Почва, как объект инженерно-географического анализа.

Почва — биокосный компонент ландшафта, продукт его длительного развития и функционирования. Почва формируется в приповерхностном слое коры выветривания в результате длительного взаимодействия абиотических и биотических компонентов ландшафта и обладает свойством плодородия. Морфологическим признаком тех или иных почв является совокупность генетических горизонтов. Почвообразование определяется тремя основными группами процессов: разложением органических остатков биоты, накоплением или аккумуляцией определенных веществ и энергии, выносом или вмыванием продуктов разрушения в нижележащие горизонты и за пределы почвы. Все эти процессы тесно связаны с поступлением солнечной энергии, увлажнением и фильтрационными свойствами литогенной основы. То есть в почвообразовательных процессах проявляются как черты зональности, так и региональные или местные особенности. По сочетаниям ведущих почвообразующих процессов, определяющим различия в строении почвенного профиля, выделяются типы почв (подзолистые, каштановые и др.). Почвы одного типа развиваются в районах с близкими гидротермическими условиями, под одинаковыми растительными формациями. Поэтому в распространении типов почв хорошо прослеживается их широтная зональность. По интенсивности и специфике проявления ведущих процессов, отражающейся в почвенных горизонтах, выделяют виды почв (слабо- или сильноподзолистые). Механический состав верхних горизонтов почв определяет их разновидность или разность(сильноподзолистые супесчаные или суглинистые).

Характеристиками почв, сильно отражающимися на их свойствах, продуктивных возможностях и хозяйственной оценке, являются мощность гумусового горизонта и гумусосодержание, механический состав, увлажнение и водный режим, кислотность, щелочность, емкость и насыщенность поглощающего комплекса почв основаниями.

Например, мощность гумусового горизонта в зональных подзолистых и дерново-подзолистых почвах тайги и подтайги может меняться от 0,5 до 30 - 35 см. В условиях интенсивной хозяйственной деятельности, на склонах более 3 градусов, эрозионными процессами гумусовый горизонт может размываться. Особенно интесифицируется эрозия и дефляция гумусового горизонта при уничтожении растительного покрова и разрыхлении почвы на больших площадях в процессе сельскохозяйственного товарного производства. Избежать этого сложно, так как большинство сельскохозяйственных растений являются экзотическими однолетниками, слабо конкурентными в естественных сообществах. Поэтому создание им благоприятной обстановки для продуцирования требует рыхления почвы и уничтожения их конкурентов. Избыточная пастбищьная нагрузка сельскохозяйственных животных также ведет к стравливанию и выбиванию растительного покрова, а затем и разрыхлению верхнего слоя почвы. Эрозионные процессы особенно характерны для возвышенных равнин юга лесной, лесостепной, северной и средней части степной зон и подзон. В разных классификациях по степени смытости гумусового горизонта выделяют такие категории почв и их признаки: — слабосмытые (смыто менее 10% или менее половины гумусового горизонта); среднесмытые (смыто 10 - 30% или более половины горизонта А₁); сильносмытые (смыто 30 - 50% или весь горизонт А и частично В). Однако даже в пределах одного склона степень смытости почв может весьма сильно различаться. У смытых почв существенно меняются и другие свойства, определяющие их плодородие, а урожайность культур при этом может снижаться в два - четыре раза. Снижение интенсивости эрозии, повышение и поддержание продуктивности угодий, в зависимости от ландшафтных особенностей территории и возделываемых культур, требует специальных агротехнических приемов обработки почвы, внедрения геоэкологически обоснованных севооборотов, размещения и чередования культур, внесения удобрений. В частности, последнее время усилился интерес к ландшафтно-экологически обоснованному контурному земледелию.

Для оптимизации землепользования проводится качественная сравнительная оценка или бонитировка почв и земель. При этом обычно используется 100-бальная бонитировочная шкала. Лучшие “эталонные” почвы оцениваются суммой в 90 - 100 баллов (X класс бонитета). Менее качественные по плодородию и биопродуктивности почвы относятся к более низким классам бонитета (80 - 90 баллов - IX класс и т. д.). Для бонитировки почв выбирают свойства и показатели почв хорошо коррелирующие с многолетней урожайностью на них тех или иных культур (гумуссированность, емкость и насыщенность основаниями ППК, кислотность и др.). Каждый из выбранных показателей по формуле Б = 100 Nф / Nэ, оценивается (нормируется) в баллах относительно его оптимальных значений у эталонной почвы. Здесь Nф - фактическое значение показателя для конкретной почвы или почвенного выдела, а Nэ - значение того же показателя у эталонной почвы. Сумма всех выбранных для оценки показателей у эталонной (лучшей по урожайности) почвы должна быть 100 баллов. При наличии других факторов или свойств почв, влияющих на урожайность и, соответственно, бонитет (оглеение, смытость и др.), вводят региональные (местные) поправочные коэффициенты.

Для проверки правильности выбора системы оцениваемых показателей качества почв составляются шкалы средней многолетней урожайности основных культур по почвенным выделам. При правильном выборе показателей, расхождения между этими шкалами не должны по одному региону или ПТК ранга местности различаться более чем на 10%.

Средневзвешенная оценка земельных выделов (на единицу площади) производится по следующей формуле:

Бо = Б1 х S1 + Б2 х S2 + ... Бn x Sn / Р, где Бо - средневзвешенный оценочный балл земельного выдела, Б1, Б2 и т.д. - балл для каждой разновидности почв, S1, S2 и т.д. - площади почв каждой разновидности (га), Р - общая площадь земельного выдела (га).

С помощью агротехнических приемов обработки почвы, химизации, биоэкологических и агроландшафтных технологий удается повысить биопродуктивный потенциал почв. Однако каждый вид агротехнологий способен положительно влиять на урожайность и оставаться экономически оправданным до определенных пределов. Например, прирост урожайности с/х культур за счет удобрений, после достижения определенного ее уровня, на каждый последующий центнер прироста урожайности требует многократного, экономически и экологически неоправданного увеличения доз удобрений. Наибольшего эффекта при оптимизации землепользования можно добиться путем геоэкологически обоснованного сочетания агротехнических, химикотехнологических, био- и ландшафтно-экологических приемов и методов сельскохозяйственного производства. В частности, последнее время все активнее прорабатываются вопросы контурного, адаптивного земледелия на ландшафтно-экологической основе (В.А. Николаев, Г.И.Швебс и др.). Такой подход позволяет перейти от господствующего у нас в России экстенсивного (“площадного”) сельскохозяйственного производства, к интенсивному (высокопродуктивному).

При оценке почвогрунтов для строительства и земледелия следует также учитывать их химическую и биологическую агрессивность, в частности, к фундаментам инженерных сооружений. Первая определяется кислотностью (рН) и засоленностью почв, вторая — интенсивностью БИК и активностью почвенных микроорганизмов.

3.6. Индикация и прогнозирование ландшафтоформирующих и ИГ процессов и свойств природных компонентов.

Известно, что природные компоненты ландшафтов тесно между собой связаны, а их свойства оказывают сильное взаимное влияние друг на друга, Поэтому по изменению свойств или по самим свойствам одних компонентов ландшафтов можно индицировать или прогнозировать свойства других. В таблице 3. 13. показано изменение скорости ветра в зависимости от положения на формах рельефа, его элементах или их частях, на высоте 2 м при неустойчивой (в скобках - устойчивой) стратификации атмосферы (Рекомендации, 1981).

Таблица 3. 13.

Коэффициенты изменения скорости ветра в различных условиях рельефа

Многие неблагоприятные процессы и явления не всегда в яркой форме могут проявляться во время полевых исследований. Однако следы их былого развития, как правило, запечатлеваются в тех или иных элементах и компонентах ландшафтов территории. Чем большую интенсивность и повторяемость эти процессы имели, тем более яркие и разнообразные следы они оставляют в ландшафтах. Специалист может индицировать их развитие по косвенным признакам и, при необходимости, организовывать целенаправленные исследования. Кроме того, некоторые свойства и параметры природных компонентов позволяют прогнозировать развитие в ландшафтах важных с инженерной точки зрения процессов. Например, наличие средне- и высокогорных массивов или вулканов в районах исследований говорит о повышенной сейсмичности территории. Однообразный, спокойный, слабоволнистый или плоский рельеф, как правило, характеризует территории где отсутствуют быстротекущие рельефообразующие процессы. Сильно и резко меняющийся в пространстве рельеф может быть признаком интенсивности развития рельефообразующих процессов, а может отражать сложность геологических структур и историю развития территории. Наличие “пьяного леса” и искривление стволов деревьев в нижней части говорит о развитии активных склоновых процессов (оползания грунта, схода снежных лавин).

В районах, где геологическая структура горных пород плохо выражена, то есть там, где склоны достаточно круты, а реки глубоко врезаны, можно ожидать развития активных рельефоформирующих геодинамических и других процессов. Там же, где широко распространены структурные формы рельефа (структурные ступени, ступенчатые пластовые равнины), территории характеризуются относительно спокойной геодинамической обстановкой. Правда и здесь на крутых склонах могут проявляться обвально-оползневые процессы, не осключена возможность и проявления карста.

Проявление дизъюнктивных несогласий характеризуют наличие трещин, по которым могут происходить движения отдельных блоков горных пород (сбросы, сдвиги, надвиги и др.). Дизъюнктивные долгоживущие структуры, относящиеся к трещинам растяжения, обычно хорошо выражены в рельефе в виде его отрицательных форм: оврагов, балок, долин рек. Изучая рисунок речной сети по топокартам, аэро- и космоснимкам, часто удается выявить и рисунок дизъюнктивных структур - скрытых глубоких разломов. Это играет очень важную роль при оценке района для размещение крупных и опасных хозяйственных объектов.

Анализируя характер поверхностных отложений, перепады высот, уклоны, климатические условия, антропогенные воздействия можно прогнозировать вероятность развития тех или иных экзогенных склоновых процессов. Так при перепадах высот более 10 м, уклонах превышающих естественные углы откосов породы, ее выветрелость и сильная трещиноватость, подрезание склонов при планировочных работах или выемке грунта говорят о большой вероятности развития гравитационных обвальных и осыпных процессов. Наличие водоупорного горизонта, наклоненного в сторону склона, и сильное увлажнение рыхлых поверхностных отложений, при высоте склона более 10 м и крутизне более 10 градусов, определяют повышенную вероятность развития оползневых процессов, даже при его залесении. Близко к поверхности залегающие толщи известняков и других карстующихся пород увеличивают опасность развития и проявления карстовых провалов, просадок, воронок. Эти процессы усложняют и увеличивают стоимость большинства видов хозяйственного освоения территорий, а для особо опасных производств могут служить факторами резко ограничивающими или запрещающими их размещение.

Индикация, распознавание поверхностных отложений и их свойств по тем или иным признакам имеет важное значение в ИГ изысканиях. Так в районах вероятного распространения лессовых пород распознать их можно по таким косвенным признакам: палевой окраске, способности удерживать в естественных откосах вертикальные или близкие к ним стенки, столбчатой отдельности с трещинами по вертикальным пустотам, макропористости, обусловленной зернисто-агрегатной структурой и многочисленными пу­стотами от ходов червей или на месте сгнивших корней растений, наличию гумусированных прослоек, белесым или светло-желтым налетам солей, повышенной карбонатности, суффозионно-просадочных блюдцам (подам), относительно глубокому залеганию уровня грунто­вых вод и др. На частично застроенных территориях обращают внимание на вертикаль­ную планировку, степень герметичности водоводов и искусственных водонакопителей, а также на состояние зданий, их деформации просадочного происхождения. Если на площадке происходили просадочные деформа­ции, материалы исследований дополняют сведениями об источниках замачивания, размерах просадочных блюдец, расстоя­нии от них до сооружений; фотографиями и описаниями деформации конструкций.

По преобладающей растительности можно определить почвообразующие грунты: сосняки — пески, ельники в лесной зоне — суглинки и глины, широколиственные породы — карбонатные грунты.

Косвенными признаками засоленных грунтов являются наличие солонцово-солончаковых комплексов, выцветы солей на поверхности, кристаллические и пылеватые скопления солей в пустотах породы, натеки на стенках старых выработок и выемок, а также характер растительности и ее видовой со­став в ПТК на засоленных грунтах. Кроме того, для определения засоленности можно использовать простой прием—опустить в небольшое количество воды кусок грунта, размешать и после отстоя попробовать на вкус. Обычно при хлоридном засолении вода имеет солоноватый вкус, а при сульфатном— чуть горьковатый с железистым привкусом.

В районах распространения вечномерзлых грунтов показателем их мерзлого состояния и потенциальной прочности яв­ляется тип криогенной текстуры, т.е. пространственное размещение в слое грунта ледяных включений.

Если встречаются заторфованные почвогрунты то состояние торфа определяют в соответствии с таблицей 3. 14.

Таблица 3. 14.

Признаки степени разложения торфов