Приир. Учебники и учебные пособия для высших учебных заведений в. А. Медведский Т. В. Медведская сельскохозяйственная экология
 Скачать 1.54 Mb.
|
|
Почва – основное средство сельскохозяйственного произ- водства. Основоположник учения о почве В.В.Докучаев назвал почвой верхний слой земной коры, видоизмененный почвообразующими факто- рами. К числу этих факторов относят материнскую породу, возраст поч- вы, рельеф, климат, растительные, животные организмы, особенно мик- роорганизмы. Живые организмы способствуют развитию основного свой- ства почвы - плодородия. Плодородием почвы называют ее способность обеспечивать рас- тения необходимым количеством питательных элементов, воды и воз- духа. Оно складывается в ходе почвообразовательного процесса и воз- действия человека на почву. Почва - основа для получения урожая сельскохозяйственных культур, главное богатство, от которого зависит наше существование. Она является основным средством сельскохозяй- ственного производства. При интенсивном использовании земли необ- ходимо думать не только о том, как больше у нее взять, но и заботиться об увеличении ее плодородия. Хорошая обработка, своевременное внесение удобрений, за- держка влаги и чередование сельскохозяйственных культур препятству- ют истощению почвы. Разрушение почвы обычно идет за счет обедне- ния ее питательными веществами, ухудшения структуры и вследствие - ее эрозии, т.е. физического уничтожения. Эрозия почв и борьба с ней. Термин «эрозия» происходит от латинского - разъедать. Эро- зия представляет собой разрушение и снос почвенного покрова потоками 91 воды или ветром. При этом разрушается самый плодородный верхний слой почвы. Для создания этого слоя мощностью 18 см природа затратила примерно 1400-7000 лет, так как почвообразование идет очень медленно (0,5-2см в 100 лет). Большой вред землям причиняют овраги. Они врезаются в поля, нарушая их конфигурацию, затрудняя применение машин, сокращая па- хотные земли. Рост оврагов и смыв почв, как правило, прямое следствие бесхо- зяйственного обращения с землей. Различают ветровую и водную эрозию. Выдувание почв, снос ее и переотложение ветром называют ветровой эрозией. На развитие вет- ровой эрозии влияют: ветер, рельеф, характер поверхности почв, ве- личина и форма участка почвы, подвергающегося ветровой эрозии, его расположение по отношению к дующим ветрам, характер и состояние окружающих полей, почва и ее свойства, температура, влажность. Ветровую эрозию делят на два подтипа - пыльные или черные бури и местные или повседневные эрозии. Пыльные бури возникают при сильных ветрах, передвигающих мелкие почвенные частицы во взвешенном состоянии в воздушном потоке. Они уничтожают посевы, сносят верхний слой почвы, загряз- няют окружающую среду. Типичные пыльные бури проявляются при сильных ветрах в виде смерчей, столбов пыли, в виде поземок. Обыч- но ветер далеко не уносит поднятые частички. При поземке ветер не поднимает мелких частиц почвы выше роста человека, а тяжелые части- цы перекатывает по поверхности земли, часто повреждая всходы сельско- хозяйственных культур. Этот вид эрозии распространен на рыхлых поч- вах, где песчинки из-за малой связности передвигаются даже при слабых ветрах. Ветровую эрозию можно наблюдать даже зимой на выпуклых склонах, где обнаженная почва, лишенная снежного покрова, быстро теряет влагу и разрушается ветром. При этом образуются сугробы из сме- си снега и почвы. Наиболее опасны голые сыпучие пески, которые не могут быть использованы в сельском хозяйстве. Они заносят леса, сады дороги, водоемы, населенные пункты. Обычно развевание песков ветром происходит после уничтожения на них растительности, при вырубке лесов. Из других причин надо отметить чрезмерный выпас скота и непра- вильую организацию сельскохозяйственного использования пахотных площадей на песчаных почвах. Для примера приведем катастрофу, 92 произошедшую 12 мая 1934 года в штатах Техас, Канзас и Оклахо- ма в США. Ветер необычной силы сорвал почву на площади в млн га, поднимая в воздух облака земельной пыли. 25-тисантиметровый слой плодородной почвы за несколько часов был рассеян в простран- стве на тысячи км к востоку и западу и на 3 тысячи метров в высоту. Через несколько часов небо над отдаленными Нью-Йорком и Ва- шингтоном было закрыто земляной тучей. Следствие катастрофы – распахивание плодородной земли, где паслись бизоны, и выращивание на ней монокультуры. В засуш- ливые годы почва, лишенная растительности, превратилась в пыль и первый же порыв ветра сорвал ее с места. Борьба с эрозией должна проводится строго дифференциро- ванно, систематически и комплексно, включая организационные, аг- ротехнические, аэробиологические, агрохимические, лесомелиоративные и гидротехнические мероприятия. Агротехнические мероприятия. На пахотных землях главная задача по борьбе с эрозией — это водозадержание и регулирование по- верхностного стока. Агротехническими правилами обработки земли за- прещается вспашка вдоль склона горы, если он составляет с линией го- ризонта угол свыше 6-10 0 . На таких склонах пахать можно только в гори- зонтальном направлении. Благодаря этому каждая борозда поглощает дождевые и снеговые воды и тем самым препятствует смыву мелких и наиболее плодородных частиц почвы. На склонах, подверженных водной эрозии, необходимо практи- ковать полосное земледелие, при котором полосы, отведенные под сель- скохозяйственные культуры, чередуются с полосами, засаженными кус- тарниками, древесными породами, травами. Эти зеленые полосы по- глощают воды, стекающие со склонов. Большую роль в борьбе с эрозией почв играет снегозадержание, регулирующее накопление и таяние снега. Почва под обильным сне- говым покровом меньше промерзает и ранней весной лучше поглощает и удерживает обильные талые воды. Тем самым уменьшается разруши- тельное действие этих вод. Агробиологические мероприятия. Самыми лучшими защит- никами почвы являются растения. Травы скрепляют почву корнями и препятствуют ее размыванию, деревья прикрывают почву от ветра и защищают ее от размыва водой, так как под деревьями почва впитывает воду лучше, чем на полях. Деревья помогают останавливать рост овра- 93 гов. Вода, проникающая в глубину почвы, питает потом реки, ручьи, озера, ключи. Агрохимические мероприятия. Внесение удобрений - мощный фактор повышения плодородия смытых почв. Особенно отзывчивы эро- дируемые почвы на внесение органических удобрений: навоза, торфа, компоста, птичьего помета. Удобрения улучшают свойства почвы, а это способствует устойчивости почв против эрозии. Зеленые удобрения — хорошее средство обогащения почв органическим веществом и улуч- шения ее свойств. Для этой цели используют люпин, вику, бобы. Это са- мая дешевая и доступная форма быстрого обогащения почв азотом. По- сле такого агрохимического приема можно переходить к выращиванию более требовательных культур. Минеральные удобрения способствуют лучшему развитию надземной массы и мощной корневой системы, ко- торые задерживают выпадающие осадки и прекращают поверхностный сток. В борьбе с эрозией большую роль играет и севооборот. Лесомелеоративные мероприятия. Лес - мощное средство борьбы с эрозией. Лесные полосы регулируют водный режим почвы, защищают растущие на полях культуры от ветров. Лесная подстилка уменьшает глубину промерзания почвы и увеличивает водопоглаще- ние. Сплошное лесоразведение требуется на бедных, ма- лопроизводительных песках. На более плодородных песчаных почвах целесообразно практиковать полосное лесоразведение. Для борьбы с оврагами создаются специальные овражно-балочные лесные насажде- ния. Гидротехнические мероприятия. Предназначены для защи- ты склонов от смыва и размыва. Наиболее доступные простейшие гидротехнические сооружения из местных материалов (хвороста, древесины, камня) - это запруды, плетни, перемычки, перепады. Организационные мероприятия. В первую очередь ставят перед собой задачу правильно организовать территорию. Необходимо изучить рельеф почвы, растительность, характер сельскохозяйственных угодий При организации территории важно правильно разместить раз- личные угодья, лесные насаждения, организовать правильный сево- оборот, чтобы предотвратить дальнейшее развитие эрозии. Деградация и рекультивация почв. Деградация почв это постоянное ухудшение свойства почвы, которое выражается уменьшением содержания гумуса, разрушением структуры и в итоге снижением плодородия. 94 Деградация почв вызывается не только эрозией. Основными факторами деградации почв являются: эрозия, чрезмерный выпас скота, неправильная агротехника, загрязнение токсикантами, пестициды, кислот- ные дожди, орошение и осушение, открытая разработка полезных ископае- мых. Непрерывная интенсификация сельского хозяйства не только нарушает круговорот веществ в современных агросистемах, но при повсеместном широком использовании химических удобрений ведет также к необратимому загрязнению культивируемых земель. Из почвы вместе с урожаем человек изымает определенное количество химиче- ских элементов, необходимых для питания растений: азот, фосфор, калий, серу, кальций, магний и др. Нехватка элементов компенсирует- ся внесением удобрений. Используемые удобрения, как правило, не- очищенные, поэтому вместе с ними в почву попадают многие токсич- ные химические элементы и их соединения. Как известно, мышьяк, свинец и др. токсиканты накапливаются в почве (обычно в слое 10-12 см) и могут находиться там многие десятилетия. Аккумулируясь в поч- ве, токсические вещества, произведенные человеком, передаются по пищевым цепям биогеоценоза, оказывай губительное действие на все жи- вое. Кроме того, избыток в почве азотных удобрений приводит к насы- щению овощей нитратами, которые вызывают тяжелое заболевание — метгемоглобинию (метгемоглобин – форма гемоглобина, в которой железо окислено до трехвалентного и поэтому он не способен переносить ки- слород к тканям организма). Мощными загрязнителями почвы являются окислы серы и азота, которые попадают в почву с осадками, повышают ее кислотность и тем самым снижают плодородие. Огромный вред почве и биоценозам наносится применением пестицидов — это неорганические вещества, многие из которых содержат соли меди и арсениды. Использование пестицидов отрицательно влияет на экосистемы и здоровье человека, т.к. многие пестициды обладают му- тагенными и канцерогенными свойствами. Опасность пестицидов еще и в том, что они распространяются далеко за пределы тех агросистем, где они применяются. Пестициды делятся на следующие группы : Инсектициды - предназначены для уничтожения насекомых. Фунгициды - используются для борьбы с фитопатогенными грибками и бактериями. Гербициды - используются для уничтожения сорняков, 95 Родентициды — служат для уничтожения грызунов, Нематоциды - предназначены для уничтожения нематод — пара- зитов растений и животных. Рекультивация земель — это комплекс мероприятий, направ- ленных на восстановление продуктивности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды, Рекультивация делится на два этапа : горнотехнический и био- логический. Горнотехнический включает подготовку территорий (пла- нировка, формирование откосов, снятие и нанесение почвенного слоя, создание подъездных путей). Биологический этап - восстановление плодородия почв путем посадки древесных пород или выращивания с- х культур, соблюдая определенную последовательность — раньше куль- тивируют малотребовательные культуры с большой растительной массой, а по восстановлении плодородия почвы - остальные. Самоочищение почвы. Попавшие в почву со сточными водами или твердыми отбро- сами органические вещества, содержащие белки, жиры, углеводы и продукты их обмена, подвергаются распаду вплоть до образования неорганических веществ – процесс минерализации. Благодаря ему не- доступные или малодоступные для корневой системы органические вещества переходят в усвояемую форму и таким образом обеспечива- ют плодородие почвы. С другой стороны перевод органических соеди- нений в минеральные связан с очищением почвы и освобождением ее от органических отбросов. Параллельно в почве происходит процесс синтеза нового сложного органического вещества, получившего название гумуса. Процесс синтеза почвенного вещества называется гумификацией, а оба биохимических процесса (минерализации и гумификации), направлен- ные на восстановление первоначального состояния почвы, получили название процесса самоочищения почвы. Механизм самоочищения почвы весьма сложен, причем для его развития имеет значение механическая структура почвенного по- крова, его химический состав, физические свойства и вся совокупность живых организмов. 96 Процесс самоочищения почвы начинается с того, что попав- шие в почву органические вещества вместе с содержащимися в них бактериями и яйцами гельминтов частично задерживаются, фильтруясь через почву и адсорбируются ею. Под влиянием биохимических, мик- робиальных и других процессов стоки, проходя через почву, обесцве- чиваются, теряют дурной запах, ядовитость и другие свойства, претер- певая радикальные изменения в химическом составе. Разложение и минерализация органических веществ происхо- дит при деятельном участии микрофлоры почвы, причем этот процесс может протекать аэробно – при обилии кислорода воздуха, необходи- мого для жизни аэробных бактерий, и анаэробно – без кислорода, с помощью гнилостных бактерий. Все вещества попадают в микробную клетку путем осмотиче- ского всасывания через мельчайшие поры оболочки (мембрану). Эти поры так малы, что большие молекулы (белки, жиры, углеводы) через них не проникают. Поступление их в микробную клетку возможно лишь после превращения в более простые молекулы (аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты). Для осуществления такого способа питания в процессе эволюции у микроорганизмов выработалась спо- собность выделять в окружающую среду гидролитические ферменты, которые подготавливают содержащиеся в ней сложные вещества к ус- воению микробной клеткой. Ферменты микроорганизмов по характеру действия делятся на две группы: экзоферменты, действующие вне клетки и участвующие в подготовке питательных веществ для усвое- ния их клеткой; и эндоферменты, действующие внутри клетки для ус- воения пищи. Углеводы, попавшие в почву с отходами или сточными вода- ми, в аэробных условиях благодаря деятельности микроорганизмов подвергаются превращениям, в результате которых происходит синтез гликогена микробной клетки, образуются вода и СО 2 , выделяется энер- гия. Расщепление жиров в почве происходит очень медленно, так как жиры мало подвержены процессам биохимического разрушения. В аэробных условиях этот процесс протекает с образованием липидов микробной клетки и выделением воды, СО 2 , энергии. Сложные молекулы белка (пептиды) под влиянием ферментов, выделяемых микроорганизмами, расщепляется до альбуминов и пеп- тонов, а затем до аминокислот. Часть аминокислот используется как 97 пластический и энергетический материал размножающимися микроор- ганизмами, а часть подвергается дезаминированию с образованием аммиака, воды и СО 2 . В аэробных условиях образовавшийся аммиак растворяется в воде, получается гидрооксид аммония. Большая часть аминокислот, образовавшихся из белков отходов при их расщеплении, используется как пластический материал для биосинтеза микроорга- низмов. В дальнейшем при отмирании этих микроорганизмов образу- ется гумус почвы, являющийся ценным питательным веществом для растений. Растительные соединения (клетчатка, лигнин) при разложе- нии в почве также образуют гумус. Гумус не издает зловонного запаха, не привлекает мух и не имеет живых возбудителей инфекций. Азотсодержащие органические вещества попадают в почву не только в виде белка, но и в виде аминокислот и продуктов белкового обмена, в частности мочевины. Мочевина под влиянием уробактерий и их фермента уреазы гидролизуется и также образуется аммоний. Обра- зовавшийся аммоний в дальнейшем подвергается биохимическому окислению при помощи аэробных бактерий. Этот процесс, получив- ший название нитрификации, осуществляется в две фазы: в первой фазе аммонийные соли превращаются в азотистые соединения (нитри- ты) при участии бактерий из рода B. Nitrosomonas, во второй – в азот- ные соединения (нитраты) под влиянием бактерий из рода B. Nitrobac- ter. А при взаимодействии нитратов с калием, натрием и другими эле- ментами образуются соли, доступные для усвоения растениями. Таким образом, азотная кислота в виде минеральных солей (нитратов) является конечным продуктом окисления белковых веществ и продуктов обмена в животном и растительном организмах. Одновременно с окислительными процессами в почве проис- ходят и восстановительные процессы, то есть денитрификация. В ще- лочной среде и при широком доступе воздуха восстановительный про- цесс не идет дальше образования солей азотистой кислоты; в кислой среде и при затрудненном притоке кислорода восстановление идет до аммиака. Гигиеническое значение денитрификации весьма важно в свя- зи с тем, что этот процесс при работе сооружений по почвенной очист- ке может стать преобладающим, например, в начальный период экс- плуатации орошения. Положительным моментом в этом процессе яв- ляется то, что при дефиците кислорода воздуха используется кислород нитратов, чем предотвращается загрязнение ими подземных вод. Судь- 98 ба нитратов, образовавшихся при биохимическом окислении органиче- ских веществ, сводится к тому, что часть из них усваивается корнями растений, часть подвергается денитрификации и, наконец, использует- ся для синтетических процессов микроорганизмами. Если в почве обезвреживание органического вещества сточ- ных вод в основном осуществляется путем биохимических процессов минерализации, нитрификации, денитрификации и лишь незначитель- но за счет процессов гумификации, то обеззараживание органических веществ из твердых отбросов, осадка сточных вод и активного ила в искусственных сооружениях осуществляется главным образом за счет гумификации при участии термофильных микроорганизмов. По мере самоочищения почвы от органических загрязнений в ней снижается и общее количество микробов, особенно неспороносных патогенных. Этому способствуют конкуренция со стороны сапрофи- тов, бактерицидное влияние солнечной радиации, действие бактерио- фагов и антибиотиков. В природе многие виды микроорганизмов выполняют весьма важные санитарно-оздоровительные функции. Например, гнилостные микробы являются естественными ―чистильщиками‖ внешней среды. Разлагая трупы животных, погибших от заразных болезней, и выраба- тывая продукты гниения, они способствуют отмиранию большинства патогенных микробов. Некоторые почвенные микроорганизмы продуцируют анти- биотические вещества, являющиеся губительными для других видов микробов. Наличие этих веществ способствует относительно быстрой гибели патогенных микробов, попавших в почву. Установлено, что чем больше в почве имеется микроорганизмов, тем быстрее наступает ги- бель патогенной микрофлоры. Особенно интенсивное санирование почвы происходит в зоне ризосферы растений (ежа сборная, лисохвост, донник, крестоцветные – рапс яровой и озимый, сурепица, масленич- ная редька и др.), где около корней и особенно из мелких разветвлений почвенные микробы находят для своего развития благоприятную сре- ду. Происходит это от того, что вокруг корней растений в почве скап- ливаются органические соединения, выделяемые этими растениями, являющиеся питательной средой для почвенной микрофлоры. Там же микробы используют благоприятные для своего размножения корне- вые волоски и отмершие клетки эпидермиса корней. 99 Сроки, в течение которых происходит самоочищение почвы, различны и определяются строением почвы (в крупнозернистых поч- вах процессы самоочищения проходят быстрее), воздушным, водным и тепловым режимами почвы и количеством загрязнений. Нельзя забы- вать и том, что самоочистительная способность почвы ограничена. Это объясняется тем, что чрезмерное ее загрязнение может вызвать гибель всей полезной почвенной микрофлоры. |