Дефляційна небезпека ґрунтів та розробка заходів щодо її зниження

Міністерство  освіти, науки, молоді та спорту України

Державний вищий  навчальний заклад

«Національний гірничий університет»

 

 

 

 

Кафедра екології

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни «Ґрунтознавство»

«Дефляційна небезпека  ґрунтів та розробка заходів щодо її зниження»

для студентів  напряму підготовки 0708 Екологія

спеціальності 8.070801Екологія та охорона навколишнього  середовища

 

 

 

 

 

Виконала студентка  гр. ЕОг-10-1

Колбунова Т.Р.

Перевірила: проф. Долгова Т.І.

 

 

 

 

 

                                                

Дніпропетровськ 2011

 

СОДЕРЖАНИЕ

Стор.

Введение            3

1. Задание на курсовую работу.        4

 

2. Теоретическая часть:
1. Общая характеристика почв и их функции в биосфере.  5
2. Ветровая эрозия (дефляция) почв.               8
3. Меры борьбы с дефляцией почв.      10

 

3. Расчетная часть:
1. Определение типа почв по их механическому составу.  11
2. Определение скорости ветра, при которой начинается  дефляция почв.          13
3. Расчет уровня дефляционной опасности почв.             13

 

Выводы.            15

 

Список литературы.          16

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Почва представляет собой природную систему, где  под влиянием живых организмов и других факторов происходят образование и разрушение сложных органических соединений. Благодаря процессам малого круговорота веществ в почве постоянно поддерживается плодородие.

Самое большое  значение почвы в том, что люди получают из нее почти все необходимое  для своей жизни. Почва и ее плодородие - главное богатство, от которого зависит жизнь людей.

Исключительно велико значение почв в лесном хозяйстве, поскольку плодородие почвы выступает как важнейших фактор древесных насаждений. В процессе использования почвы как средства производства человек существенно изменяет природное почвообразование, свойства почв.

Следовательно, почва является не только предметом труда, но и в определенной мере продуктом труда.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ ТА ВИХІДНІ ДАНІ

 

Варіант № 30

Запропонувати рекомендації щодо підвищення дефляційної  стійкості вивчаємих ґрунтів, якщо це  ґрунти з підзолистим типом грунтоутворення, а їх основні параметри наведені у таблиці нижче.

Показники, %	Значення
Мул	1,2
Дрібний пил	1,75
Пісок	2,95
Гумус	2,35
Карбонат кальцію	4,1
Фізичний пісок	69,13
Фізична глина	30,87

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ТЕОРЕТИЧЕСКА ЧАСТЬ

 

2.1. Общая  характеристика почв и их функции в биосфере

 

Почвы — это поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой полифункциональную гетерогенную открытую четырёхфазную (твёрдая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы) структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов. Её рассматривают как особую природную мембрану, регулирующую взаимодействие между биосферой, гидросферой и атмосферой Земли. Почвы являются функцией от климата, рельефа, исходной почвообразующей породы, микроорганизмов, растений и животных (т.е. биоты в целом), человеческой деятельности и изменяются со временем.

Почвы (определение по ГОСТ 27593-88) — самостоятельное естественноисторическое органоминеральное природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твёрдых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия.

Экологические функции почв в биосфере базируются на следующих основополагающих ее качествах:

1. Почва служит средой обитания и физической опорой для огромного числа организмов.
2. Почва является необходимым, незаменимым звеном и регулятором биогеохимических циклов, практически круговороты всех биогенов осуществляются через почву.

Главная функция почвы - это обеспечение жизни на Земле. Это определяется тем, что именно в почве концентрируются необходимые организмам биогенные элементы в доступных им формах химических соединений. Кроме того, почва обладает способностью аккумулировать необходимый для жизнедеятельности продуцентов биогеоценозов запасы воды, также в доступной им форме, равномерно обеспечивая их водой в течение всего периода вегетации. Наконец, почва служит оптимальной средой для укоренения наземных растений, обитания многочисленных беспозвоночных и позвоночных животных, разнообразных микроорганизмов. Собственно эта функция и определяет понятие "плодородие почв".

Вторая  функция почв заключается в регулировании всех потоков вещества в биосфере. Все биогеохимические циклы элементов, включая циклы таких важнейших биогенов, как углерод (С), азот (N), кислород (O), фосфор (P), а также циклы воды осуществляются именно через почвы при ее регулирующем участии в качестве аккумулятора биогенных элементов. Почва - это связующее звено и регулирующий механизм в системах биологической и геологической циркуляции элементов.

Третья  функция почвы - регулирование состава атмосферы и гидросферы. Атмосферная функция почвы осуществляется вследствие ее высокой пористости (40-60%) и плотной заселенности организмами, благодаря чему идет постоянный газообмен между почвой и атмосферой. Почва постоянно поставляет в атмосферу различные газы, в том числе и "парниковые" - СО₂, СН₄, а также множество так называемых "микрогазов". Одновременно почва поглощает кислород из атмосферы. Таким образом, в системе "почва - атмосфера" именно почва является генератором одних газов и "стоком" для других.

В сухопутной ветви  глобального круговорота воды почва  избирательно отдает в поверхностный и подземный сток растворимые в воде химические вещества, определяя тем самым гидрохимическую обстановку в водах и прибрежной части океана.

Четвертой важнейшей функцией почвы является накопление в поверхностной части коры выветривания, в почвенных горизонтах описанного выше специфического органического вещества - гумуса и связанной с ним химической энергии.

Пятая функция заключается в ее защитной роли по отношению к литосфере. Почва защищает литосферу от воздействия экзогенных факторов, регулируя процессы денудации суши, является источником вещества для образования минералов, горных породи полезных ископаемых.

Шестая функция почвы - это генерирование и сохранение биологического разнообразия. Почва, являясь средой обитания для огромного числа организмов, ограничивает жизнедеятельность одних и стимулирует активность других. Чрезвычайно большое разнообразие почвенных свойств по кислотности, щелочности, засоленности или отсутствию солей; окислительная или восстановительная обстановка-все это создает огромные возможности жизнедеятельности различных организмов. По отношению к человеку почва имеет еще одну специфическую функцию, являясь главным средством сельскохозяйственного производства и местом поселения людей.

 

Виды почв:

- тундровые  глеевые;

- тундровые  кислые;

- подзолистые  и болотные (под хвойными и  смешанными лесами);

- дерново-подзолистые  (под смешанными и лиственными  лесами);

- серые лесные (под широколиственными лесами с травянистым покровом);

- черноземные  (под степной растительностью);

- каштановые (под  сухими полупустынными степями);

- солонцы, солончаки;

- солоды, такыры (в пустынной зоне);

- сероземы;

- красноземы (под  влажными субтропиками);

- горно-луговые  (в горах);

- горно-лугово-степн

 

 

Исходя из того, что в моем варианте заданы почвы  с подзолистым типом почвообразования, ниже приведена общая характеристика этого типа почв

Подзолистые почвы, тип кислых почв. Формируется в результате процесса подзолообразования, при трансформации материнской породы под влиянием кислотного гидролиза, выносе ила, двух-и трёхвалентных металлов из верхних элювиальных горизонтов почвенного профиля в иллювиальные (вследствие миграции органо-минеральных соединений и лессиважа — вымывания илистых частиц из верхних слоев в нижние без предварительного разрушения алюмосиликатов) и относительном накоплении в них кремнезёма. Подзолообразование протекает на породах любого гранулометрического (механического) состава в том случае, если поверхностные почвенные горизонты периодически избыточно увлажняются, имеют кислую реакцию и промывной водный режим.

В зависимости  от строения профиля и характера почвообразующих пород подзолистые почвы делятся на роды:

• неразвитые на дюнных песках (слабо дифференцированные);
• псевдофибровые на глубоких, часто слоистых песках, характеризуются наличием тонких уплотненных прослоек ржаво-охристого цвета, насыщенных оксидами железа.

По мощности элювиальной части профиля подзолистые  почвы делятся на следующие виды:

• слабоподзолистые (поверхностно-подзолистые), нижняя граница горизонта А₂ на глубине менее 10 см;
• среднеподзолистые (мелкоподзолистые), нижняя граница горизонта А₂ на глубине 10-20 см;
• сильноподзолистые (неглубокоподзолистые), нижняя граница горизонта А₂ на глубине более 20 см.

Профиль подзолистых  почв четко дифференцирован по гранулометрическому составу. Минимальное содержание ила и глинистых частиц приурочено к горизонту А₂

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Ветровая эрозия (дефляция) почв

 

  Сильные ветры, вызывающие пыльные бури в степи, бурные потоки мутной воды и маленькие ручейки, стекающие по склонам ранней весной или летом после ливня, причиняют большой ущерб народному хозяйству. Во время пыльных бурь сносится плодородный слой почвы, из ее состава выдувается мелкозем, в результате чего поверхность поля становится неровной. Стекающие воды образуют промоины и овраги, вымывают и уносят в гидрографическую сеть питательные вещества.

Под воздействием сильных ветров и неурегулированного стока поля становятся неудобными для обработки, а почвы постепенно теряют свое плодородие — это и есть эрозия почвы. По определению академика Л.И. Прасолова, "под общим понятием эрозии почвы разумеются многообразные и широко распространенные явления разрушения и сноса почв и рыхлых пород потоками воды и ветра".

Особенности развития и проявления современных эрозионных процессов  дают возможность выделить нормальную и ускоренную эрозию почвы. Нормальная эрозия протекает очень медленно, а поэтому незначительные потери верхних слоев почвы от выдувания и смыва восстанавливаются в ходе почвообразовательного процесса. Такая эрозия имеет место на почвах, поверхность которых не затронута хозяйственной деятельностью. Нормальную эрозию называют геологической.

Ускоренная эрозия почвы имеет место в районах, где нерациональная хозяйственная деятельность человека активизирует естественные эрозионные процессы, доводя их до разрушительной стадии. Ускоренная эрозия является следствием интенсивного использования земли без соблюдения противоэрозионных мероприятий (распашка склонов, сплошная вырубка лесов, нерациональное освоение девственных степей, неурегулированный выпас скота, приводящий к уничтожению естественной травянистой растительности).

Различают ветровую (рис.2) и  водную эрозии почв. В ветровой эрозии (дефляции) различают:

- пыльные бури (черные бури);

- повседневную (местную) ветровую эрозию.

 

 

 Во время  пыльных бурь ветры достигают  больших скоростей и охватывают огромные территории. На отдельных участках за один-два дня сносится верхний горизонт почвы мощностью до 25 см, уничтожаются посевы на огромных площадях.

Повседневная, или местная, ветровая эрозия почв носит локальный характер и охватывает небольшие площади. Наиболее часто она проявляется на песках и площадях с легкими почвами, а также на карбонатных суглинистых почвах. Местная ветровая эрозия проявляется и зимой, когда сильные ветры сдувают снег. В этом случае почва на оголенных участках, прежде всего на выпуклых склонах, быстро теряет влагу и разрушается воздушными потоками.

Выделяют пять факторов эрозии почв:

• климат;
• рельеф;
• свойства почв, материнских и подстилающих горных пород;
• хозяйственная деятельность человека;
• растительность.

Большое влияние  на развитие эрозии оказывает и температура  воздуха. Например, весной в степной и лесостепной зонах происходит быстрое таяние снегов. Почва, промерзшая за зиму на глубину до 70 см, оттаивает очень медленно, поэтому снеговая вода проникает лишь в тонкий ее слой, размягчает его до жидкого состояния и уносит по течению. Кроме того, на крутых склонах оттаявший слой сползает по мерзлой почве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Меры борьбы с дефляцией

 

Защита почв от водной и ветровой эрозии заключается  в предупреждении этих явлений, ликвидации очагов и прекращении процессов  их развития. Сущность мероприятий по предотвращению водной эрозии состоит в уменьшении поверхностного стока, сохранении на поле максимального количества атмосферных осадков, переводе поверхностного стока внутри почвенной, в усилении противоэрозионной стойкости почв.

Мероприятия против ветровой эрозии должны быть направлены на уменьшение скорости ветра и увеличение противодефляционной стойкости почв.

Защита почв от ветровой и водной эрозии должна осуществляться комплексно. Все мероприятия по защите почв от эрозии можно объединить в 4 группы:

1. Почвозащитные севообороты. Чтобы защитить почвы от разрушения, необходимо правильно определить состав возделываемых культур, их чередование и агротехнические приемы. При почвозащитных севооборотах исключают пропашные культуры (так как они слабо защищают почву от смыва, особенно весной и в начале лета) и увеличивают посевы многолетних трав, промежуточных подсевных культур, которые хорошо защищают почву от разрушения в эрозионно-опасные периоды и служат одним из лучших способов окультурирования эродированных почв.
2. Агротехнические противоэрозионные мероприятия. Почвы на склонах резко отличаются от почв на равнинных участках, поэтому и приемы земледелия в первом случае должны иметь специфический характер. Наиболее простыми мероприятиями по регулированию поверхностного стока талых вод являются вспашка, культивация и рядовой посев сельскохозяйственных культур поперек склона, по возможности параллельно основному направлению горизонталей. Один из наиболее эффективных почвозащитных приемов на склоновых землях — замена отвальной вспашки обработкой почвы без оборота пласта.
3. Лесомелиоративные противоэрозионные мероприятия. В комплексе мероприятий, направленных на борьбу с водной и ветровой эрозией почв, важное место принадлежит агролесомелиорации из-за ее дешевизны и экологической безвредности. Основными лесомелиоративными противоэрозионными мероприятиями являются:

• создание водорегулирующих лесополос в малолесных районах;
• создание водоохранных лесных насаждений вокруг прудов и водоемов;
• сплошные противоэрозионные лесопосадки на сильноэродированных крутосклонных и бросовых землях, непригодных для использования в сельском хозяйстве.

4. Гидротехнические сооружения. С помощью гидротехнических сооружений производится задержание, отвод и безопасный сброс той части атмосферных осадков, которую не удается задержать на прилегающих к оврагам полях агротехническими и лесомелиоративными приемами. По назначению гидротехнические сооружения подразделяются на три группы:

• задерживающие стекающие в овраг стоковые воды на приовражной полосе;
• осуществляющие безопасный сброс поверхностных вод в овраги;
• укрепляющие дно и откосы оврага от дальнейшего размыва и разрушения.

Лесные  насаждения. Лесные и садовые полосы для защиты полей преимущественно от ветровой эрозии и суховеев закладываются обычно шириной 10—20 м. Узкие полезащитные лесные и садовые полосы преимущественно для задержания и равномерного распределения снега на водоразделах и пологих склонах. Закладываются поперек склона шириной около 20 м.

Пожнивные остатки – самый простой и надежный способ снижения ветровой эрозии. Растительный материал улавливает движущиеся частицы почвы и ограничивает их лавинообразный эффект.

Минимальная технология обработки почвы, при которой на поверхности остаются пожнивные остатки, снижает ветровую эрозию и предотвращает измельчение почвы до пылеобразного состояния. Стоячие растительные остатки более эффективные при замедлении скорости ветра по сравнению с лежащими. 
Неровная почва, полученная в результате обработки, является весьма эффективной для снижения ветровой эрозии. Гребни и впадины поглощают и меняют направление воздействия части ветровой энергии, а также улавливают летающие частицы почвы. Гребни высотой 10, 16-20, 32 см. наиболее эффективны для защиты почвы. При сберегающем земледелии для минимизации ветровой эрозии на почве должно находиться адекватное количество растительных остатков. Такие проблемы чаще всего создаются при засухе или выращивании культуры, после которой на поверхности имеется мало остатков. Чтобы приостановить развитие ветровой эрозии, защитить почву и растущие культурные растения при засухе или незначительном количестве растительных остатков, используйте обработку поля для создания гребней, комков на поверхности, не дожидаясь дождя. Для эффективного противостояния эрозии она должна проводиться да начала ее развития, когда земля еще влажная.

 

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

3.1. Определение типа почв по их механическому составу

 

Механические  элементы – это твердая фаза почв и почвообразующих пород, состоящая  из частиц различной величины.

Соотношение в  почвах и породах фракций механических элементов называется механическим или гранулометрическим составом.

Чтобы определить тип почв по механическому составу  нужно пользоваться классификацией по Н.А. Качинскому (табл.1), которая приведена в таблице ниже. В ее основание положено соотношение физического песка и физической глины.

Данная классификация  позволяет разделить почвы на легкие (песчаные, супесчаные) и тяжелые (тяжелосуглинистые и все глинистые).

 

Таблица 1. Классификация механических элементов.

 

Краткое название с механического состава	Содержание  физической глины в почвах, %				Содержание  физического песка в почвах, %
	подзоли- стый тип  почвооб- разова- ния		степной тип  поч- вообра- зования	солонцы и солон-цеватые  почвы	подзоли- стый тип почвооб- разова- ния		степной тип  поч- вообра- зования	солонцы и солон-цеватые  почвы
Песчаные:   - рыхло, - связанно.	0…5 5…10		0…5 5…10	0…5 5..10	100…95 95…90		100…95 95…90	100…95 95…90
Супесчаные	10…20	10…20		10…15	90…80	90…80		90…85
Суглинистые: легко, средне, тяжело.	20…30 30…40 40…50	20…30 30…45 45…60		15…20 20…30 30…40	80…70 70…60 60…50	80…70 70…55 55…40		85…80 80…70 70…60
Глинистые: легко, средне, тяжело.	50…65 65…80 >80	60…75 75…85 >85		40…50 50…65 >65	50…35 35…20 <20	40…25 25…15 <15		60…50 50…35 <35

 

 

 

 

В моем случае заданы почвы с солонцеватым типом почвообразования, содержание физической глины в которых равно 25,87%, а физического песка – 74,13 %. Из этих данных и с заданной выше таблицы можно определить, что по механическому составу эти почвы являются среднесуглинистыми.

Среднесуглинистые почвы сильно заплывают, образуют плотную  почвенную корку, а при высыхании дают глыбистую пашню с твердыми комками, плохо поддающимися дроблению при обработке. В большинстве случаев эти почвы сильносолонцеватые, с маломощным гумусовым горизонтом, избыточной кислотностью и наличием подвижного алюминия.

При возделывании льна и других культур на среднесуглинистых  почвах особенно большое значение имеет внесение органических удобрений, а также известкование кислых почв. Из удобрений для льна на среднесуглинистых почвах важная роль принадлежит фосфорным, которые действуют весьма положительно на урожай и качество льнопродукции.

Среднесуглинистые почвы характеризуются избыточным увлажнением и неблагоприятным режимом аэрации. Устраняют избыток влаги в почве путем ранневесенней обработки ее дисковыми боронами или лаповыми культиваторами на глубину 7 - 8 см. Спустя 10 - 12 дней приступают к предпосевной культивации в двух направлениях с одновременным боронованием в агрегате с зубовыми боронами и выравнивают почву волокушей.

 

3.2. Определение  скорости ветра, при которой  начинается дефляция.

 

Среднесуглинистые почвы легко поддаются выветриванию, потому что они содержат не большое  количество глинистых частиц, способных образовывать агрегаты с высокой механической стойкостью. Однако вследствие своего происхождения средние почвы характеризуются мелкозернистой структурой, которая имеет низкую противодефляционную стойкость.

Исходя из методических указаний я определила, что дефляция на среднесуглинистых почвах начинается при скорости ветра 5 м/с.

Стойкость почв к ветровой эрозии в большой степени  зависит от их структуры. Достаточно сильно поддаются дефляции распыленные и бесструктурные почвы. Степень способности поверхности почв и ветровой эрозии определяется соотношением больших и мелких структурных отдельностей. Структурные агрегаты почв, легкие за гранулометрическим составом, вследствие невысокой их стойкости легко распадаются.

 

    3.3. Расчет уровня дефляционной опасности почв.

 

Районы с  дефляционной активностью встречаются  на разных типах почв. Появление  и развитие дефляции в большой  степени зависит от физических свойств  почв, но в первую очередь от их механического  состава и структуры.

Дефляционная опасность экосистем почв зависит не только от их механического состава, но и от плодородия, точнее – содержания в них гумуса, а также уровня карбонатов – солей угольной кислоты.

Эрозия –  это разрушение почв и почвообразующих  пород под воздействием природных и антропогенных факторов.

Эрозию могут  вызывать талые воды и дождь. В  этом случае она называется водной эрозией. Сильные ветра также  могут разрушать почвы. Такая  эрозия называется ветровой или дефляцией.

В связи с  интенсивным развитием орошения на склонах имеет место также эрозия, которая называется ирригационной. Кроме того, выделяют также пастбищную эрозию и агротехническую эрозию.

В наше время  разработана методика определения  способности почв к дефляции. В её основание положен показатель способности ветроустойчивых агрегатов к разрушению. В этом показателе объединены наиболее важные свойства почв – гранулометрический (механический) состав, содержание гумуса и карбонатов кальция. От двоих последних зависит формирование агрегатов почв. Данный показатель рассчитываются следующим образом:

 

где:

П – показатель разрушения ветроустойчивых агрегатов, %;

Х₁ – суммарное содержание фракций мулу и мелкой пыли (<0,005 мм), %;

Х₂ – содержание фракций песка (>0,05 мм), %;

К – содержание карбоната кальция, %;

Н – содержание гумуса, %.

В моем случае:

• Х₁=1.7+ 1.9=3,6%;
• Х₂=2,4%;
• К=2,6%;
• H=2.67%

 

 

 

 

 

=0,212 
 
ВЫВОДЫ

 

При исследовании почв с солонцеватым типом почвообразования было определено, что:

1. По механическому составу заданный тип почв является среднесуглинистыми.
2. Скорость ветра, при которой начинается дефляция этих почв равна 5м/с.
3. Уровень дефляционной опасности почв в моем случае равен 0,212%.
4. Основными мероприятиями по предупреждению эрозии и борьбе с ней являются:

• правильная организация территории;
• применение противоэрозионной агротехники;
• лесомелиоративные насаждения;
• гидротехнические мероприятия и сооружения.

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Мамонтов В.Г. Общее почвоведение/ В.Г. Мамонтов, Н.П. Панов, И.С. Кауричев, Н.Н.Игнатьев. – М.: КолосС, 2006. – 456 с.
2. Охорона ґрунтів: Навч.посіб./ М.К. Шикула, О.Ф. Гнатенко, Л.Р. Петренко, М.В. Капштик. – К.:Т-во «Знання», КОО, 2001. – 398 с.
3. http://www.ecosystema.ru/07referats/pochvi.htm
4. http://dolyna.kiev.ua/node/325

    5. http://ru.wikipedia.org