрабатываемых землях содержание наиболее агрономически ценных агрегатов размером 5-3 – 2-1 мм (т.е. 3; 2 и 1 мм) меньше, чем на целине на 9,69%. Это вызвано минерализацией гумуса и частыми механическими обработками почвы. Часть разрушенных агрегатов пополняет фракции 1-0,5 мм с 8% на целине до 9,19% на пашне и 0,5-0,25 мм, соответственно, с 9,6% до11,28%. Другая часть разрушенных агрегатов, объединяясь, с фракциями более 5 мм образует глыбы размером более 10 мм.

11. Изменение степени структурности в пашне по сравнению с целиной происходит из-за увеличения количества агрегатов размером более 10 мм.

12. Содержание агрономически неценных фракций на пашне составляет 56,76% (>10 мм +< 0,25 мм) на целине 22,59%, что на 34,2% ниже, чем под покровом естественной многолетней растительности.

3.2 Содержание агрономически ценной структуры чернозема выщелоченного в пашне и на целинных землях

К главным причинам, оказывающим влияние на степень структурности целинных и пахотных земель чернозема выщелоченного, относят: механическое, физико-механическое воздействия, химические, физико-химические изменения и биологические процессы.

К механическим воздействиям относят: обработку почвы в отсутствии физической спелости (почва переувлажнена или иссушена), разрушение структуры работой сельскохозяйственных машин и орудий, тракторами, автомобилями, животными, каплями дождя и орошением.

Физической спелостью называют состояние почвы, при котором она легко обрабатывается, не мажется и не разделяется на глыбы, а крошится на комки разной величины. Физическая спелость определяется влажностью почвы, ее связностью и пластичностью (С.И. Кауричев, 1982). Почва считается физически спелой, когда ее влажность составляет 70-80% от наименьшей влагоемкости (Г.А. Панов, 1992)

Чтобы определить спелость, необходимо поднять комочек почвы на уровень груди и отпустить его. Если комочек при падении на поверхность почвы на мелкие агрономически цепные агрегаты, то почва физически спелая. Если комочек не распался и на его поверхности нет вмятин – почва иссушена, образовались вмятины – переувлажнена.

Почвы различаются по гранулометрическому составу и при физической спелости имеют разную влажность.

Чем тяжелее механический состав, тем больше влаги требуется для наступления спелости. На суглинистых и глинистых почвах такое количество влаги может сохраняться лишь на протяжении некоторого времени, поэтому обработку таких участков необходимо выполнять в сжатые сроки. Как правило, хозяйства не успевают за такой короткий период провести обработку и большинство технологических операций производят по физически неспелой (сухой) почве, что приводит к разрушению структуры.

При избыточной влажности происходит слипание почвенных комочков в большие комки – глыбы. Такая почва быстро теряет влагу, уплотняется и становится физически непригодной для посева. Для улучшения ее физических качеств, необходимо разрушить глыбы и разрыхлить уплотненный слой.

Механическое крошение производить лучше, когда влажность пахотного слоя соответствует спелости. В этот момент почва лучше крошится, комочки легко отделяются друг от друга. Обработанный участок становится рыхлым, структурным, верхний слой обогащен кислородом, активнее идут микробиологические процессы.

При обработке почвы в пересохшем состоянии, не происходит крошение, а образуются агрегаты крупных размеров и пыль.

На целинных землях физическая спелость почвы не имеет значения, так как механическая обработка не проводится и структура не разрушается.

Любое орудие сельскохозяйственных машин при обработке почвы в период физической спелости не разрушает структуру. Значительное разрушение агрегатов происходит, когда пахотный слой иссушен или излишне увлажнен.

Повреждение структуры под воздействием ходовой части сельскохозяйственных машин, тракторов, автомобилей происходит следующим образом. При перемещении техники по полю агрегаты, расположенные на поверхности при быстром соприкосновении двигателей с почвой разрушаются. Нижележащие комочки сдавливаются и плотно, соприкасаясь, друг с другом образуют агрегаты размером более 10 мм. При интенсивном уплотнении происходит увеличение размеров агрегатов в пахотном слое.

Разрушение почвенной структуры происходит также при использовании пашни не по назначению – это прогон и выпас скота, стоянка техники, перемещение людей и др.

Пахотные земли большую часть времени не имеют растительного покрова, а значит не защищены от разрушения осадками. Капли дождя с большой силой, ударяясь о почвенные комки, увлажняют их. Агрегат пропитывается влагой и набухает, силы притяжения между частицами ослабевают. Последующие капли разбивают комок на части. Поэтому, большую опасность для пашни представляют ливневые дожди, несущие в себе большую разрушительную силу. При орошении полей разрушение почвенных агрегатов происходит также, как и под воздействием дождя.

На землях, занятых естественной многолетней растительностью, механическая обработка не проводится, поэтому степень структурности существенно не изменяется и характеризуется как отличная и хорошая.

Среднее содержание агрономически ценных агрегатов высокое 77,26% по сравнению с обрабатываемыми землями.

Пашня ежегодно обрабатывается и структурность значительно варьирует, даже в пределах одного поля с 13,17% до 45%. Средняя степень структурности удовлетворительная 44,11% и изменяется от 13,17% до 84%.

Чем тяжелее механический состав, тем больше влаги требуется для наступления спелости. На суглинистых и глинистых почвах такое количество влаги может сохраняться лишь на протяжении некоторого времени, поэтому, обработку таких участков необходимо выполнять в сжатые сроки. Как правило, хозяйства не успевают за такой короткий период провести обработку и большинство технологических операций производят по физической неспелой (сухой) почве, что приводит к разрушению структуры.

При избыточной влажности происходит слипание почвенных комочков в большие комки – глыбы. Такая почва быстро теряет влагу, уплотняется и становится физически непригодной для посева. Для улучшения ее физических качеств необходимо разрушить глыбы и разрыхлить уплотненный слой.

Механическое крошение производить лучше, когда влажность пахотного слоя соответствует спелости. В этот момент почва лучше крошится, комочки легко отделяются друг от друга. Обработанный участок становится рыхлым, структурным, верхний слой обогащен кислородом, активнее идут микробиологические процессы.

При обработке почвы в пересохшем состоянии не происходит крошение, а образуются агрегаты крупных размеров и пыль.

На целинных землях физическая спелость почвы не имеет значения, так как механическая обработка не производится и структура не разрушается.

Любое орудие сельскохозяйственных машин при обработке почвы в период физической спелости не разрушает структуру. Значительное разрушение агрегатов происходит, когда пахотный слой иссушен или издишне увлажнен.

Повреждение структуры под воздействием ходовой части сельскохозяйственных машин, тракторов и автомобилей происходит следующим образом. При перемещении техники по полю агрегаты, расположенные на поверхности при быстром соприкосновении двигателей с почвой, разрушаются. Нижележащие комочки сдавливаются, и плотно соприкасаясь, друг с другом образуют агрегаты размером более 10 мм. При интенсивном уплотнении происходит увеличение размеров агрегатов в пахотном слое.

Разрушение пахотной структуры происходит также при использовании пашни не по назначению – это прогон и выпас скота, стоянка техники, перемещение людей и др.

Пахотные земли большую часть времени не имеют растительного покрова, а, значит, не защищены от разрушения осадками. Капли дождя, с большой силой ударяясь о почвенные комки, увлажняют их. Агрегат пропитывается влагой и набухает, силы притяжения между частицами ослабевают. Последующие капли разбивают комок на части. Поэтому, большую опасность для пашни представляют ливневые дожди, несущие в себе большую разрушительную силу. При орошении полей разрушение почвенных агрегатов происходит так же, как и под действием дождя.

На землях, занятых естественной многолетней растительностью механическая обработка не проводится, поэтому степень структурности существенно не изменяется и характеризуется как отличная и хорошая. Среднее содержание агрономически ценных агрегатов высокое 77,26% по сравнению с обрабатываемыми землями.

Пашня ежегодно обрабатывается, и структурность значительно варьирует, даже в пределах одного поля с 13,17% до 45%. Средняя степень структурности удовлетворительная 44,11% и изменяется от 13,17% до 84%.

К физико-механическим воздействиям относят процесс крошения почвенной массы под влиянием изменяющегося давления или механического воздействия. К действию этих факторов может быть отнесено разделение почвы на комки в результате изменения объема (и давления) при переменном высушивании и увлажнении, замерзания и оттаивания воды в ней, давления корней растений, деятельности роющих и копающих животных и рыхлящего воздействия почвообрабатывающих орудий (Кауричев С.И.)

В большей степени физико – механическое воздействие проявляется на обрабатываемых землях. Здесь почва неоднократно подвергается механическому воздействию, изменяется объем и плотность пахотного слоя, процессы нагревания, испарения и охлаждения почвы ускоряются.

Физико-химические причины утраты структуры связаны с реакциями обмена двухвалентных катионов (кальция и магния при вымывании из почвы) в ППК на одновалентные (натрий и аммоний). При этом коллоиды (главным образом гумусовые вещества), прочно цементирующие механические элементы в агрегаты, пептизируются при увлажнении и структурные отдельности разрушаются. Поэтому приемы химической мелиорации почв (известкование, гипсование и др.), приводящие к обогащению ППК обменным кальцием, способствуют и улучшению структуры.

Химические процессы снижают склеивающее и цементирующее воздействие на почвенные комочки. Сюда относят распад различных труднорастворимых химических соединений (углекислого кальция, гидроокиси железа, силикатов магния и др.), агрегаты почвы не пропитываются раствором и цементации не происходит.

Биологический процесс разрушения происходит через минерализацию гумуса – основного клеющего вещества. Активное разрушение структуры происходит в том случае, когда возникает отрицательный органический баланс, т.е. процесс минерализации преобладает над гумификацией. При минерализации количество гумуса снижается и склеенность почвенных частичек ухудшается, агрегат становится рыхлым и непрочным. При незначительном механическом воздействии большая часть таких комочков разрушается, восстановление структуры затруднено. На ежегодно обрабатываемых землях возникают благоприятные условия для протекания биологического процесса. Поэтому здесь минерализация гумуса происходит быстрее, чем на целине. В результате, содержание агрономически ценных агрегатов в пашне уменьшается.

Проведенные нами исследования показали (см. прил. 1; табл. 4), что структурность на целине отклоняется на 3,4 (X ± 3.4) от среднего значения, в пашне предел отклонения возрастает до 9 (X ± 9). Это вызвано разным содержанием агрономически ценных агрегатов на землях, отведенных под возделывание сельскохозяйственных культур (см. прил. 2 и 3; табл.5 и 6).

Крупные агрегаты размером более 10 мм образуется при дефиците органического вещества, а также при обработке почвы в иссушенном или переувлажненном состоянии. Механическое воздействие в переувлажненном состоянии приводит к слипанию почвы и образованию глыб. В пересохшем состоянии пахотный слой представляет собой монолит, при обработке которого почва не крошится, а разламывается на глыбы и пылевидную массу. (Черкасов А.Э., Почвоведение).

Распыляется структура также и под воздействием сельскохозяйственной техники. Так, за вегетационный период при неоднократных проходах по полю МТЗ-80 создает до 14 т/га пыли (Вакулин А.А.). В результате на поверхности поля образуется тонкий, бесструктурный слой, напоминающий пленку. Пылеватые частички плотно соприкасаются друг с другом и не пропускают через себя воздух и воду. Поэтому выпавшие осадки плохо впитываются почвой и большей частью остаются на поверхности. Образуется почвенная корка. При механической обработке верхний плотный горизонт разрушается, появляются крупные агрегаты более 7 мм. Это подтверждаются тем, что содержание фракций 7-10 мм возрастает на пашне по сравнению с целинными землями на 6,37%, с 11,24% до 17,61%, а 10 и более мм, соответственно, на 36,06%, с 17,33% до 53,39%.

Полученные данные (см. табл. 1 и 2) показывают, что на целинных землях суммарное содержание агрегатов 3-1 мм на 10% больше, чем на пашне. Причиной этому может послужить ежегодная неоднократная обработка почвы и развитие процессов минерализации в агрегатах, содержащих наибольшее количество гумуса (3-1 мм). При этом склеенность частичек ухудшается, а почвенные комочки крошатся, происходит разрушение структуры. Это подтверждается увеличением содержания агрегатов размером 1-0,5 мм с 8% на целинных землях до 9,19% на пашне и от 0,5 до 0,25, соответственно, с 9,6% до 11,28%.

На ежегодно обрабатываемых землях под влиянием вышеперечисленных факторов, происходит активное разрушение структуры. Средняя степень структурности удовлетворительная – 44,11%, а минимальная 13,17%. То есть, из 100% всех агрегатов, только 13,17% оказывают положительное влияние на процессы жизнедеятельности, происходящие в почве. В то время, как средняя степень структурности под покровом естественной многолетней растительности хорошая – 77,26%, а минимальная 63,12%. Здесь, из 100% агрегатов 63,12% агрономически ценные и активно участвуют в процессах жизнедеятельности.

Таким образом, под влиянием антропогенных факторов, физическое состояние пашни значительно ухудшается и становится непригодным для возделывания полевых культур.

1. На обрабатываемых землях интенсивность протекания процессов влияющих на разрушение почвенной структуры усиливается. Поэтому содержание агрономически ценных агрегатов в пашне, меньше чем на целине.

2. Разрушение почвенной структуры сопровождается сокращением количества агрегатов 0,25-10 мм и увеличением содержания агрономически неценной структуры, большей частью за счет увеличения агрегатов размером превышающем 10 мм.

3. На ежегодно обрабатываемых землях происходит разрушение агрономически ценной структуры, сокращается количество агрегатов обладающих наибольшим плодородием (3-1 мм) и увеличивается содержание агрегатов размером 0,25-1 мм и 3-10 мм.

4. Степень структурности в пашне значительно варьирует, изменяются физические свойства почвы. Поэтому часть пашни является не пригодной для возделывания сельскохозяйственных культур.

Выводы

1. Структурный состав в пашне, под влиянием антропогенных воздействий отличается от структурного состава на целинных землях.

2. Степень структурности и содержание каждого агрономически ценного агрегата на целине более стабильное, чем на ежегодно обрабатываемых землях.

3. Степень структурности под покровом естественной многолетней растительности не имеет резких колебаний, 68,2% имеют хорошую и 31,8% отличную структурность.

Степень структурности на пашне резко колеблется – от плохой (13,17%) до отличной (84,0%). Большая часть земель обладает удовлетворительной, неудовлетворительной и плохой структурностью.

4. На ежегодно обрабатываемых землях с каждым годом количество агрегатов 0,25-10 мм уменьшается, содержание агрономически неценных агрегатов увеличивается.

5. В пашне содержание агрономически неценной структуры сопровождается увеличением количества агрегатов размером более 10 мм.

6. На количество агрономически ценной структуры обратное влияние оказывает содержание агрегатов более 10 мм. С увеличением степени структурности число глыбистых агрегатов уменьшается.

7. Количество агрегатов размером от 3 до 1 мм, обладающих наибольшим плодородием, в пашне содержится меньше, чем под покровом многолетней травянистой растительности (контроль). Количество агрегатов 0,25-1 мм и 3-10 мм на обрабатываемых землях превышает содержание агрегатов этих же размеров на целине.

4 Безопасность жизнедеятельности

4.1 Охрана труда

4.1.1 Общее положение

Современное сельскохозяйственное производство отличается сложностью, разнообразием и постоянным совершенствованием технологии и техники; интенсификацией производственных процессов; применением средств химизации для обеспечения программирования урожаев; сезонностью и цикличностью работ; многообразием используемых видов энергии (механической, тепловой, электрической, световой и др.), веществ и материалов (твердых, жидких, газообразных); развитой сетью дорог; зависимостью работ от погодных условий и другими особенностями, которые надо учитывать при нормировании условий труда Работу по улучшению условий труда организуют с учетом ряда факторов, которые в соответствии с принятой классификацией объединяют в три группы: социально-экономические, технические и организационные; естественно-природные. Социально-экономические факторы обусловлены господствующими производственными отношениями в обществе и являются основными. К ним относятся: нормативно-правовые (законы о труде, стандарты, правила, нормы и т. д.), общественно-политические (общественные формы движения за создание благоприятных условий труда, изобретательство и т. д.), экономические (моральное и материальное стимулирование, система льгот и компенсаций и т. д.), социально-психологические, характеризующие отношения работника к труду, психологический климат в коллективе и др.

Технические и организационные факторы оказывают непосредственное воздействие на формирование материально-вещественных элементов условий труда (технологических процессов, режимов труда и отдыха, средств труда, организационных форм производства, предметов и орудий труда).

Естественно-природные факторы характеризуют воздействие на работников биологических, климатических и геологических особенностей местности.В реальных условиях перечисленные факторы взаимосвязаны.

4.1.2 Охрана труда при выполнении дипломной работы

Техника безопасности – система организационных и технических мероприятий и средств, предотвращающих воздействие на работающих опасных производственных факторов [Филатов].

При выполнении дипломного проекта должна соблюдаться техника безопасности, иначе студент подвергается воздействию негативных факторов при: перевозке в автотранспорте, работа в поле, работа с инструментом, работа в лаборатории и в компьютерном классе.

Перевозка людей в автотранспорте. При перевозке студентов на автобусе или грузовом автомобиле спереди или сзади должны быть установлены соответствующие опознавательные знаки.

Перевозку студентов осуществляют, как правило, в автобусах. Перед началом движения шофер должен убедится в том, что обеспечены все условия безопасной перевозки, закрыть двери и не открывать их до полной остановки.

При транспортировке пассажиры располагаются только на сиденьях. Во время движения студенты не должны ходить по автобусу, открывать окна с обеих сторон, выглядывать из окон, высовывать руки. Запрещается разговорами отвлекать водителя, включать или выключать какие-либо приборы, нажимать без надобности на аварийные кнопки. Руководитель группы (преподаватель) входит и выходит из автобуса последним.

Перевозить студентов в кузове грузового автомобиля можно только при соблюдении требований инструкции и правил дорожного движения. Число перевозимых людей не должно превышать числа оборудованных для сидения мест.

Сиденья должны быть прочно укреплены на расстоянии не менее 150 мм от верхнего края борта, которые должны быть увеличены на высоту не менее 0,8 м от уровня пола. Расстояние между рядами должно быть не менее 600 мм. Задняя скамейка должна иметь прочную спинку высотою не менее 300 мм, а бортовые запоры надежно закреплены. На каждого человека должно приходиться не менее 0,7 м² площади кузова. При перевозке студентов в кузове должно находиться не менее двух преподавателей, фамилии которых вносят в путевой лист.

Скорость автомобиля с людьми не должна превышать 60 км/ч. Трогать с места и останавливать автомобиль водитель обязан плавно, переезжая ямы на пониженной скорости. Очень опасны резкие торможения так как при замедлении выше 3,5-4 м/с люди теряют равновесие, что может привести к травмированию пассажиров.

Вне кабины автомобиль должен быть снабжен легкосъемным огнетушителем. Автомобили выделенные для постоянной перевозки людей, дополнительно оборудуют тентом, лестницей, электрическим освещением внутри кузова. Чтобы в крытом кузове люди не отравились выхлопными газами, конец выхлопной трубы выходят за пределы заднего борта на 3-5 см.

Работа в поле. При выполнении немеханизированных полевых работ необходимо зарание к ним подготовиться. Подготовительные мероприятия должны быть направлены на снижение производственной опасности. Производственной опасностью могут быть: активная солнечная радиация, тепловой удар, удар молнии, укусы насекомых.

Во избежания поражения солнечной радиацией и тепловым воздействием студент обязан носить головной убор и одежду, закрывать тело от солнечных лучей. При ударах молнии нельзя находится рядом с высоким, одиноким объектом (деревом, столбом и т. д.), техникой и другими металлическими сооружениями, водоемом, держать в руках длинные предметы.

Для предотвращения укусов насекомыми необходимо правильно вести себя на природе, подобрать одежду и использовать репелленты.

Работа с инструментом. При выполнении ручных работ инструмент выбирают с учетом роста и физических возможностей рабочего. Инструмент своевременно точат, очищают, устраняют его неисправности. Рукоятки и ручки грабель, лопат, мотыг должны быть прочными, хорошо обработанными, гладкими, не иметь выщербин, трещин. Грабли, вилы, маркеры нельзя класть зубьями верху. Запрещено оставлять инструмент инструмент на делянках, хранить его в траве, копнах, снопах, стогах; вилы, косы, серпы запрещено переносить в мягкой траве. Работу с таким инструментом надо выполнять в жесткой закрытой обуви. Работать с тяпкой разрешается на расстоянии не ближе 0,5 м от ног. Во время работы с ручным инструментом нужно постоянно наблюдать за действиями рядом работающих студентов.

Работа в лаборатории. При работе в лаборатории использовались: набор сит для просеивания почвы и электроприборы – термошкаф, весы, водяная баня и другие.

При просеивании почвы образуется пыль. Поэтому студент должен быть одет в специальную одежду – халат, головной убор, герметичные очки и респиратор маску ШБ-1 «Лепесток».

Работать с электрооборудованием запрещено: при наличии повреждения штепсельного соединения, кабеля или его защитной трубки; при нечеткой работе выключателя; вытекании жидкости (воды); появление дыма и запаха горящей изоляции; появлении шума; при поломке или появлении трещины в корпусе; при неисправном состоянии и отсутствии видимых причин. Нельзя дотрагиваться руками до нагревающихся частей оборудования в момент его работы.(Салла)

Работа в компьютерном классе. При работе с вычислительной техникой важно создать благоприятные условия для освещения. Яркий свет затрудняет считывание показателей с дисплея, поэтому в солнечные дни следует закрывать окна легкими светлыми шторами. Во избежание отражения на экране окружающих предметов дисплеи, установленные в классе, должны иметь некоторый наклон (10-15 градусов) в сторону студента или боковые щитки и небольшой козырек. В вечернее время, в сумерках, рекомендуется освещать класс верхним светом (159-300 лк).

В классе запрещается прикасаться к электрооборудованию, клеммам и электропроводам, арматуре и открывать дверцы электрошкафов. Студенты не должны открывать машины, ходить во время занятий по кабинету, отвлекать от работы соседей, нажимать или включать кнопки, действие которых им неизвестно.

При обнаружении неисправности в машинах (искрение, вспышка, повреждение изоляции электропроводов, необычное свечение экрана) нужно выключить машину и сообщить об этом преподавателю.

Компьютер немедленно надо выключить при: поломке деталей; выявлении неисправности электрооборудования; травме полученной кем либо из студентов или обслуживающего персонала; пожаре в зоне работы. Вся электрическая подводка к столам должна быть защищена от механических повреждений.(Сулла)

Работа с вычислительной техникой вызывает большое напряжение органов зрения, поэтому через каждые 40-45 минут необходимо устанавливать перерыв. Продолжительность перерыва 5-10 минут. В это время студент обязательно должен выполнять гимнастику для глаз, чтобы снять напряжение и отдохнуть.

4.2 Охрана природы

Проблема охраны окружающей среды в конце 20 , начале 21 столетия стала одной из острейших. Ежегодно антропогенному воздействию подвергается: атмосфера, гидросфера, литосфера, животный и растительный мир. Большой ущерб окружающей среде наносит промышленность, транспорт и сельское хозяйство. ( Банников).

Человек, обрабатывая землю, все больше изменяет плодородные свойства почв. При этом, своим воздействием он может повышать и понижать плодородие почв. Так, под влиянием сельскохозяйственного производства в 20 столетии произошли необратимые, глобальные изменения биосферы. В 70 – 90 годах 20 века внедрение интенсивных технологий сопровождалось процессами, вызывающими снижение плодородия: развитие водной и ветровой эрозии, вторичным засолением, почвоутомлением, деградацией почв, обеднением эдафона и мезофацны и т.д.

Плодородие – это способность почвы обеспечивать растения водой, элементами питания, воздухом и этим создавать возможность получения урожая сельскохозяйственных культур. На плодородие почвы оказывает влияние структурный состав.

Агрономическое значение структуры заключается в том, что она оказывает положительное влияние на физические и физико-механические свойства; водный, воздушный, тепловой, окислительно-восстановительный, микробиологический и питательный режимы, а также противоэрозионную устойчивость почв.

При уменьшении содержания агрономически ценной структуры, плодородие почвы начинает снижаться – происходит ее уплотнение, развитие ветровой и водной эрозии. Поэтому сохранение и увеличение агрегатов от 0,25 до 10 мм является важной задачей.

Для повышения агрономически ценного структурного состава на обрабатываемых землях необходимо:

1. Постоянно поддерживать положительный баланс органического вещества.

2. Высевать многолетние травы, особенно, бобово-злаковые смеси.

3. Обрабатывать почву в состоянии физической спелости.

4. Применять минимальную обработку почвы.

5. Вводить почвозащитные севообороты.

6. Вносить известь на кислых почвах, на почвах с щелочной средой гипс.

7. Не допускать прогоны и пастьбу скота на поле.

Механическое воздействие сельскохозяйственной техники на почву приводит к ее уплотнению, разрушению дегумификации структуры, увеличению в ней тонкодисперсных частиц. Резко ухудшаются ее водно-физические свойства, что способствует развитию водной и ветровой эрозии. Нарушение водно-физических свойств отражается на нормальном газовом обмене между почвой и атмосферным воздухом. При изменении водно-физических свойств почвы, вызванном уплотнением и разрушением ее структуры, создаются анаэробные условия. В результате в почве преобладают процессы брожения (анаэробиоз) и разложения клетчатки и других углеродсодержащих веществ с образованием и накоплением в почве различных газов: этилена, водорода, метана, сероводорода и др. Это отрицательно сказывается на жизнедеятельности как фауны почвы, так и растений, в том числе культурных. В условиях анаэробиоза в почве образуются оксикислоты, токсичные для проростков семян культурных растений, что значительно снижает их полевую всхожесть.

При уплотнении почвы меняется ее окислительно-восстановительный потенциал. При этом изменяются интенсивность и направленность биологических и биохимических процессов в почве, возрастают процессы денитрификации и десульфафикации, прекращается мобилизация трудно- и недоступных для растений форм фосфора. При этом активизируется процесс денитрификации, т.е. процесс восстановления нитратов до молекулярного азота. В результате происходит потеря из почвы доступного для растений азота. В почве усиливается деятельность сульфатредуцирующих бактерий и накапливается сероводород — вещество, токсичное для растений и других организмов.

При выполнении комплекса технологических операций энергетические средства проходят по полю многократно – от 3 до 5 раз по одному и тому же месту, а на поворотных полосах – от 6 до 20 раз. При этом суммарная площадь движетелей перекрывает размеры полевого участка в 1,5 – 2 раза. Наиболее сильно уплотняются верхние плодородные слои почвы, глубина уплотнения достигает 0,6 м. Монтирование сдвоенных и строенных колес, использование широкопрофильных шин позволяет несколько снизить давление на почву, но одновременно увеличивается общая площадь уплотнения.

Под воздействием ходовых систем сельскохозяйственной техники плотность суглинистых почв, оптимальное значение которой составляет 1,0…1,2 г/см³ , повышается на 0,1…0,3 г/см³ и более, достигая 1,35…1,7 г/см³ , а объемная масса нижних горизонтов почв с плотным сложением – 1,6…1,8 г/см³ . Плотность пахотного слоя варьирует в широких пределах – от 0,8 до 1,6 г/см³ .

Увеличение твердости почвы при уплотнении в колее в 1,5 – 2,0 раза препятствует нормальному прорастанию семян, развитию корневой системы, обуславливает мелкую заделку семян, в связи с этим глубина заложения узла кущения растений оказывается недостаточной. Более того, часть семян остается на поверхности. Все это приводит к снижению зимостойкости и засухоустойчивости растений.

На уплотненных участках растения отстают в росте, угнетены, возрастает непродуктивная кустистость, сокращается длина колоса, число зерен в нем, падает урожайность. Уплотненная почва становится податливой к водной, ветровой и другим видам эрозии.

Меры по снижению уплотнения почв включают:

- организационно-технологические мероприятия;

- агротехнические приемы по повышению устойчивости почв к уплотнению и их разуплотнению;

- совершенствование сельскохозяйственной техники, ее ходовых систем с доведением давления на почву до допустимых значений.

Организационно-технологические мероприятия предусматривают разработку и внедрение технологий возделывания сельскохозяйственных культур с минимальным проходом по полям тяжелой колесной техники (совмещение операций). Особенно актуально снижение числа технологических операций при возделывании технических культур, кукурузы на зерно, картофеля и овощей, когда почва испытывает наибольшую нагрузку как в процессе посева (посадки) и ухода за культурами, так и при их уборке.

К агротехническим приемам относятся окультуривание почв и повышение содержания в них гумуса.

Для разуплотнения почв применяют рыхление, в том числе и орудиями с активными рабочими органами (фреза и др.), пахотного и подпахотного слоев (чизели, глубокорыхлители). Сочетание рыхления с внесением органических удобрений и кальцийсодержащих веществ, приводит к значительному снижению негативных последствий машинной деградации почв.

Важно, чтобы на полях работала только такая техника, давление движителей которой на почву не превышает 0,1 МПа, поэтому лучше использовать гусеничные движители или колесные с эластичными шинами, давление которых на почву составляет соответственно 80...100 и 30...60 кПа.

Эрозией называют разрушающее воздействие воды, ветра и антропогенных факторов на почву и подстилающие породы, снос наиболее плодородного верхнего слоя или размыв. Эрозия причиняет большой вред сельскому хозяйству: происходит снижение мощности гумусового горизонта, запасов гумуса и питательных веществ, разрушение почвенной структуры, возникает дефицит влаги – снижается плодородие. Это приводит к нарушению стабильности экосистемы, причем эти изменения могут быть глубокими идаже необратимыми (Банников А.Г.).

Эрозии в той или иной степени подвержены почвы всех природных зон Челябинской области. Общая площадь эродированных и потенциально опасных к эрозии земель составляет 1 441,8 тыс. га или 43% сельскохозяйственных угодий.

Основной вред пахотным землям нашей области причиняет водная и ветровая эрозии.

Водная (плоскостная ) эрозия проявляется, в основном, в горно – лесной зоне – Ашинском, Катав-Ивановском, Саткинском, Нязепетровском, Кусинском административных районах, также в прилегающих к ней западных частях Уйского и Чебаркульского районов.

Плоскостная эрозия – это смыв верхних горизонтов почвы на склонах при стекании по ним дождевых или талых вод сплошным потоком или ручьями.

Земли, подверженные дефляции, выявлны преимущественно в степной зоне – Брединском, Варненском, Карталинском, Кизильском и Троицком районах. На них приходится 38% сельскохозяйственных угодий.

Значительное проявление этого вида эрозии установлено в Агаповском, Верхнеуральском, Октябрьском и Чесменском районах, входящих в зону южной лесостепи. Развитию ветровой эрозии на территории степной зоны и в районах южной лесостепи способствуют: сильные ветра, низкая влажность почвы, невысокая относительная влажность воздуха, большая распаханность почвенного покрова, его генетический состав, характер почвообразующих пород и рельефа.

Эрозия возникает в результате нерациональной хозяйственной деятельности, неправильного использования земельных угодий, низкой агротехники в некоторых хозяйствах. Выпас животных без соблюдения нормы стравливания и нагрузки скота по склонам балок и оврагов, вспашка почвы и междурядные обработки вдоль склонов, непродуманное строительство дорог и т.д. на фоне древней эрозии способствуют появлению и быстрому росту новых ее очагов.

Борьба с этим явлением — одно из ведущих звеньев высокой культуры земледелия. В районах распространения ветровой эрозии необходимы почвозащитные севообороты с полосным размещением посевов и паров, кулисы, залужение сильноэродированных земель, буферные полосы из многолетних трав, внесение удобрений, снегозадержание, закрепление и облесение песков и других непригодных для сельскохозяйственного использования земель, регулирование пастьбы скота, выращивание полезащитных лесных полос, а также безотвальная обработка почвы с оставлением стерни на ее поверхности.

В зонах развития водной эрозии обработку почвы и посев сельскохозяйственных культур следует проводить поперек склона, применять контурную и гребнистую вспашку, углубление пахотного слоя, щелевание и другие способы обработки, уменьшающие сток поверхностных вод; обязательны почвозащитные севообороты, полосное размещение сельскохозяйственных культур, залужение крутых склонов, внесение удобрений, выращивание полезащитных и противоэрозионных лесных полос, облесение оврагов, балок, песков, берегов рек и водоемов, строительство противоэрозионных гидротехнических сооружений (перепады, пруды, террасирование, обвалование вершин оврагов и др.).

В настоящее время наряду с деградацией физического состояния земель остро возникает проблема борьбы с засолением почв.

Засоление почвы — накопление растворимых солей и обменного натрия в концентрациях, не допустимых для нормального роста и развития растений. Среди засоленных почв различают солончаковые с высокой концентрацией растворимых солей; солонцеватые, содержащие более 5—10% обменного натрия; солончаки и солонцы. Даже при слабом засолении урожайность зерновых культур уменьшается на 50-55%.

Ежегодно на земном шаре вследствие засоления выходит из оборота 200—300 тыс. га земель.

Один из факторов засоления — ветер. Он захватывает соленую пыль и переносит ее на большие расстояния в глубь континентов.

Засоление почвы возможно при неправильной агротехнике, выворачивании на поверхность засоленных слоев, чрезмерной нагрузке скота на пастбищах. Причиной засоления почвы могут быть сами поливные воды, если они содержат повышенные концентрации растворимых солей.

Наиболее часто засоление происходит вследствие обогащения почвы солями, которые содержатся в грунтовых водах. Одновременно с повышением их уровня происходит подъем влаги по капиллярам в зону ризосферы, где и накапливаются соли по мере испарения воды в ней. Чем суше климат и чем тяжелее почва по гранулометрическому составу, тем в большей степени выражен этот процесс, тем сильнее проявляется токсичность солей по отношению к растениям. Повышенное содержание солей в почве вызывает увеличение осмотического давления почвенного раствора, что затрудняет водоснабжение растений, они хронически голодают, их рост ослабляется. Это прежде всего сказывается на корневой системе, которая теряет тургор и погибает. Особенно опасен для растений карбонат натрия. Если в почве обменного натрия содержится 10—15% емкости поглощения, состояние растений оказывается угнетенным, при содержании его в пределах 20—35% угнетение очень сильное.

При увеличенных нормах полива, потерях оросительной воды из каналов также повышается уровень грунтовых вод. Процесс, когда соленакопление в почве происходит в результате нарушения режима полива и фильтрации воды в оросительных каналах, называется вторичным засолением.

В качестве профилактической меры борьбы с вторичным засолением необходим дренаж территории с использованием гончарных, пластмассовых и других труб, укладываемых на глубину 1,0—1,8 м с расстоянием между дренами от 5 до 15 м.

Внутрипочвенное, капельное, мелкодисперсное, импульсное орошение и полив дождевальными машинами с низкой и средней интенсивностью дождя (до 0,3 мм/мин) такж безопасны в этом отношении. Вода, используемая для орошения, должна быть пресной и не содержать минеральных солей.

К обязательным условиям защиты почв от засоления относится бетонное экранирование русел магистральных каналов.

Создание лесных полос по каналам, обеспечивающее постоянство уровня грунтовых вод, так как деревья перехватывают и транспирируют фильтрующуюся воду, выполняя роль биологического дренажа. Для удаления солей из почвы применяют промывку пресными водами.

На солонцеватых почвах степи и полупустыни рекомендуется гипсование, способствующее удалению солей натрия.

Предложения производству

На агрофизические свойства почвы и ее плодородие оказывают влияние агрегаты размером 0,25-10 мм. Поэтому для увеличения содержания агрономически ценных агрегатов на обрабатываемых землях необходимо выполнять следующие мероприятия.

1. Постоянно поддерживать положительный баланс органического вещества.

2. Высевать многолетние травы, особенно, бобово-злаковые смеси.

3. Обработка почвы в состоянии физической спелости.

4. Применять минимальную обработку почвы.

5. Вносить известь на кислых почвах, на почвах с щелочной средой гипс.

6. Не допускать прогоны и пастьбу скота на поле.

7. Вводить почвозащитные севообороты.

Список литературы

1. Антипов-Каратаев И. Н. О почвенном агрегате и методах его исследования. – М.- Л.: АН. СССР, 1948.- 83 с.

2. Антипов-Каратаев И. Н. Физико-химические исследования почв. Адсорбционные и изотопные методы. – М.: Наука 1966. – 200 с.

3. Антипов-Каратаев И. Н. Физико- химические исследования почв. – М.-Л.: 1939. - 123 с.

4. Моргун Ф. Т., Шикула Н. К. Почвозащитное бесплужное земледелие. – М.: Колос, 1984. – 279 с.

5. Курочкин К. И. Новое в обработке почвы. – М.: Знание, 1987. – 64 с.

6. Данилов Г. Г. Система обработки почв. – М.: Россельхозиздат, 1982. – 270

7. Листопадов И. Н. Шапошников И. М. Плодородие почвы в интенсивном земледелии. – М.: Россельхозиздат, 1984. – 205 с.

8. Ломакин М. М. Мульчирующая обработка почвы на склонах. – М.: Агропромиздат, 1988. – 184 с.

9. Земледелие с почвоведением / Лыков А. М., Коротков А. А., Баздырев Г. И., Сафонов А. Ф. – М.: Агропромиздат, 1990. – 464 с.

10. Карпенко А. Н., Халанский В. М. Сельскохозяйственные машины. - М.: Колос, 1983. – 495 с.

11. Земледелие с основами почвоведения и агрохимии. Под ред. Воробьева С. А. – М.: Колос, 1981. – 431 с.

12. Вильямс В. Р. Почвоведение. – М.: Сельхозгиз, 1935. – 127 с.

13. Вильямс В. Р. Травопольные севообороты. – М.- Л.: изд. Всесоюзн. Акад. с/х наук им. В. И. Ленина, 1937. – 92 с.

14. Вильямс В. Р. Основы земледелия. – М.: Сельхозгиз, 1943. – 191 с.

15. Вильямс В. Р. Почвоведение. Земледелие с основами почвоведения. – М.: Сельхозгиз, 1947. – 456 с.

16. Вильямс В. Р. Травопольная система земледелия.Избранные труды. – М.: Сельхозгиз, 1949. – 495 с.

17. Высоцкий Г. Н. Избранные труды. – М.: Сельхозгиз, 1960. – 435 с.

18. Долгов С. И. Агрофизические методы исследования почв. – М.: Наука, 1966. – 259. с.

19. Банников А. Г., Вакулин А. А., Рустамов А. К. Основы экологии и охраны окружающей среды. – М.: Колос, 1996. – 303 с.

20. Степановских А. С. Охрана окружающей среды. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. – 559 с.

21. Дояренко А. Г. Жизнь поля. – М.: Колос, 1965. – 71 с.

22. Дояренко А. Г. Избранные сочинения. – М.: Сельхозиздат, 1963. – 495 с.

23. Иоффе А. Ф., Ребута И. Б. Основы агрофизики. – М.: Физматгиз, 1959. – 904 с.

24. Качинский Н. А. Почва. – М.: Сельхозгиз, 1946. – 156 с.

25. Колесников Л. Д. Борьба с засухой на Южном Урале. – Челябинск.: Юж. - Урал, 1982. – 136 с.

26. Степанов Н. С., Костецкий И. И. Практикум по основам агрономии. – М.: Колос, 1981.- 240 с.

27. Лазарев А. П., Абрашен Б. И. Структурное состояние и плотность чернозема обыкновенного и их влияние на урожай пшеницы.// Почвоведение.2000. № 5. С.614-618.

28. Рамазанов Р. Я., Хазиев Ф. Х.., Ганиев Х. И. Влияние приемов обработки и удобрений на агрофизические свойства почвы.// Почвоведение.2001. № 3. С.338-348.

29. Кузнецова И. В., Бондарев А. Г., Данилова В. И. Устойчивость структурного состояния и сложения почв при уплотнении.// Почвоведение. 2000. № 9. С. 1106-1114.

30 Глазовская М. А. Общее почвоведение и география почв. – М.: Высш. школа, 1981.- 400 с.

31. Ковриго В. П., Кауричев И. С., Бурлакова Л. М. Почвоведение с основами геологии. – М.: Колос, 2000. – 416 с.

32. Добровольский В. В. Практикум по географии почв с основами почвоведения. – М.: Просвещение, 1982. – 127 с.

31. Абрамова В. Е., Агафонцев Л. К., Бледных В.В. и др. Система ведения агропромышленного производства челябинской области на 1996-2000 гг. – Челябинск: Челябинский дом печати, 1996. – 232 с.

Приложения

Приложение 1

Статистическая обработка данных

X – арифметическое значение

N – число повторений

Таблица 4 – Результаты статистической обработки структурности чернозема выщелоченного на целине и пашне (объем выборки 22 повторения)

Приложение 2

Таблица 5 – Результаты статистической обработки проб, отобранных на целине (объем выборки составляет 20 повторений)

Приложение 3

Таблица 6 – Результаты статистической обработки проб, отобранных на пашне (объем выборки составляет 20 повторений)