Комплексная оценка экологической устойчивости агроландшафтов и использования почвенных ресурсов
Содержание
Введение
1 Факторы почвообразования. Почвообразовательныи процесс.
1.1 Основные факторами почвообразования в степной зоне.
1.2 Почвообразовательный процесс.
2 Описание почвоклиматических условий зоны района.
2.1 Климатические условия
2.2 Почвенные условия
3. Состояние земельных ресурсов сельскохозяйственного назначения.
3.1 Общая характеристика земельных ресурсов.
3.2 Характеристика основных типов почв.
4 Почвенно-экологический индекс.
5. Выводы.
6. Список литературы.
Введение
Почва, как биологическая структура, является неотъемлемой частью геоэкологической сферы нашей планеты. Но сельскохозяйственное использование почвенного покрова земледелием всё более становится в противовес требованиям природы и современного общества.
Почва постоянно находится в состоянии динамического равновесия, прогрессируя и регрессируя, причём на современном этапе находится в значительной зависимости от преобразований человека. Поэтому изучение лишь почвенного покрова без широкого исследования экологических показателей любой территории не даёт полной картины взаимодействия культурных растений с окружающей средой, и в первую очередь, с почвой. Поэтому экологические исследования и почвенно-экологическая оценка взаимосвязей почвенного покрова с экологическими показателями приобретают сейчас важное значение для земледелия, они должны ответить на вопросы направленности и интенсивности развития почвы и почвенного покрова, его состояние, его компенсационные реакции на действие человека. Эта оценка даст возможность более точно планировать и прогнозировать процессы, протекающие в агроэкологических системах любого района.
Цель курсовой работы: Дать комплексную оценку экологической устойчивости агроландшафтов и использования почвенных ресурсов и определить возможности перехода к адаптивно-ландшафтному земледелию сельскохозяйственных предприятий.
Задачи курсовой работы:
- дать агроэкологическую характеристику природных условий изучаемой территории;
- выявить особенности структуры почвенного покрова, дать характеристику элементарным почвенным единицам;
- сделать агроэкологическую оценку почв и почвенного покрова;
- разработать рекомендации по переходу к адаптивно-ландшафтному земледелию.
1 Факторы почвообразования. Почвообразовательныи процесс.
1.1 Основные факторами почвообразования в степной зоне.
1 Климат. Он не однороден, при движении с запада на восток количество тепла постепенно уменьшается, нарастают сухость и котинентальность климата. Среднегодовая температура колеблется от 10 С на западе до – 2 С на востоке. Выпадает 400 – 600 мм осадков, к востоку уменьшается: в Поволжье до 300 – 400 мм, В западной Сибири и в Забайкалье до300 – 500 мм.
В лесостепной части зоны соотношение между количеством осадков и испаряемостью приближается к единице; водный режим периодически промывной. В степной части зоны – непромывной водный режим, отношение количества осадков и испаряемости составляет 0,5 - 0,6. Глубина промачивания почв уменьшается в южном направлении.
2 Рельеф – равнинный, слабоволнистый или увалистый, широкое распространение получили неглубокие замкнутые понижения и приподнятые участки (Средне-Русская, Приволжская возвышенности).
3 Почвообразующие породы. В основном они представлены лессами и лессовидными суглинками (от лёгких до тяжёлых суглинков). В некоторых районах чернозёмы развиваются на элювиальных плотных осадочных породах ( мел, опоки и др.). Лессы и лессовидные суглинки очень податливы процессам водной эрозии, что обуславливает смыв почв на крутых склонах и развитие оврагов.
4 Растительность. Та растительность, под влиянием которой сформировались чернозёмы, в настоящее время практические не сохранилась. Естественная растительность в прошлом в лесостепи характеризовалась чередованием лесных участков с луговыми степями. Леса частично сохранилась по водоразделам, балкам и речным террасам. Травостой был представлен мезофильными видами, разнотравьем, бобовыми.
Наиболее важными особенностями, которые влияют на ход почвообразовательных процессов, являются химический состав почвообразующих пород, то есть их карбонатность, иногда и засолённость. Большая площадь чернозёмных почв распахана, остальную используют в качестве пастбищ и сенокосов. А также образование гумусовых веществ, преимущественно гуминовых кислот, взаимодействие их с минеральной частью, почвы, образование органно-минеральных соединений, водопрочной макроструктуры и вынос из верхних горизонтов почвы легкорастворимых продуктов почвообразования.
Неоднородность факторов почвообразования, изменение климатических условий, растительности определяют особенности чернозёмообразования в пределах зоны.
1.2 Почвообразовательный процесс.
Почвообразовательный процесс в зоне черноземов протекает под покровом травянистой лугово-степной растительности в условиях периодически промывного или непромывного водного режима.
Богатая травянистая растительность оставляет после себя значительное количество ежегодно откладываемых в почве корневых остатков, что способствует накоплению в почве большого количества перегноя.
Ежегодно отчуждается в опад до 10-20 т/га органической массы, при этом половину составляют корни растений. Богатство опада степной растительности зольными элементами и азотом способствует тому, что каждый год возвращается в почву 600-1400 кг/га азота и зольных элементов, из которых преобладают калий, кальций, магний и фосфор.
Разложение органических остатков лугово-степной растительности происходит при участии аэробных и анаэробных бактерий в условиях своеобразного гидротермического режима, при котором сквозное промачивание профиля отсутствует, а в верхних слоях чередуются периоды увлажнения и иссушения. В результате в почве не наблюдается полной минерализации органических остатков, что благоприятствует образованию темноокрашенных гуминовых кислот, насыщенных кальцием. Гуминовые кислоты закрепляются основаниями в зоне образования, чему благоприятствуют как большое количество кальция и магния, способствующих коагуляции гуминовых кислот, так и летнее иссушение почвы, во время которого микробиологические процессы ослабевают и минерализация замедляется. Необратимое взаимодействие гумуса с минеральными коллоидами, коагуляция гуминовых кислот карбонатами кальция и магния, нейтрализация перегнойных кислот основаниями обусловливают накопление и закрепление гумуса, формирование водопрочной структуры почвы. Разрушение минеральной части почвы и передвижение гумусовых веществ по профилю ограничивается, так как промывной тип водного режима отсутствует. Вымываются вниз лишь легкорастворимые соли, гипс, карбонаты кальция и магния. Таким образом, существенными чертами почвообразования при формировании черноземов являются гумусонакопление в значительной части профиля с преобладанием гуминовых кислот и гуматов кальция, накопление большого количества азота и элементов зольного питания растений, формирование карбонатного иллювиального горизонта, образование водопрочной зернистой и мелкокомковатой структуры и как следствие формирование высокоплодородных черноземных почв.
2 Описание почвоклиматических условий зоны района.
2.1 Климатические условия
Предгорная часть степной зоны Челябинской области отличается достаточно теплым и умеренно засушливым климатом. Продолжительность периода активной вегетации растений составляет более 135 дней. Начинается он 5-11 мая и заканчивается 14-18 сентября. За это время сумма эффективных температур составляет 2100-2300. В тоже время характерной особенностью погодных условий этой зоны является возврат холодов и заморозки. Весной они случаются до 27-30 мая, осенью до 9-10 сентября, поэтому продолжительность безморозного периода здесь -110-120 дней.
Сумма осадков за год составляет 330-404 мм, гидротермический коэффициент не превышает единицы. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы к началу полевых работ колеблются от 150 на севере зоны до 100-120 мм на юге, поэтому влагообеспеченность основных сельскохозяйственных культур составляет 50-60% от оптимальной потребности. Устойчивый снежный покров в предгорной степной зоне устанавливается в середине ноября и сохраняется 140-150 дней. Равнинная часть степной зоны отличается наиболее теплым, но засушливым климатом. Общая обеспеченность теплом достаточна для выращивания даже среднеспелых сортов такой теплолюбивой культуры, как кукуруза.
За вегетационный период выпадает 160-210 мм осадков. К началу весенних полевых работ запас продуктивной влаги в метровом слое почвы составляет 105-130 мм, что обеспечивает потребность сельскохозяйственных культур на 40-50%.
Зима на территории степной и равнинной зоне малоснежная и морозная. Высота снежного покрова обычно не превышает 20 см, абсолютный минимум температур в воздухе -440С. Почва глубоко и сильно промерзает, поэтому озимые культуры при таких условиях, как правило, погибают.
Приведём средние многолетние данные подекадно за теплый период по осадкам, температуре воздуха, вычислим гидротермический коэффициент по месяцам (таблицы 1,2,3).
Таблица 1 - Среднемесячная температура воздуха за период вегетации (оС)
|
Температура
|
Месяцы
|
За вегетацию
|
|
|
май
|
июнь
|
июль
|
август
|
сентябрь
|
|
|
Среднемесячная
|
12.8
|
14.4
|
17.8
|
14.8
|
10.0
|
-
|
|
Сумма t> 10 оС
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2150
|
Таблица 2 – Подекадные осадки за вегетационный период (мм)
|
Осадки
|
Декады
|
Месяцы
|
За вегетацию
|
|
|
|
май
|
июнь
|
июль
|
август
|
сентябрь
|
|
|
Среднедекадная
|
1
|
12.3
|
24.1
|
11.5
|
15.4
|
11.7
|
|
|
|
2
|
16.1
|
19.4
|
19.7
|
25.2
|
20.4
|
|
|
|
3
|
15.8
|
18.8
|
23.9
|
12.6
|
22.1
|
|
|
Среднемесячная
|
44.2
|
63.4
|
55.1
|
53.2
|
54.2
|
270,1
|
Таблица 3 - Гидротермический коэффициент за вегетационный период
|
ГТК
|
Месяцы
|
За вегетацию
|
|
Среднемесячная
|
май
|
июнь
|
Июль
|
август
|
сентябрь
|
1,29
|
|
|
1.00
|
1.50
|
1.11
|
1.40
|
1.54
|
|
ГТК определяют по следующей формуле (по Г.Т. Селянинову):
К=10Р/t,
где Р – сумма осадков за период с температурой более 10 оС, мм; t – сумма температур за этот же период, оС.
К (май)=10*44,2/438=1.00
К (июнь)=10*63.4/421=1,50
К (июль)=10*55.1/495=1.11
К (август)=10*53.2/381=1.40
К (сентябрь)=10*54.2/352=1.54
Кобщ =10*2701/2087=1,29
2.2 Почвенные условия
Таблица 4 – Агрохимическая характеристика почвы
|
№
поля
|
Гумус,
%
|
рНксl
|
Мг экв/100г
|
V,%
|
Содержание, мг/кг почвы
|
|
|
|
|
Нr
|
S
|
T(ЕКО)
|
Na
|
|
N-NO3
|
Р2О5
|
К2О
|
|
1
|
4,1
|
6,5
|
1,5
|
33
|
34,5
|
0,5
|
95,6
|
19
|
41
|
325
|
|
2
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
17
|
42
|
305
|
|
3
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
12
|
39
|
316
|
|
4
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
9
|
40
|
301
|
|
5
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
-/-
|
7
|
39
|
320
|
Чернозём южный солонцеватый среднемощный малогумусовый тяжелосуглинистый обладает (рНксl=4,1) кислой реакцией почвенной среды, высокой насыщенностью основаниями (V=95,6%), не требует химической мелиорации, благоприятен для выращивания сельскохозяйственных культур. Эффективное плодородие данной почвы характеризуется низкой (4, 5 поле), высокой (1, 2, 3 поле) обеспеченностью нитратным азотом; низкой обеспеченностью усвояемыми фосфатами и высокой – обменным калием.
3. Состояние земельных ресурсов сельскохозяйственного назначения.
3.1 Общая характеристика земельных ресурсов.
Земельные ресурсы:
Общая площадь Челябинской области - 8,9 млн. га. Распределение земельного фонда по угодьям (тыс. га): сельскохозяйственные угодья, всего - 5126,3; земли под поверхностными водами - 274,3; болота - 193,4; земли под лесами и древесно-кустарниковой растительностью - 2778,0; другие угодья - 480,9.
Черноземные почвы занимают в области более 60% площади сельскохозяйственных угодий. Южная часть области - район плодородных земель, край высокоразвитого сельскохозяйственного производства.
В области сложилась эрозионно-опасная ситуация. Нагрузка на пастбища превышает норму в 3-4 раза. На оставшихся сенокосах и пастбищах происходит деградация травостоя. На площади более 1,3 млн. га наблюдается ветровая, водная, механическая и биологическая эрозия почв. Сорная растительность все больше вытесняет естественную флору лесов и пастбищ.
За последние 20 лет почвы области потеряли около 30 % гумусового слоя, ежегодно разрушается 1,2-1,4 т гумуса. За этот же период площадь кислых почв, нуждающихся в известковании, возросла на 250 тыс. га.
Под отвалы изъято более 10 тыс. га земель, карьерами занято 15 тыс. га, около 100 тыс. га земель выведено из строя старыми разработками. Наибольшее количество карьеров и отвалов сосредоточено в горно-лесной зоне в районе городов Бакала, Сатки, Уфалея.
Ежегодно от стационарных промышленных установок в почву, водоемы, лесные угодья области попадает около 2,6 млн. т химических загрязнителей, что составляет около 300 кг/га. Прямым следствием этого является возникновение химической эрозии почв.
В результате деятельности ПО "Маяк" загрязнены стронцием-90 на площади (в тыс. га): сельхозугодий, всего - 560,0, в т.ч. пашни - 380,0, сенокосы и пастбища - 180,0.
По данным космических съемок и анализу снежного покрова в ареалах крупных промышленных центров суммарная площадь загрязнения тяжелыми металлами составляет 29,5 тыс. км2. Если прибавить сюда площадь, загрязненную радионуклидами, а также территории, занятые техногенными отходами (шлаки, отстойники, свалки, хранилища), то суммарная площадь будет равна 50 тыс. км2 или 56% всей территории области.
Таблица 5 – Структура земель Агаповский р-на Челябинской обл.
|
Общая площадь
|
Всего с/х угодий
|
Пашня
|
Сенокосы
|
Пастбища
|
Леса
|
Кустарники
|
Болота
|
Под водои
|
|
85714
|
80498
|
54538
|
5402
|
20558
|
3481
|
1117
|
226
|
780
|
Таблица 6 –Характеристика агроландшафта.
|
Зона
|
Район
|
Площадь пашни в % от
|
Показатели экологической устойчивости агроландшафтов
|
|
|
|
общей площади
|
с/х. угодий
|
Коэффициенты стабильности
|
Оценка стабильности агроландшафта по коэффициентам
|
|
|
|
|
|
КЭСЛ1
|
КЭСЛ2
|
КЭСЛ1
|
КЭСЛ2
|
|
Степная
|
Агаповский
|
63,6
|
67,8
|
0,5763
|
0,3317
|
нст.
|
малостабильный
|
Вывод: Агроландшафт Агаповский района в общем нестабильный, малостабильный из-за большого процента распашки земель, а пашня относится к нестабильным почвам. Стабильность агроландшафта можно улучшить путем уменьшения пашни и увеличения лесных насаждений так как они в данном районе отсутствуют.
3.2 Характеристика основных типов почв.
Обыкновенные черноземы занимают центральную часть черноземной зоны. Верхний горизонт темного цвета. Почвы содержат 6—8% гумуса. Мощность горизонта А—40см, А + В—50— 80 см. Структура комковато-зернистая. Вскипание на глубине 50— 60 см. В горизонте С глубже 70 см встречаются выцветы карбонатов в форме белоглазки. Обыкновенные черноземы имеют рН 7,0, но среди них попадаются карбонатные почвы, т. е. вскипающие с поверхности. Реакция почвенного раствора их слабощелочная (рН 7,2—7,5).
Выщелоченные черноземы более плодородные. Они расположены между оподзоленными и мощными черноземами. Горизонт А в них темной окраски, достигает 50—70 см. Структура преимущественно зернистая, хорошо выражена, достаточно водопрочная. В горизонте А содержится 6—10% гумуса. Общий гумусный слой А + В равен 80 см. В горизонте В отчетливо выражена комковато-призматическая структура. Реакция почвы нейтральная (рН 6—7,0). Горизонт вскипания (карбонатный) залегает на глубине примерно 70—110 см. В горизонте В и даже С встречаются «кротовины».
Среди выщелоченных черноземов имеются смытые, но их значительно меньше, чем в оподзоленных, и степень смывов менее значительная.
4 Почвенно-экологический индекс.
Девегетация почв, то есть потеря почвами природного растительного покрова, приводит к существенному изменению почвообразовательных процессов, физических, физико-химических и химических, гумусового состояния, в целом экологии и плодородия почвы. Из-за этих нарушений в системе почва-растение создается отрицательный баланс органического вещества (углерода), катионов щелочноземельных металлов (Ca, Mg) и элементов питания.
Отрицательный баланс кальция и магния приводит к изменению состава обменных катионов почвенного поглощающего комплекса ППК. Этот процесс протекает прежде всего в почвах, имеющий небольшой фонд свободных карбонатов. К ним относятся черноземы выщелочные и серые лесные почвы. Последствием этого почвообразовательного процесса в Челябинской области является увеличение кислотности пахотных почв в северной лесостепи.
При освоении почв под пашню усиливаются эрозионные процессы, которые могут привести к физическому разрушению почвенного покрова и почв. Девегетация почвенного покрова в результате уничтожения прородных фитоценозов нередко приводит к нарушению водно-солевого режима территории, к развитию в лесостепной и степной зонах солончакового и солонцового процессов.
Таким образом, освоение и использование черноземных почв без специальных агротехнических приемов сопровождается ухудшением их физического, физико-химического и химического сосотояния. Выявлено нарушение генетических процессов почвообразования и снижение многих показателей плодородия этих почв. В этой связи имеет большое значение периодическая оценка общего экологического состояния и уровня плодородия почв.
Методика экологической оценки почв разработана в почвенном институте РАСХН И.И. Кармановым (1985). Она позволяет оценивать состояния почв природных фитоценозов, пашни, многолетних насаждений сенокосов и пастбищ от конкретного участка и поля до хозяйства и области. Экологическая оценка почвы в баллах проводиться на основании ее свойств, с учетом климатических условий. при которых формировалась почва. Выражается в виде обобщенного показателя – почвенно-экологического индекса (ПЭИ), который рассчитывается по формуле (3):
(3)
где V – средняя плотность метрового слоя, г/см3;
2 – максимальная возможная плотность почвы, г/см3;
П – полезный объем почвы;
Кг – коэффициент на содержание гумуса;
N –содержание в почве азота, %;
Г – содержание гумуса, %;
КрН – коэффициент на кислотность;
КСол – коэффициент на солонцеватость;
КЩ – коэффициент на щебнистость;
КГМ – коэффициент на гидроморфность;
КСЭ – коэффициент на степень эродируемости почвы;
КУ – коэффициент увлажнении;
Р – поправка на коэффициент увлажнения;
КК – коэффициент континентальности;
Кр – коэффициент на содержание подвижного фосфора;
Кк – коэффициент на содержание обменного калия
Множитель 12,5 является постоянным для всех типов почвы.
Величина 2-V рассчитывается на основании фактической плотности метрового слоя почвы с учетом поправки на коэффициент увлажнения.
Коэффициент увлажнения (КУ) определяется по формуле (4):
(4)
где Дк – дополнительный (зональный) коэффициент: для горно-лесной и лесостепной зоны = 5,1; степной зоны = 4,9;
Ос – среднегодовая сумма осадкой, мм;
t>10° - среднегодовая сумма температур более 10°С.
Коэффициент увлажнения (КУ), по которому определяются поправки на величину 2-V, используется также с поправкой (Р).
Поправки к коэффициентам увлажнения вычисляются из расчетного коэффициента увлажнение (КУ). Величина КУ, превыщающая 1,1, принимается равной 1,1.
Коэффициент П позволяет учитывать полезный объем почвы различного гранулометрического состава.
Кг – коэффициент на содержание гумуса – рассчитывается следующим образом. Фактическое содержание гумуса в конкретной почве сравнивается с эталоном – средним содержанием гумуса в почве того же типа.
Отношение выражается в процентах. По величине этого отношения находят коэффициент Кг.
Роль гумуса как экологического фактора зависит от азотного фонда, точнее от обеспеченности гумуса азотом. Чтобы учесть влияние на экологическое состояние почвы качественного состава гумуса, вводится поправка, которая определяется по формуле
Важным фактором экологического состояния почв являются климатические условия. При расчете почвенно-экологического индекса (ПЭИ) учитывается сумма эффективных температур более +10°, годовая сумма осадков, амплитуда колебания абсолютных показателей среднемесячной температуры самого холодного месяца – января и самого теплого – июля. Водится зональный климатический коэффициент: для горно-лесной зоны Челябинской области – 5,3; для лесостепной – 5,1 и степной – 4,9. Учитывается континентальность климата по коэффициенту континентальности (КК), который рассчитывается по формуле (5):
(5)
где tmax-tmin – амплитуда колебаний температуры;
– широта местности.
Почва – это депо элементов питания. Эта экологическая функция почвы оценивается по содержанию подвижного фосфора и обменного калия.
Таблица 6 – Почвенно-экологический индекс
|
Почва
|
V
|
П
|
Г
|
Поправка на Кг
|
Кг
|
Ксол
|
КГМ
|
КрН
|
КУ
|
КК
|
Кр
|
Кк
|
ПЭИ
|
|
Чернозем обыкновенный
(Агаповский)
|
пашня
|
1,29
|
1,00
|
6,73
|
0,66
|
0,99
|
-
|
-
|
1,00
|
0,69
|
187,23
|
0,93
|
1,07
|
28
|
|
|
целина
|
1,22
|
0,98
|
8,36
|
0,51
|
1,10
|
-
|
-
|
0,94
|
|
|
0,95
|
1,11
|
26
|
Почвенно-экологический индекс, как комплекс показателей позволяет оценивать объективно состояние почвы, выявить негативные процессы, которые приводят к ее деградации, в том числе снижение плодородия. Так исследования показали что ПЭИ чернозема выщелоченного на целине составляет 26 баллов, а на пашне 28 баллов. Такое явление может быть обусловлено повышением кислотность после распашки почвы до более благоприятной для растений.
5. Выводы.
- Агроландшафт Агаповский района в общем нестабильный, малостабильный из-за большого процента распашки земель, а пашня относится к нестабильным почвам. Стабильность агроландшафта можно улучшить путем уменьшения пашни и увеличения лесных насаждений так как они в данном районе отсутствуют.
- Почвенно-экологический индекс, как комплекс показателей позволяет оценивать объективно состояние почвы, выявить негативные процессы, которые приводят к ее деградации, в том числе снижение плодородия. Так исследования показали что ПЭИ чернозема выщелоченного на целине составляет 26 баллов, а на пашне 28 баллов. Такое явление может быть обусловлено повышением кислотность после распашки почвы до более благоприятной для растений.
6. Список литературы.
- Л.А. Сенькова Интерпретация данных морфологии, анализов состава и свойств почв. Челябинск, 2004 г., 20 стр.
- А.И. Левит Южный Урал: георгафия, экология, природопользование. Учебное пособие. Челябинск, Южный Урал, кн-е издательство "«жный Урал"» изд. -–тоговый дом, 2001 г.,
246 стр.
- Ганжара Н.Ф., Борисов Б.Л., Байбеков Р. Ф. « Практикум по почвоведению», Москва 2002 г. «Агроконсалт».
Комплексная оценка экологической устойчивости агроландшафтов и использования почвенных ресурсов