Изменение свойств почв и компонентов экосистемы

Уплотнение почв под влиянием различных причин приводит к изменению их физических свойств, водного, воздушного и теплового режимов, к изменению их физико-химических и агрохимических показателей, биоты, состояния растений, состава грунтовых вод и приземного слоя воздуха. По данным Куйбышева С.В., повышенные рекреационные нагрузки на почвы лесопаркового пояса Москвы привели к резкому увеличению плотности верхнего 15 см слоя почвы, к уменьшению порозности и пористости аэрации, значительному уменьшению водопроницаемости (1 4-5 раз – для песчаных почв и в 10-12 раз – для суглинистых почв). Это сопровождалось обеднением почв доступными формами азота, фосфора и калия, уменьшением гумусированности.

Как отмечает Садыкбаев Т., повышенные рекреационные нагрузки приводят к уплотнению почв, сопровождающемуся уменьшением накопления гумуса и подвижных соединений азота, к возрастанию фульватности гумуса и уменьшению доли «свободных» гуминовых кислот. Согласно данным Ушаковой Л.А., при уплотнении дерново-подзолистых почв отмечается ухудшение микроагрегатного состава, уменьшение общей удельной поверхности и теплоты смачивания. Увеличение плотности сопровождается изменением подвижности в почве токсикантов, изменением биологической активности почв. По данным Мосиной Л.В., уплотнение почв от 0,6 до 2,0 г/см³ на дерново-подзолистых почвах приводило к повышению содержания обменных цинка, алюминия, меди и свинца.

По нашим данным (Савич В.И. и др.) увеличение плотности почв под влиянием рекреационных нагрузок приводило к уменьшению биологической активности почвенных растворов, идентифицируемой по их влиянию на прорастание семян, к уменьшению их комплексообразующей способности.

Мосиной Л.В. и Грачевой Н.М. показано, что при увеличении плотности почв происходило перераспределение микроорганизмов с глубиной. Они перемещались в более рыхлые глубокие слои, но с достаточной гумусированностью. При этом отмечалось уменьшение числа микроорганизмов и их активность, наблюдалось возрастание доли спорообразующих бактерий, нарушение репродуктивных функций актиномицетов.

Как следствие, увеличение плотности почв приводит к худшему развитию с/х растений и к падению урожайности. Исследования, проводимые в Московской области (Липецкий Н.П.), показали, что уплотнение дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы, в состоянии ее физической спелости, ходовыми системами современных тракторов в 1-2 следа не устраняется предпосевной обработкой и приводит к падению урожайности на 10-20%. Эти неблагоприятные явления еще больше проявляются на влажных (весной и осенью) осушенных заболоченных почвах. Водопроницаемость поверхностных горизонтов этих почв резко снижается, увеличивается поверхностный сток, в западинах аккумулируются большие объемы воды. Результаты исследований Матюка Н.С. показывают, что при уплотнении почв ходовыми системами тракторов густота всходов картофеля уменьшилась на 5,5% при однократном проходе и на 9% - при 2-кратном проходе. По данным Пупонина А.И. и др., уплотнение почв увеличивало непродуктивный расход почвенной влаги сельскохозяйственными культурами. Коэффициент водопотребления ячменя на участках с 2-кратным уплотнением, в среднем за 3 года, был больше на 7-22%, чем на участках без уплотнения.

Houben J.M. отмечается, что твердость почв влияет на рост корней непосредственно, создавая механическое сопротивление косвенно, уменьшая содержание пор аэрации. Нормальный рост растений обеспечивается при пористости аэрации, соответствующей всасывающему давлению 100 см; > 20% - в песчаной; 17% - в легкосуглинистой; 14% - в тяжелосуглинистой и 10% - в глинистой почве. В то же время, уплотнение почв, вызывая явления анаэробиозиса, дегумификации, в значительной степени, влияет на пищевой режим почв, обеспеченность растений элементами питания, воздухом, водой, на устойчивость растений к стрессовым ситуациям.

В связи со значительным влиянием уплотнения на урожай, проводятся расчеты изменения урожайности с увеличением степени уплотнения. Зависимость между урожаем с/х культур и плотностью почвы определяется следующим уравнением (Кушнарев А.С.): Q = 1 – [ a (P_opt – P)² + в (P_opt – P)], где Q – урожай в долях от оптимального урожая, получаемого при оптимальной плотности почв; P_opt – оптимальная плотность почв; Р - текущее значение плотности; а и в – эмпирические коэффициенты. По данным автора, для сахарной свеклы зависимость урожая от плотности определялась уравнением: Q = 1 – [13,96 (P_opt – P)² + 0,08 (P_opt – P)]. Увеличение плотности почвы, на 0,1-0,3 г/см³ от оптимальной, приводило к снижению урожая на 20-40%. Но очевидно, что подобные эмпирические уравнения не отражают всей сложности существующих зависимостей и не могут быть применены для других почв и условий.

Изменение свойств почв при уплотнении зависит от сочетания свойств исходных почв и взаимовлияния на почву факторов деградации. Обычно вспашка увеличивает объем крупных пор, и это определяет возрастание водопроницаемости, корнепроницаемости, воздухоснабжения. Однако, при этом происходит уплотнение нижней части горизонта. Образуется плужная подошва. Это уплотнение зависит от мощности гумусовых горизонтов, степени оподзоленности почв, влажности. Буферность или устойчивость к уплотнению является для отдельных почв характеристическим показателем. Если не учитывать особенности почвы при ее вспашке, то можно ухудшить ее физические свойства. Уплотнение подпахотного горизонта способствует быстрому пересыханию верхнего горизонта и увеличивает его подверженность эрозии (Карпачевский Л.О.). По данным автора, при утяжелении гранулометрического состава от песка до тяжелого суглинка уменьшается плотность почв, возрастает влажность завядания, влагоемкость почв. В легкой глине плотность почв может снова возрастать.

Уплотнение почв может соответствовать как уменьшению скважности почв, так и разрушению макро- и микроагрегатов почв. Механическое уплотнение чаще приводит к уменьшению скважности почв, оглеение, осолонцевание, в первую очередь, действует на устойчивость агрегатов почв. По данным Зубковой Т.А., механическая прочность агрегатов отражает свойства почвенной матрицы на структурном макро-уровне. Прочность агрегатов пропорциональна числу контактов, которые определяются удельной поверхностью почвенной матрицы и числом ее сорбционных центров. По мнению автора, оценкой структурных связей агрегатов может быть характеристика степени межчастичного контактирования – максимальное – в глинистых почва, минимальное – в легко и среднесуглинистых. При максимальном контактировании отмечается и большая механическая прочность агрегатов. Так, например, в легком суглинке порозность агрегатов составляет 40-50%; механическая прочность на раздавливание Р – 13-31 кПа; число контактов - < 8^. 10¹⁰ см^-2, а в средней глине порозность – 23-32%; Р – 122-147; число контактов – 118-191 ^. 10¹⁰ см^-2. Средняя сила индивидуальных контактов между частицами в агрегате составляет порядок 10^-11-10^-10 н.

Таким образом, уплотнение почв обусловлено действием ряда факторов, устойчивость к которым отдельных почв неодинакова. Выяснение теоретических закономерностей этого явления для отдельных почв пока не завершено. Устойчивость почв к уплотнению увеличивается на почвах более легкого гранулометрического с–става; при наличии устойчивого к уплотнению травостоя, уменьшается при временном и постоянном анаэробиозисе почв, при загрязнении почв, на кислых почвах, на менее гумусированных почвах, с меньшей мощностью А₁; при меньшем проективном покрытии травостоем, в пониженных элементах рельефа, при развитии эрозии. Нарушение экологической ситуации при уплотнении почв обусловлено более быстрым развитием эрозии, дегумификацией, изменением потоков вещества в грунтовые воды и в приземный слой воздуха, изменением микроклимата территории, уменьшением биологического разнообразия, изменением трофических цепей.