Почвы: их роль, проблемы и охрана
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Департамент научно-технической политики и образования
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Кафедра почвоведения и природообустройства
Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия
КУРСОВАЯ РАБОТА
Почвы: их роль, проблемы и охрана
Выполнил:
Студент 2 курса, группы № 19-А
Факультета агрономии
Барабанщиков Ю.А.
Проверил:
Панин А.М.
Нижний Новгород 2011
Содержание
Введение ….............................
1. Факторы
почвообразования …............
2. Почва и
здоровье человека ….............................
Введение
Земля всегда занимала главенствующее место среди национальных богатств любого государства. В зависимости от особенностей структуры, механического и химического состава все типы почв подразделяются на подтипы, роды, виды и разновидности.
Распространенность основных типов почв мира и степень их освоения
Географические пояса и типы почв |
Общая площадь |
Процент освоения | |
Млн. км2 |
% | ||
Тропический пояс |
|||
Почвы дождевых лесов – красные и желтые ферралитные почвы |
25,9 |
19,5 |
7,4 |
Почвы сезонно-влажных ландшафтов – красные саванновые, черные слитые |
17,6 |
13,2 |
12,6 |
Почвы полупустынь и пустынь |
12,8 |
9,6 |
0,8 |
Субтропический пояс |
|||
Почвы постоянно влажных лесов – красноземы, желтоземы |
6,6 |
4,9 |
19,7 |
Почвы сезонно-влажных ландшафтов – коричневые и др. |
8,6 |
6,5 |
25,6 |
почвы полупустынь и пустынь |
10,6 |
7,9 |
7,6 |
Суббореальный пояс |
|||
Почвы лиственных лесов и прерий – бурые лесные и др. |
6,1 |
4,6 |
33,4 |
Почвы степных ландшафтов – черноземы, каштановые |
7,9 |
5,9 |
31,6 |
Почвы полупустынь и пустынь |
7,9 |
5,9 |
1,3 |
Бореальный пояс |
|||
Почвы хвойных
и смешанных лесов – |
15,5 |
11,6 |
8,4 |
Почвы мерзлотно-таежных ландшафтов |
8,2 |
6,1 |
- |
Полярный пояс |
|||
Почвы тундровых и арктических ландшафтов |
5,7 |
4,3 |
- |
Cейчас на
земле по распространенности
ведущее положение занимают
1) Почвы влажных тропиков и субтропиков (преимущественно красноземы и желтоземы, для которых характерны богатство минерального состава и большая подвижность органики (более 32 млн. км2));
2) Плодородные почвы саванн и степеней (черноземы, каштановые и коричневые почвы с мощным гумусовым слоем (более 32 млн. Км2));
3) скудные и крайне неустойчивые почвы пустынь и полупустынь, (относятся к разным климатическим зонам (более 30 млн. км2));
4) относительно бедные почвы лесов умеренного пояса (подзолистые, бурые и серые лесные почвы (более 20 млн. Км2)).
За последние 25 лет площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 33 млн. га, несмотря на ежегодное вовлечение в сельскохозяйственный оборот новых земель. Основными причинами уменьшения площади сельхозугодий являются проявления эрозии почв, недостаточно продуманный отвод земель для несельскохозяйственных нужд, затопление, заболачивание, зарастание лесом и кустарниками. Улучшение положения возможно только при условии ведения сельского хозяйства на строго научных принципах, с учетом экологических последствий. На каждом этапе земледельческого процесса должны учитываться законы взаимодействия растений с окружающей средой и почвой, законы кругооборота вещества и энергии. Всякая сельскохозяйственная культура должна возделываться в условиях, к которым она наиболее экологически приспособлена.
1. Факторы почвообразования
Учение В. В. Докучаева о факторах почвообразования
получило всеобщее признание. К факторам
почвообразования относятся: почвообразующие
породы, растительные и животные организмы,
климат, рельеф, возраст, вода (почвенная
и грунтовая), хозяйственная деятельность
человека. Почвообразующие породы
— субстрат, на котором образуются почвы;
они состоят из различных минеральных
компонентов. Минеральное вещество составляет
60-90% всего веса почвы. От характера материнских
пород зависят физические свойства почвы
— водный и тепловой ее режимы, скорость
передвижения веществ в почве, минералогический
и химический состав, первоначальное содержание
элементов питания для растений. От характера
материнских пород в большой мере зависит
и тип почв. Например, в условиях лесной
зоны, если почвообразующие породы
содержат повышенное количество карбонатов
калия как правило, формируются почвы
подзолистого типа. Если в пределах этой
зоны почвообразующие породы содержат
повышенное количество карбонатов кальция,
формируются почвы, значительно отличающиеся
от подзолистых. Органические соединения
почвы формируются в результате
жизнедеятельности растений, животных
и микроорганизмов. Основная роль при
этом принадлежит растительности. Зеленые
растения являются практически единственными
создателями первичных органических веществ.
Поглощая из атмосферы углекислый газ,
из почвы — воду и минеральные вещества,
используя энергию солнечного света, они
создают сложные органические соединения,
богатые энергией. Наибольшее количество
органических веществ дают лесные сообщества,
особенно в условиях влажных тропиков.
Меньше органического вещества создается
в условиях тундры, пустынь, болотистой
местности и т.п. На поверхности почвы
органическое вещество под воздействием
животных, бактерий, грибов разлагается
с образованием почвенного гумуса. Зольные
вещества пополняют минеральную часть
почвы. Неразложившийся растительный
материал образует так называемую лесную подстилку (в лесах)
или войлок (в степях и лугах). Эти образования
оказывают влияние на газообмен почвы,
проницаемость осадков, на тепловой режим
верхнего слоя почвы, почвенную фауну
и жизнедеятельность микроорганизмов.
Растительность оказывает влияние на
структуру и характер органических веществ
почвы, ее влажность. Степень и характер
влияния растительности как почвообразующего
фактора зависит от видового состава растений,
густоты их стояния, химизма и многих других
факторов.
Основная функция животных организмов
в почве — преобразование органических
веществ. В почвообразовании принимают
участие как почвенные, так и наземные
животные. Почвенные животные делятся
на две группы: биофагов, питающихся живыми
организмами или тканями животных организмов,
и сапрофагов, использующих в пищу органическое
вещество. Главную массу почвенных животных
составляют сапрофаги (нематоды, дождевые
черви и др.). Огромная масса сапрофагов,
поедая мертвые растительные остатки,
выбрасывает в почву экскременты. Согласно
подсчетам Ч. Дарвина, почвенная масса
в течение нескольких лет полностью проходит
через пищеварительный тракт червей. Сапрофаги
влияют на формирование почвенного профиля,
содержание гумуса, структуру почвы. Самыми
многочисленными представителями наземного
животного мира, участвующими в почвообразовании,
являются мелкие грызуны (мыши-полевки
и др.). Растительные и животные остатки,
попадая в почву, подвергаются сложным
изменениям. Определенная их часть распадается
до углекислоты, воды и простых солей (процесс
минерализации), другие переходят в новые
сложные органические вещества самой
почвы.
К числу важнейших факторов почвообразования относится климат. С ним связаны тепловой и водяной режимы почвы, от которых зависят биологические и физико-химические почвенные процессы. Под тепловым режимом понимают совокупность процессов теплообмена в системе «приземный слой воздуха — почва — почвообразующая порода». Тепловой режим обуславливает процессы переноса и аккумуляции тепла в почве. Характер теплового режима определяется главным образом соотношением поглощения радиационной (лучистой) энергии солнца и теплового излучения почвы. Он зависит от окраски почвы, характера поверхности, теплоемкости, влажности и других факторов. Заметное влияние на тепловой режим почвы оказывает растительность.
Водный режим почвы в основном определяется количеством атмосферных осадков и испаряемостью, распределением осадков в течение года, их формой (при ливневых дождях вода не успевает проникнуть в почву, стекает в виде поверхностного стока).
Климатические условия оказывают
косвенное влияние и на такие
факторы почвообразования, как почвообразующие
породы, растительный и животный мир и
др. С климатом связано распространение
основных типов почв.
К числу факторов почвообразования относится время — необходимое условие для любого процесса в природе. Абсолютный возраст почв восточно-европейской равнины, западной сибири, северной америки и западной европы — от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Существенным фактором почвообразования, особенно в последнее время, является хозяйственная деятельность человека.
2. Почва и здоровье человека
Большинство микроорганизмов, обитающих в почве, — сапрофаги, которые не приносят вреда животным организмам. Вместе с тем постоянно или временно в почве обитают патогенные, болезнетворные микроорганизмы, возбудители инфекционных заболеваний. Некоторые из них (главным образом постоянные обитатели почвы) образуют спору — плотную оболочку, обеспечивающую им устойчивость к различным неблагоприятным воздействиям внешней среды: высокой температуре, высыханию, давлению, отсутствию питательных веществ. Группу спорообразных бактерий принято называть клостридиями. В последние годы накопилось достаточно данных о том, что клостридии обладают способностью не только многие десятилетия сохраняться в почве в виде спор, но и размножаться в ней. К патогенным бактериям относятся возбудители таких опасных инфекционных заболеваний, как сибирская язва, газовая гангрена, столбняк, ботулизм. Заражение человека через загрязненную почву может наступить при самых различных обстоятельствах: непосредственно при обработке почвы, уборке урожая, строительных работах и т.п. К числу наиболее опасных болезней человека и животных относится сибирская язва. Возбудитель сибирской язвы — сибиреязвенная палочка, которая, попадая с мочой и испражнениями больных животных в почву, образует вокруг себя спору и в таком состоянии может сохраняться годами, особенно в каштановых и черноземных почвах. Животные, поедая корм, загрязненный этой палочкой, заражаются сибирской язвой. Человек заражается сибирской язвой, как правило, при контакте с больными или павшими животными, через продукты и сырье, полученные от больных животных (мясо, шерсть, шкура), а также при непосредственном соприкосновении с почвой.
Опасность для человека представляет и столбнячная палочка, которая обнаруживается в почве разных географических районов. Заражение человека происходит через поврежденную кожу или слизистую при контакте с зараженной почвой. Спороносная палочка, возбудитель ботулизма — тяжелого пищевого отравления. Попадая на овощи, ягоды, фрукты, рыбу, грибы и другие продукты, при благоприятных анаэробных условиях она из споры превращается в вегетативную форму, продуцирующую токсин (яд). По силе своего действия на организм человека и животного этот токсин превосходит все другие бактериальные токсины и химические яды. Ботулизм зарегистрирован во многих странах мира — в США, Канаде, во Франции, Японии, России. Известные случаи заражения ботулизмом на территории нашей страны связаны с продуктами домашнего приготовления: соленой и вяленой рыбы, консервированных грибов, овощей и фруктов.
Вместе с загрязненной почвой в поврежденные ткани человека могут проникнуть споры гангренозной палочки. Газовая гангрена протекает в виде быстро распространяющегося отека тканей и их омертвления. Из числа временных микроорганизмов, обитающих в почве, большую группу составляют возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, дизентерии, холеры), бруцеллеза, туляремии, чумы, коклюша. Они попадают в почву только при определенных условиях (с выделениями больных, с нечистотами и др.). Возбудители туберкулеза, проказы и дифтерии (микобактерии) — при попадании в почву также несут ощутимую угрозу: палочки туберкулеза остаются жизнеспособными до 15 месяцев, дифтерийные палочки — до двух-трех недель. Обычно заражение человека кишечными инфекциями происходит через загрязненные овощи. Однако не меньшую опасность представляет вторичное загрязнение подземных и поверхностных вод. Атмосферные осадки, проходя через загрязненную почву, переносят микрофлору (в том числе и возбудителей заразных болезней) из поверхностных слоев в нижележащие грунтовые воды, откуда возбудители болезней могут попасть в водоемы. Почва служит местом развития, а при определенных условиях и инфицирования мух. Обычно самка мухи откладывает яички в местах гнилостных отбросов и нечистот. Цикл развития до окрыленной мухи происходит в земле и сухих отбросах; в них же многие мухи сохраняются в зимний период — и взрослые, и в стадии личинок. Доказано, что мухи — активные распространители кишечных и других инфекций. Многие возбудители инфекционных заболеваний сохраняются в жизнеспособном состоянии на поверхности тела мухи до двух суток, а в кишечнике еще дольше.
Велика роль почв в распространении
гельминтозов — болезней, вызываемых
внедрением в организм человека глистов-паразитов
— гельминтов. Одна из стадий развития
(дозревание яиц) гельминтов (аскарид,
власоглав и др.) проходит в почве. Зрелые
яйца могут попасть в организм человека
через загрязненные руки, при употреблении
загрязненных овощей и ягод, воды.
Яйца таких гельминтов, как свиной и бычий
цепни (солитеры), из почвы попадают в корм
крупного рогатого скота, свиней. В кишечнике
этих животных они превращаются в личинки,
которые с током крови разносятся по всему
телу и поселяются главным образом в мышечных
тканях. Человек может заразиться, употребляя
без достаточной термической обработки
мясо больных коров и свиней.
Определенное влияние на здоровье человека может оказать химический состав почвы. Впервые это отметил еще академик В.И. Вернадский. Теперь исследователи твердо установили, что многие микроэлементы влияют на рост и развитие растений, состояние и функции организма животных, в том числе и человека.
Биохимические процессы,
происходящие в земной коре, и процессы
образования и обмена химических
элементов в организме
Микроэлементы поступают в организм человека с растительной и животной пищей, отчасти с водой по схеме: почва — растение — организм животного. Уровень обеспеченности растительных и животных организмов микроэлементами зависит от содержания их прежде всего в почве. Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит к недостатку или избытку их не только у травоядных, но и плотоядных животных, а также в организме человека. Это влечет за собой ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, в состав которых входят микроэлементы, нарушение процесса промежуточного обмена веществ, возникновение заболеваний. Заболевания, связанные с недостатком или избытком микроэлементов, получили название эндемических (от греч. Endemos — местный). Районы, в которых обнаруживаются отклонения в развитии растений и животных, а также регистрируются эндемические заболевания, связанные с местными геохимическими особенностями, называют биогеохимическими провинциями. Бедны йодом западные области Украины, кобальтом и медью — Ярославская область и т.п. Низкий уровень йода в почве ведет к низкому содержанию его в растениях и подземных водах, а следовательно, и в пищевом рационе населения. Недостаток йода может вызвать заболевания эндокринной системы, критинизм. Недостаток кальция при избытке стронция в питьевой воде и продуктах питания является, как полагают, причиной некоторых эпидемических заболеваний. Низкое содержание кобальта в почве — причина возникновения дисфункции обменных процессов у рогатого скота и овец. Недостаток содержания в почве и питьевой воде фтора приводит к кариесу. При содержании фтора в питьевой воде выше 1,5 мг/л у человека и животных зубы поражаются «пятнистой эмалью». При этом заболевании нередко поражается и опорно-двигательный аппарат.
3. Эрозия почв и борьба с ней
Издавна бедой для
земледельца была и все еще
остается эрозия почв. Современной
науке удалось в определенной
мере установить закономерности возникновения
этого грозного явления, наметить и осуществить ряд практических мер по борьбе с
ним. Слово «эрозия» происходит от латинского
erosio, что означает «разъедать», «выгладывать»
или «выгрызать». В зависимости от факторов,
обусловливающих развитие эрозии, выделяют
два основных ее типа — водную и ветровую.
В свою очередь, водная эрозия подразделяется
на поверхностную (плоскостную) и линейную
(овражную) — размыв почвы и подпочвы.
Скорость эрозии превышает скорость естественного
формирования и восстановления почвы.
Загрязнения водоемов продуктами водной
эрозии по своим отрицательным последствиям
не уступают воздействию сброса загрязненных
промышленных стоков. Причиной снижения
биопродуктивности почв сельхозугодий
является уменьшение запасов гумуса. Ежегодные
его потери составляют в среднем 0,62 т/га.
Сельскохозяйственное производство на
большей части территории России ведется
в сравнительно неблагоприятных климатических
и почвенно-гидрологических условиях.
И главными бедами являются эрозия почв
и засухи. Эрозия — естественный геологический
процесс, который нередко усугубляется
неосмотрительной хозяйственной деятельностью.
На таких землях урожайность снижается
на 10-30%, а порой и на 90%. Оврагами разрушено
6,6 млн. Га земель. С их ростом площадь пашни
ежегодно сокращается на десятки тысяч
гектаров, а площадь смытых земель увеличивается
на сотни тысяч. Каждую весну с таянием
снегов сначала маленькие ручейки, а затем
и шумные потоки устремляются по склонам
в низины, смывая и унося с собой оттаявшую
почву. При бурном снеготаянии в почве
появляются промоины — начало процесса
образования оврагов. Овраги, веером расходясь
от балки, разрушают поля, луга, перерезают
дороги. Нередко длина балки достигает
десятков километров, а оврагов — нескольких
километров. Вовремя не остановленный
овраг растет вглубь и вширь, захватывая
все больше и больше плодородной земли.
Чаще всего овраги зарождаются на склоновых
пастбищах с сильно изреженным травостоем.
Однако там, где хорошо развит травостой,
даже на очень крутых склонах новые овраги,
как правило, не образуются. К тому же создание
хорошего растительного покрова способствует
резкому повышению продуктивности всех
земель.
Другая беда — ветровая эрозия, вызываемая пыльными бурями. Ветер поднимает тучи пыли, почвы, песка, мчит их над широкими степными просторами, и все это оседает толстым слоем на землю и поля. Иногда наносы бывают до 2—3 м высотой. Гибнут посевы и сады. Ветер выдувает слой почвы на 16—25 см, поднимает ее на высоту 1— 3 км и переносит на огромные расстояния. Отличие ветровой эрозии от водной выражается в том, что первая не связана с условиями рельефа. Если водная эрозия наблюдается при определенном уклоне, то ветровая может наблюдаться даже на совершенно выровненных площадках. При водной эрозии продукты разрушения перемещаются только сверху вниз, а при ветровой — не только по плоскости, но и вверх. Важным отличием этих двух типов эрозии является то, что при ветровой эрозии происходит выдувание лишь механических элементов почвы, а при водной — не только смываются частицы почвы, но одновременно происходит растворение в текущей воде питательных веществ, удаление их.
При интенсивной эрозии промоины, рытвины, овраги превращают сельскохозяйственные угодья в неудобные земли, затрудняют обработку полей. Смываемый слой почвы выносится в реки и водоемы, вызывает их заиливание. Разрушительная эрозия возникает и развивается при отсутствии или слабой защищенности почвы культурными сельскохозяйственными растениями от воздействия (ударов) дождевых капель, ливневых струй и талых вод. Поэтому чем дружнее всходы и чем быстрее развиваются и смыкаются культурные растения, тем лучше защищена почва от разрушающего воздействия воды и ветра. В результате эрозии в почвах уменьшается содержание азота и усвояемых растениями форм фосфора и калия, ряда микроэлементов (йода, меди, цинка, кобальта, марганца, никеля, молибдена), от которых зависит не только урожай, но и качество сельскохозяйственной продукции. Эрозия способствует проявлению почвенной засухи. Это объясняется не только тем, что значительная часть осадков стекает со склонов, но и тем, что на эродированных почвах с плохими физическими свойствами увеличивается потеря влаги. Засуху в районах проявления эрозии нередко называют «эрозийной засухой».
В связи со смывом минеральных элементов питания растений, усилением почвенной засухи, ухудшением физических свойств почв, снижением их биологической активности на склонах с эродированными почвами резко снижается урожай возделываемых культур. Большой вред почвам наносит многократная механическая обработка: вспашка, культивация, боронование и т.д. Все это усиливает ветровую и водную эрозию. Теперь на смену традиционным методам обработки почв постепенно приходят почвозащитные с заметно меньшим объемом механического воздействия. Почва в результате такой щадящей обработки приобретает почти идеальные качества: она не уплотняется, становится в достаточной степени рыхлой, с многочисленными небольшими ходами, способствующими проветриванию и быстрому отводу воды после сильных ливней, что предотвращает образование застойной влаги. При вспашке такая структура была бы разрушена. Поскольку при щадящей обработке земля может впитывать влагу в больших количествах и отводить ее излишки, почва не вымывается и не выветривается. Важнейшую роль в борьбе с эрозией почв играют почвозащитные севообороты, агротехнические и лесомелиоративные мероприятия, строительство гидротехнических сооружений.
4. Аридизация почвы
Аридизация почвы — это сложный и разнообразный комплекс процессов уменьшения увлажненности обширных территорий и вызванного этим сокращения биологической продуктивности экологических систем «почва — растения». Проявления аридизации (от частых засух до полного опустынивания) на обширных территориях африки, юго-восточной и южной азии, ряда стран южной америки крайне обостряют проблемы продовольствия, кормов, воды, топлива, вызывают глубокие изменения экосистемы. Угодья, окаймлявшие пустыни, не выдерживают нагрузки и сами превращаются в пустыни, что приводит к ежегодной потере тысяч гектаров пригодных для сельского хозяйства земель. Процесс усугубляют и примитивное земледелие, нерациональное использование пастбищ и других сельскохозяйственных угодий, эксплуатация огромных территорий, которые возделываются без всякого севооборота или ухода за почвой.
Уменьшение или уничтожение биологического потенциала земли может привести к возникновению условий, аналогичных условиям пустыни. Большинство ученых считают, что образование пустынь связано с вырубкой лесов и неразумным использованием пастбищ. Учащение засух и, следовательно, недородов, гибель растительности, разрушение почв на значительных территориях связаны между собой, зависят от общей тенденции аридизации суши и усугубляются отрицательными последствиями неразумной деятельности человека.
5. Деградация и загрязнение земель
Острейшей экологической проблемой в России является деградация земель. Ярким примером этого служит, некогда славившиеся богатством кормового разнотравья, черные земли Прикаспия, раскинувшиеся на миллионы гектаров. Сейчас значительная их часть стала полупустыней, русло канала Волга—Чаграй, строительство которого было прекращено несколько лет назад, являет картину удручающего экологического бедствия. В связи со строительством водохранилищ на реках площадь затопленных земель превысила 30 млн. Га. Все больше становятся площади подтопленных земель. В результате подъема вод Каспийского моря затоплено и подтоплено 560 тыс. Га сельскохозяйственных угодий.
Кислые почвы на сельхозугодьях выявлены на 48,7 млн. Га, из них 37,1 млн. Га пашни. В лесостепной и центрально-черноземной зонах участились кислотные дожди, что вызывает деградацию почв и появление новых ареалов кислых почв. На 50% площади черноземов, ранее не требовавших известкования, этот прием становится необходим. Продолжаются процессы деградации, разрушения и уничтожения почв в засушливых районах на юго-востоке европейской части России, где на месте некогда продуктивных пастбищ и земель теперь все большую площадь занимают барханные пески. Деградация пастбищных земель в тундре происходит в результате нарушения растительного покрова при освоении месторождений полезных ископаемых, неконтролируемого бездорожного проезда автотранспорта, перегрузок оленьих пастбищ скотом, проведения геологоразведочных работ. Все более опасный характер приобретает захламление и загрязнение земель несанкционированными свалками промышленных, бытовых, сельскохозяйственных и других отходов производств и потребления. Вокруг многих промышленных предприятий земли загрязнены токсичными веществами. В России выявлено 730 тыс. Га земель с чрезвычайно опасным уровнем загрязнения почв.
Самыми мощными источниками загрязнения почвенных покровов являются крупные комбинаты цветной металлургии. В прилегающих к ним землях зарегистрированы высокие уровни тяжелых металлов. Объясняется это прежде всего тем, что на горнодобывающих предприятиях отрасли все еще преобладает открытый способ добычи минерального сырья. В десятках городов вблизи металлургических предприятий в почвенном покрове обнаружены тяжелые металлы в количестве, равном или превышающем ПДК.
Промышленные и
По степени
устойчивости к загрязняющим веществам
почвы разделяют на: очень устойчивые; устойчивые; среднеустойчивые;
малоустойчивые; очень малоустойчивые.
По степени чувствительности к загрязняющим
веществам почвы разделяют на: очень чувствительные;
чувствительные; среднечувствительные;
малочувствительные; устойчивые.
Устойчивость или
Принципы нормирования
предельно допустимых концентраций
вредных веществ в почве