Слежение и контроль за состоянием почвенного покрова местности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

почва загрязнение геохимический

Почва -- 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 (биогеомембрану), регулирующую взаимодействие между биосферой, гидросферой и атмосферой Земли. Почвы являются функцией от климата, рельефа, исходной почвообразующей породы, микроорганизмов, растений и животных (то есть биоты в целом), человеческой деятельности и изменяются со временем. [1]

Почва -- 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.[2]

Мониторинг почв - система постоянных долговременных наблюдений за почвенным покровом местности, оценки текущего состояния почвенного покрова и прогноз будущих изменений в почвенном покрове.

Целью мониторинга почв является постоянное слежение и контроль состояния почвенного покрова местности.

Задачами мониторинга почв являются:

1) Определение основновных морфологических признаков почв:

· Мощности почвенных горизонтов;

· Окраски;

· Структуры;

· Плотности;

· Механического состава;

· Рыхлости;

· Влажности;

· Почвенных включений.

2) Оценка всех типов загрязнения почв;

3) Оценка воздействия почв на иные компоненты среды;

4) Оценка сельскохозяйственной пригодности почв;

5) Рекомендации по охране и рациональному использованию почв.

Специфика почв как объекта мониторинга определяется их местом и функциями в биосфере. Почвенный покров служит конечным приемником большинства техногенных химических веществ, вовлекаемых в биосферу. Обладая высокой емкостью поглощения, почва является главным аккумулятором, сорбентом и разрушителем токсикантов. Представляя собой геохимический барьер на пути миграции загрязняющих веществ, почвенный покров предохраняет сопредельные среды от техногенного воздействия. Однако возможности почвы как буферной системы не безграничны. Аккумуляция токсикантов и продуктов их превращения в почве приводит к изменению её химического, физического и биологического состояния, деградации и, в конечном итоге, разрушению. Эти негативные изменения могут сопровождаться токсичным воздействием почв на другие компоненты экосистемы - биоту (в первую очередь, видовое разнообразие, продуктивность и устойчивость фитоценозов), поверхностные и грунтовые воды, припочвенные слои атмосферы [3].

Организация почвенного мониторинга представляет собой задачу более трудную, чем мониторинга водных и воздушных сред по следующим причинам:

1) почва - сложный объект исследования, так как представляет биокосное тело, которое живет по законам и живой природы, и минерального царства;

2) почва - многофазная гетерогенная полидисперсная термодинамическая открытая система, химические взаимодействия в ней происходят с участием твердых фаз, почвенного раствора, почвенного воздуха, корней растений, живых организмов. Постоянное влияние оказывают физические почвенные процессы (перенос влаги и испарение);

3) опасные загрязняющие почвы химические элементы Hg, Cd, Pb, As, F, Se являются природными составляющими горных пород и почв. В почвы они поступают из естественных и антропогенных источников, а задачи мониторинга требуют оценки доли влияния лишь антропогенной составляющей;

4) поступают в почву различные химические вещества антропогенного происхождения практически постоянно;

5) природное пространственное и временное варьирование содержаний химических веществ в почвах велико, что нередко определяет трудность установления степени превышения исходного уровня содержания химических веществ в почвах [4].

1. Научный раздел

1.1 Свойства, состав, структура и классификация почв

Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Чтобы быть плодородной, почва должна обладать достаточным количеством питательных веществ и запасом воды, необходимым для питания растений, именно своим плодородием почва, как природное тело, отличается от всех других природных тел (например, бесплодного камня), которые не способны обеспечить потребность растений в одновременном и совместном наличии двух факторов их существования - воды и минеральных веществ.

Почва - важнейший компонент всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом, через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.

В состав почвы входят четыре важнейших компонента:

* минеральная основа (50-60 % от общего объёма);

* органическое вещество (до 10 %);

* воздух (15-25 %);

* вода (25-35 %).

Структура почвы является важным и характерным признаком, имеющим большое значение при определении генетической и агропроизводственной характеристики почв. Под структурностью почвы подразумевают ее способность естественно распадаться на структурные отдельности и агрегаты, состоящие из склеенных перегноем и иловатыми частицами механических элементов почвы. Форма структурных отдельностей зависит от свойств самой почвы. Морфологические типы структур почвенной массы хорошо разработаны С. А. Захаровым.



Рис. 1. Типичные структурные элементы почв (по С. А. Захарову)

I тип: 1) крупнокомковатая, 2) среднекомковатая, 3) мелкокомковатая, 4) пылеватая, 5) крупноореховатая, 6) ореховатая, 7) мелкоореховатая, 8) крупнозернистая, 9) зернистая, 10) порошистая.

II тип: 11) столбчатая, 12) столбовидная, 13) крупнопризматическая, 14) призматическая, 15) мелкопризматическая, 16) тонкопризматическая.

III тип: 17) сланцевая, 18) пластинчатая, 19) листоватая, 20) грубочешуйчатая, 21) мелкочешуйчатая

Таблица 1. Классификация структурных отдельностей почв (С. А. Захаров)

Типы	Роды	Виды	Размеры
I. Кубовидный(равномерное развитие структуры по трем взаимно перпендикулярным осям)	А. Грани и ребра выражены плохо, агрегаты большей частью сложны и плохо оформлены: 1) глыбистая	Крупноглыбистая	Ребро куба >10 см
		Мелкоглыбистая	10-5 см
	2) комковатая	Крупнокомковатая	5-3 см
		Комковатая	3-1 см
		Мелкокомковатая	1-0,5 см
	3) пылеватая	Пылеватая	<0,5 мм
	Б. Грани и ребра хорошо выражены агрегаты ясно оформлены:4) ореховатая	Крупноореховатая	>10 мм
		Ореховатая	10-7 мм
		Мелкоореховатая	7-5 мм
	5) зернистая	Крупнозернистая	5-3 мм
		Зернистая (крупитчатая)	3-1 мм
		Мелкозернистая (порошистая)	1-0,5мм
II. Призмовидный (развитие структуры главным образом по вертикальной оси)	А. Грани и ребра плохо выражены, агрегаты сложны и мало оформлены:6) столбовидная	Крупностолбовидная	Диаметр >5 см
		Столбовидная	5-3 см
		Мелкостолбовидная	<3 см
	Б. Грани и ребра хорошо выражены: 7) столбчатая	Крупностолбчатая	>5 см
		Столбчатая	5-3 см
		Мелкостолбчатая	<3 см
		Крупнопризматическая	>5 см
	8) призматическая	Призматическая	5-3 см
		Мелкопризматическая	3-1 см
		Карандашная	<1 см
III. Плитовидный (развитие структуры по горизонтальным осям)	9) плитчатая	Сланцеватая	Толщина >5 мм
		Плитчатая	5-3 мм
		Пластинчатая	3-1 мм
		Листоватая	<1 мм
	10) чешуйчатая	Скорлуповатая	>3 мм
		Грубочешуйчатая	3-1 мм
		Мелкочешуйчатая	<1 мм

Каждому типу почв и каждому генетическому горизонту свойственны определенные типы почвенных структур. Для гумусовых горизонтов, например, характерна зернистая, комковато-зернистая, порошисто-комковатая структура; для элювиальных горизонтов -- плитчатая, листоватая, чешуйчатая, пластинчатая; для иллювиальных -- столбчатая, призматическая, ореховатая, глыбистая и т. д.

В поле, у разреза, определяют структуру почв следующим образом. На передней стенке из исследуемого горизонта ножом вырезается небольшой образец грунта и подбрасывается несколько раз на ладони (или лопате) до тех пор, пока он не распадется на структурные отдельности. Рассматривая эти структурные элементы, определяют степень их однородности, размер, форму, характер поверхности. Данные наблюдений заносят в почвенный дневник.

Если структура неоднородна, то для ее характеристики пользуются двойными названиями (комковато-зернистая, ореховато-призматическая и т. д.), последним словом указывая преобладающий вид структуры.

При изменении характера распределения структурных элементов внутри горизонта в почвенном дневнике обязательно отмечается это различие.

Большое значение для агрономической характеристики почвы имеет водопрочность ее структуры, т. е. образование прочных, неразмываемых в воде отдельностей. Такая структура образуется в результате скрепления механических элементов органоминеральными коллоидами, скоагулированными необратимо. Почвы, обладающие водопрочной структурой, имеют благоприятный для развития растений водно-воздушный режим, хорошие механические свойства и т. д. Почвы, не имеющие водопрочной структуры, быстро заплывают, становятся непроницаемыми для воды и воздуха, а при высыхании растрескиваются на крупные глыбы.

Почвы классифицируются по происхождению и (или) свойствам:

1) Тип почвы -- основная классификационная единица, характеризуемая общностью свойств, обусловленных режимами и процессами почвообразования, и единой системой основных генетических горизонтов. К одному типу почв относятся почвы:

а) со сходными процессами превращения и миграции веществ;

б) со сходным характером водно-теплового режима;

в) с однотипным строением почвенного профиля по генетическим горизонтам;

г) со сходным уровнем природного плодородия;

д) с экологически сходным типом растительности.

Широко известны такие типы почв, как подзолистые, черноземы, красноземы, солонцы, солончаки и др.

Каждый тип почв последовательно подразделяется на подтипы, роды, виды, разновидности и разряды.

2) Подтип почвы -- классификационная единица в пределах типа, характеризуемая качественными отличиями в системе генетических горизонтов и по проявлению налагающихся процессов, характеризующих переход к другому типу. Например, при развитии в почве наряду с подзолистым процессом дернового процесса формируется подтип дерново-подзолистой почвы. При сочетании подзолистого процесса с глеевым процессом в верхней части почвенного профиля формируется подтип глееподзолистой почвы.

Подтиповые особенности почв отражаются в особых чертах их почвенного профиля. При выделении подтипов почв учитываются процессы и признаки, обусловленные как широтнозональными, так и фациальными особенностями природных условий. Среди последних первостепенную роль играют термические условия и степень континентальности климата.

3) Род почвы -- классификационная единица в пределах подтипа, определяемая особенностями состава почвенно-поглощающего комплекса, характером солевого профиля, основными формами новообразований. Роды почв выделяются в каждом типе и подтипе почв. Вот самые распространенные из них:

а) обычный род, т. е. отвечающий по своему характеру подтипу почв; при определении почв название рода «обычный» опускается;

б) солонцеватые (особенности почв определяются химизмом грунтовых вод);

в) остаточно-солонцеватые (особенности почв определяются засоленностью пород, которая постепенно снимается);

г) солончаковатые;

д) остаточно-карбонатные;

е) почвы на кварцево-песчаных породах;

ж) почвы контактно-глеевые (формируются на двучленных породах, когда супесчаные или песчаные толщи подстилаются суглинистыми или глинистыми отложениями; на контакте смены наносов образуется осветленная полоса, образующаяся за счет периодического переувлажнения);

з) остаточно-аридные.

4) Вид почвы -- классификационная единица в пределах рода, количественно отличающаяся по степени выраженности почвообразовательных процессов, определяющих тип, подтип и род почв. Для наименования видов используют генетические термины, указывающие на степень развития этого процесса. Так, для подзолистых почв -- степень подзолистости и глубина оподзоливания; для черноземов -- мощность гумусового горизонта, содержание гумуса, степень выщелоченности; для солончаков -- характер распределения солей по профилю, морфология поверхностного горизонта (пухлые, отакыренные, выцветные).

5) Разновидность почвы -- классификационная единица, учитывающая разделение почв по гранулометрическому составу всего почвенного профиля. (например, песчаные, супесчаные, суглинистые, глинистые)

6) Разряд почвы -- классификационная единица, группирующая почвы по характеру почвообразующих и подстилающих пород.

1.2 Почвообразующие факторы

Процесс почвообразования начался тогда, когда появились первые микроорганизмы и одноклеточные водоросли.

Выделяют 6 основных почвообразующих факторов:

1) Материнская порода, она подразделяется на три виды: магматические породы. Это те породы, которые образовались в результате остывания магматических масс при извержении вулканов (граниты, базалиты), метаморфические породы - это те породы, которые образовались в результате действия высоких температур и давления, осадочные породы - те породы которые образовались в результате выветривания и размельчения. Осадочные породы являются главными почвообразующими породами. На осадочные породы воздействовали живые организмы, шел процесс почвообразования.

2) Возраст почвы. Чем раньше начался процесс почвообразования, тем толще слой почвы.

3) Рельеф поверхности. На горных склонах происходит сползание почвенного слоя.

4) Климат

5) Почвенные организмы. От набора и количества организмов завист как количество почвы, так и ее качество.

6) Деятельность человека. В результате жизнедеятельности человека, работы транспорта, промышленности почва становится причиной изменений в состоянии здоровья человека.

1.3 Показатели состояния почв, подлежащие контролю при мониторинге

Перечень показателей должен быть оптимальным, обеспечивающим реальность исполнения и не вызывающем потери информации. Система показателей должна включать обязательные для всех видов почв и специфичные для почв одного или нескольких типов параметры, а также показатели, обусловленные природой загрязняющих веществ [3]. Выбираемые для мониторинга показатели должны быть по возможности просты, а методы доступны, в том числе для сравнительно небольших лабораторий, не располагающих дорогостоящим оборудованием. Кроме того, необходимо отметить, если при контроле воздуха или вод основное внимание обращается на вредные и токсичные примеси, то при почвенном мониторинге приходится контролировать многие параметры, характеризующие систему в целом, выявлять признаки, указывающие на возникновение неблагоприятных тенденций или снижение почвенного плодородия [5].

По результатам многолетней практики предлагают разделить показатели почвенно-экологического мониторинга на показатели ранней, кратко- и долгосрочной диагностики.

1. Показатели ранней диагностики негативных изменений свойств почв, позволяют обнаружить и остановить неблагоприятные процессы на начальных стадиях их развития. Это, прежде всего, показатели биологической активности почв - численность и видовой состав микроорганизмов и беспозвоночных животных, их биомасса, ферментативная активность почв, интенсивность выделения углекислого газа почвой, активность азотфиксации и денитрификации, нитрификационная способность почв. Их использование при мониторинге промышленного загрязнения почв позволяет обнаружить тенденции и скорость происходящих в почве изменений, судить о степени опасности поллютантов. Однако неблагоприятные эффекты не являются строго специфичными, одинаковая реакция может вызываться разными факторами. Интегральный характер этих показателей, их высокое природное варьирование и сезонная динамика, неоднозначность реакций и большая приспособленность живых организмов к воздействию токсикантов делают необходимым одновременные прямые определения других свойств почв для указания причин неблагополучия.

2. В качестве этих диагностических свойств целесообразно использование характеристик кислотно-основного, ионно-солевого, окислительно-восстановительного режимов почв. Анализу могут подвергаться почвенные растворы, лизиметрические воды, водные вытяжки, в которых определяются рН и активность других ионов, содержание азота, фосфора, серы, кальция, магния, тяжелых металлов, органического вещества. Частота измерения - несколько раз за сезон.

3. Показатели средней устойчивости, характеризующие краткосрочные изменения свойств почв и обеспечивающие текущий контроль за её состоянием. С этой целью целесообразно использовать катионно-обменные свойства почв, содержание доступных для растений форм элементов питания, кислоторастворимых форм соединений кальция, магния, железа и алюминия, подвижных форм соединений тяжелых металлов, скорость деструкционных процессов, мощность и запасы подстилки, фракционный состав гумуса. Измерения должны проводиться через 2-5 лет.

4. Показатели долгосрочной диагностики нарушений почвообразования при промышленном загрязнении. Это валовой состав почв, включая содержание тяжелых металлов, состав почвенных минералов, содержание и запасы гумуса, морфологические и физические свойства почв (плотность, структурное состояние, водопроницаемость, гранулометрический состав), то есть фундаментальные свойства почв. Оценка их необходима как точка отсчета, как исходная характеристика почв на предварительном этапе мониторинга. Эти свойства формируются в результате относительно длительных однонаправленных процессов и поэтому требуют измерений через 10 лет и более.

Рассмотрим конкретные важнейшие показатели почвенного мониторинга.

Кислотно-основные свойства. Важнейший и, как правило, достаточный для характеристики почв показатель - это значение рН в водных и солевых вытяжках. Значение рН свидетельствует только о степени кислотности или щелочности почв, но из-за довольно высокой буферности почв оно не позволяет количественно оценить кислотность или щелочность. Возможны случаи, когда содержание кислотных компонентов в почве нарастает, но рН практически не изменяется. Тогда кроме рН целесообразно определять так называемую потенциальную кислотность, которую находят путем титрования щелочью вытяжки из почвы, что в известной мере позволяет судить об уровне потенциальной кислотности почвы.

Емкость катионного обмена (ЕКО). Является важной почвенной характеристикой. Она складывается из поглотительной способности гумусовых веществ, минеральных частиц почвы, а также входящих в ее состав микроорганизмов. Величина ЕКО почвы коррелирует с содержанием в ней гумуса, гранулометрическим и минералогическим составом, величиной рН. Таким образом, емкость катионного обмена - интегральная почвенная характеристика, по которой можно оценивать степень устойчивости почв, в том числе, и к антропогенному воздействию .

Динамика содержания гумуса. Контроль за содержанием гумуса входит в число первоочередных задач, поскольку изменение количества органического вещества в почве не только прямо связано с изменениями практически всех свойств почв и их плодородия, но отражает влияние внешних негативных процессов, вызывающих деградацию почв

Угнетение почвенной биоты. Этот важный показатель, пригодный, в том числе и для ранней диагностики негативных процессов в почве, находят, как правило, по косвенным признакам. Сравнительно простой прием, позволяющий оценить суммарную активность почвенных организмов, разлагающих органическое вещество и выделяющих диоксид углерода, состоит в определении так называемого дыхания почвы, или эмиссии почвой СО2. В полевых условиях на поверхности почвы устанавливают специальные камеры, которые улавливают выделяющийся СО2, например, путем его поглощения раствором щелочи; затем количество поглощенного СО2 можно измерить титрованием. [5]

2. Методический раздел. Методы изучения почв

2.1 Эдафические методы изучения почв

Эдафические методы является главной частью изучения почвы и применяется при выделении и описании типов леса и условий местообитания для предварительной оценки: потенциальных лесорастительных возможностей местоположения, условий лесовозобновления и лесовосстановления; влияния лесохозяйственных и рекреационных воздействий на почву; необходимости и эффективности мелиорации; физико-механических свойств почвы.

2.1.1 Почвенная съемка

Интенсификация сельскохозяйственного производства и рациональное использование земельных ресурсов требуют точного количественного учета и качественной оценки земельных фондов страны. Эта оценка должна быть дана как на государственном уровне, так и на уровне отдельно взятого хозяйства. Наиболее информативным и целенаправленным методом по характеристике почвенного покрова, состава слагающих его компонентов, свойств и перспектив использования является почвенная съемка. Для различных целей требуется составление почвенных карт, значительно отличающихся друг от друга по содержанию. Информативность почвенной карты в немалой степени зависит от масштаба выявления почвенной неоднородности, от сложности почвенного покрова и целевого назначения карты.

В практике почвенно-картографических исследований существует несколько видов почвенной съемки, из которых каждая имеет свое целевое назначение и свои методы исследования. Почвенные карты составляются в следующих масштабах:

детальные -- от 1 :200 до 1 :2000;

крупномасштабные -- от 1:5000 до 1:50 000;

среднемасштабные -- от 1:100 000 до 1:200 000;

мелкомасштабные --от 1:300 000 до 1:1000 000.

Карты мельче 1:1000 000 относятся к обзорным почвенным картам.

Карты мелкого масштаба составляются на территории крупных административных подразделений -- союзных и автономных республик, областей, краев. Ввиду их мелкого масштаба отображение на них получают главным образом географические закономерности залегания почвенного покрова и таксономические единицы на уровне типов, подтипов и реже -- родов.

Карты среднего масштаба составляются в основном на территории административных районов, небольших по площади автономных республик и областей, а также при первичном обследовании территории. Степень информативности карты повышается. Практически на ней получают отображение все таксономические единицы, но схематично. Карты среднего масштаба можно использовать как основу для почвенного районирования.

Карты крупного масштаба наиболее употребительны в практике почвенно-картографических исследований и составляются на площадь землепользовании отдельных хозяйств -- колхозов и совхозов. Такие карты содержат наибольшую информацию о характере почвенного покрова. Их содержание позволяет раскрыть вопросы генезиса почв, их сопряженность в ландшафте, топографические закономерности, выявить и научно обосновать структуру почвенного покрова. Крупномасштабная карта лежит в основе разработки всех мероприятий практического характера.

Детальные почвенные карты составляются выборочно на ограниченные территории и не являются массовым видом почвенной съемки. Составление подобных карт производится при наличии высокой комплексности почвенного покрова на выборочных участках, а также при характеристике почвенного покрова различных опытных сельскохозяйственных учреждений (опытные станции, государственные сортоиспытательные участки, плодо- и лесопитомники и др.).[6] Пример почвенной карты Приложение 1.

2.1.2 Организация разрезов, полуям и прикопков

Для описания почв и изучения их морфологических признаков профильным методом изучения почв закладываются специальные ямы, которые называются почвенными разрезами. Они бывают трех типов; полные (основные) разрезы, полуямы и прикопки.
Передняя, лицевая, стенка разреза, предназначенная для описания, должна быть обращена к солнцу.

При рытье разреза почву необходимо выбрасывать только на боковые стороны и ни в коем случае не на лицевую стенку, что может привести к ее загрязнению, разрушению верхних горизонтов, изменению их мощности и т. д.

Рис.

Полные, или основные, разрезы закладывают до такой глубины, чтобы вскрыть верхние горизонты неизменной материнской породы. Обычно эта глубина колеблется от 1,5 до 5 м в зависимости от мощности почв и целей исследования. Такие разрезы служат для специального детального изучения морфологических свойств почв и взятия образцов для физических и химических анализов.

Полуямы, или контрольные разрезы, закладываются на меньшую глубину -- от 75 до 125 см (до начала материнской породы). Они служат для изучения мощности гумусовых горизонтов, глубины вскипания от соляной кислоты и залегания солей, степени выщелоченности, оподзоленности, солонцеватости и других признаков, а также для определения площади распространения почв, охарактеризованных полными разрезами. Если при описании полуямы обнаружились новые признаки, не отмеченные ранее, то на этом месте необходимо закладывать полный разрез.

Прикопки, или мелкие поверхностные разрезы, глубиной менее 75 см, служат прежде всего для определения границ почвенных группировок, выявленных основными разрезами и полуямами. Обычно они закладываются в местах предположительной смены одной почвы другой.

Передняя (лицевая) стенка разреза (полуямы, прикопков) называется профилем почвы. Почвенный профиль -- совокупность генетически сопряженных и закономерно сменяющихся почвенных горизонтов, на которые расчленяется почва в процессе почвообразования. Почвенный профиль - вертикальный разрез почвы (Приложение 2, Рис. 1).

Для описания генетических горизонтов почв используется следующие буквенные обозначения:

Горизонт А₀ -- самая верхняя часть почвенного профиля -- лесная подстилка или степной войлок, представляющая собой опад растений на различных стадиях разложения -- от свежего до полностью разложившегося.

Горизонт А -- гумусовый, наиболее темноокрашенный в почвенном профиле, в котором происходит накопление органического вещества в форме гумуса, тесно связанного с минеральной частью почвы. Цвет этого горизонта варьируется от черного, бурого, коричневого до светло-серого, что обусловлено составом и количеством гумуса. Мощность гумусового горизонта колеблется от нескольких сантиметров до 1,5 м и более.

Поверхностный органогенный горизонт с содержанием органического вещества от 30 до 70%, состоящий из разложенных органических остатков (степень разложения -- больше 50%) и гумуса с примесью минеральных компонентов, называют перегнойным горизонтом.

Органогенные горизонты различной степени разложения органических остатков образуют переходные горизонты -- торфянисто-перегнойные, перегнойно-гумусовые.

Горизонт A₁ -- минеральный гумусово-аккумулятивный, содержащий наибольшее количество органического вещества. В почвах, где происходит разрушение алюмосиликатов и образование подвижных органоминеральных веществ,- верхний, темноокрашенный горизонт.

Горизонт А₂ -- подзолистый или осолоделый, элювиальный, формирующийся под влиянием кислотного или щелочного разрушения минеральной части. Это сильно осветленный, бесструктурный или слоеватый рыхлый горизонт, обедненный гумусом и другими соединениями, а также илистыми частицами за счет вымывания их в нижележащие слои и относительно обогащенный остаточным кремнеземом.

Горизонт А_п или А_пах -- пахотный, измененный продолжительной обработкой, сформированный из различных почвенных горизонтов на глубину вспашки.

Горизонт В -- располагающийся под элювиальным горизонтом, имеет иллювиальный характер. Это бурый, охристо-бурый, красновато-бурый, уплотненный и утяжеленный, хорошо оструктуренный горизонт, характеризующийся накоплением глины, окислов железа, алюминия и других коллоидных веществ за счет вмывания их из вышележащих горизонтов. В почвах, где не наблюдается существенных перемещений веществ в почвенной толще, горизонт В является переходным слоем к почвообразующей породе, характеризуется постепенным ослаблением процессов аккумуляции гумуса, разложения первичных минералов и может подразделяться на В₁ -- горизонт с преобладанием гумусовой окраски, В2 -- подгоризонт более слабой и неравномерной гумусовой окраски и В3 -- подгоризонт окончания гумусовых затеков.

Горизонт В_к -- горизонт максимальной аккумуляции карбонатов, обычно располагается в средней или нижней части профиля и характеризуется видимыми вторичными выделениями карбонатов в виде налетов, прожилок, псевдомицелия, белоглазки, редких конкреций.

Горизонт G -- глеевый, характерен для почв с постоянно избыточным увлажнением, которое вызывает восстановительные процессы в почве и придает горизонту характерные черты -- сизую, серовато-голубую или грязно-зеленую окраску, наличие ржавых и охристых пятен, слитость, вязкость и т. д.

Горизонт С -- материнская (почвообразующая) горная порода, из которой сформировалась данная почва, не затронутая специфическими процессами почвообразования (аккумуляцией гумуса, элювиированием и т. д.).

Горизонт Д -- подстилающая горная порода, залегающая ниже материнской (почвообразующей) и отличающаяся от нее по своим свойствам (главным образом по литологии).

Кроме указанных горизонтов выделяются переходные горизонты, для которых применяются двойные обозначения, например A₁A₂ -- горизонт, прокрашенный гумусом и имеющий признаки оподзоленности; А₂B -- горизонт, имеющий черты подзолистого горизонта ( А₂) и иллювиального (В); A₁C -- переходный горизонт от гумусового к материнской породе и т. д. Второстепенные признаки обозначаются индексом с дополнительной малой буквой, например A_2g -- подзолистый горизонт с признаками оглеения, B_g -- иллювиальный горизонт с пятнами оглеения, B_t -- метаморфический горизонт, характеризующийся аккумуляцией глины без заметных следов ее перемещения, С_k -- карбонатная почвообразующая порода и др. Иногда применяются и дополнительные индексы: Т -- торфяный горизонт (содержание органического вещества -- более 70% со степенью разложенности менее 50%), А_t -- торфянистый горизонт, A_d -- дерновый горизонт, B_h -- иллювиально-гумусовый, В_f -- иллювиально-железистый горизонт и т. д. [7]

Описания почвенных разрезов, полуям и прикопок заносятся в дневник, в котором кроме этого должны быть записаны сведения о рельефе, растительности, грунтовых водах, результатах полевых исследований физических, химических и других свойств почвы. Примерная форма полевого почвенного дневника приводится в приложении 2 табл. 1, табл. 2.

2.1.3 Определение морфологических признаков почв

Основными морфологическими признаками почв являются: строение почвенного профиля, мощность слоя почвы и ее отдельных горизонтов, окраска, структура, сложение, новообразования, включения.

Рассмотрим каждый признак в отдельности.

1) Строение почвенного профиля. Описано в пункте 2.1.2.

2) Мощность слоя почвы - это толщина почвы от ее поверхности вглубь до слабо затронутой почвообразовательными процессами материнской породы. Мощность различных почв неодинакова и колеблется от 40 до 150 см и более.

3) Окраска (цвет) почвы. Цвет почвы является важным внешним признаком, отличающим одни типы почв от других, а также горизонты и подгоризонты друг от друга. Достаточно сказать, что многие почвы получили название по их цвету: черноземы, красноземы, желтоземы, сероземы и др. Окраска почв зависит от ее химического состава, условий почвообразования, влажности. Верхние горизонты окрашены гумусом в темные цвета. Чем больше гумуса содержит почва, тем темнее окрашен горизонт. Наличие железа и марганца придает почве бурые, охристые, красные тона. Белесые, белые тона предполагают наличие процессов оподзоливания (вымывания продуктов разложения минеральной части почвы), осолодения, засоления, окарбоначивания, т. е. присутствие в почве кремнезема, коалина, углекислого кальция и магния, гипса и других солей.

Обычно окраска почв довольно сложная и состоит из нескольких цветов (например, серо - бурая, белесовато - сизая, красновато - коричневая и т. д.), название преобладающего цвета ставится на последнем месте, после обозначения оттенков.

Таким образом, для определения окраски почвенного горизонта необходимо:

а) установить преобладающий цвет;

б) установить насыщенность этого цвета (темно - , светлоокрашенный);

в) отметить оттенки основного цвета (например, буровато - светло - серый, коричневато - бурый, светлый, серовато - палевый и т. д.). Почва во влажном состоянии и в крупных комках всегда имеет более темную или интенсивную окраску, чем в сухом и растертом состоянии.

4) Структура почвы -это важный и характерный признак, имеющий большое значение при определении генетической и агропроизводственной характеристики почвы. Под структурностью почвы подразумевают ее способность естественно распадаться на структурные отдельности и агрегаты, состоящие из склеенных перегноем и иловатыми частицами механических элементов почвы. Форма структурных отдельностей зависит от свойств почвы.

Каждому типу почв и каждому генетическому горизонту свойственны определенные типы почвенных структур. Для гумусовых горизонтов характерна зернистая, комковато - зернистая, порошисто - комковатая структура; для элювиальных горизонтов - плитчатая, листовая, чешуйчатая, пластинчатая; для иллювиальных - столбчатая, призматическая, ореховатая, глыбистая и т. д.

В зависимости от наличия и степени выраженности структуры различают структурные и бесструктурные почвы. Бесструктурные - это большей частью песчаные и супесчаные почвы, нередко пахотные слои суглинистых и глинистых почв, распыляющиеся при обработке. Между структурными и бесструктурными почвами выделяют переходные почвы со слабо выраженной структурой.

В почвенных горизонтах структура чаще всего бывает неоднородной, или смешанной, так как структурные отдельности имеют разные формы и размеры (комковато - зернистая, комковато - порошистая и т. д.). (Рис 3, Приложение 2)

6) Сложение - это внешнее проявление плотности и пористости почвы. По степени плотности (силе связывания почвенных частиц) различают следующие виды сложения: слитное (очень плотное) - почва не поддается копке лопатой; плотное - лопата входит в почву с большим трудом; рыхлое - лопата входит в почву легко; рассыпчатое - лопата входит в почву без усилий.

По пористости (размеру и характеру пор) различают следующие типы сложения почвы: тонкопористые - диаметр пор менее 1 мм, пористые - диаметр 5 - 10 мм, ячеистые - диаметр пор более 10 мм, трубчатые - полости соединяются в канальцы.

Сложение зависит от механического и химического состава, структуры и влажности почвы. Оно влияет на воздухо - и водопроницаемость почвы, а также на глубину проникновения корневой системы растений.

От сложения зависит степень сопротивления почвы обрабатывающим орудиям.

7) Новообразования - это более или менее хорошо выраженные и четко ограниченные выделения и скопления различных веществ, которые возникли в процессе почвообразования. По составу, цвету и форме они резко отличаются от окружающей их почвенной массы. Различают новообразования химического и биологического происхождения.

Химические новообразования в почве - результат химических процессов, вследствие которых возникают новые соединения. Последние могут или осаждаться на месте образования, или, перемещаясь с почвенным раствором, выпадать на некотором расстоянии от места своего возникновения. Химические новообразования по форме делят на выцветы и налеты, корочки, примазки и потеки, прожилки и трубочки, конкреции.

Химические новообразования представлены легкорастворимыми солями: гипсом, углекислой известью, окислами железа, алюминия и марганца, закисными соединениями железа, кремнекислотой, гумусовыми и другими веществами. Классификация и описание химических новообразований, разработана С.А. Захаровым (Табл.1, Приложение 3).

Новообразования биологического происхождения (животного и растительного) встречаются в следующих формах: червоточины - ходы дождевых червей; копролиты - экскременты дождевых червей; кротовины - пустые или заполненные землей ходы крупных землероев (сусликов, сурков, кротов и Др.); корневины - сгнившие крупные корни растений; дендриты - узоры мелких корешков на поверхности структурных отдельностей.

Новообразования являются важным признаком, по которому судят о происхождении почв, их составе и свойствах. Так, выделения углекислой извести в виде плесени указывают на процессы перемещения ее в почвенном профиле. Сизоватые или ржаво - охристые пятна свидетельствуют, что почвы сформировались в условиях некоторого заболачивания.

8) Включения . Предметы, механически включенные в массу почвы и не связанные с ней генетически, называются включениями. В их число входят обломки горных пород, не связанных с материнской породой, раковины моллюсков, кости современных и вымерших животных, остатки золы, углей, древесины, остатки материальной культуры человека (обломки кирпича, посуды и археологические находки). (Рис. 3, приложение 2)

Такой признак, как включения, помогает судить о происхождении почвообразующей породы и возрасте почв. [8]

2.2 Метод геохимического анализа

Геохимия -- наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения элементов и изотопов, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.

2.2.1 Рентгенофлуоресцентный анализ

Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) -- один из современных спектроскопических методов исследования почвы с целью получения ее элементного состава, то есть ее элементного анализа. С помощью этого анализа могут анализироваться различные элементы от бериллия (Be) до урана (U). Метод РФА основан на сборе и последующем анализе спектра, полученного путём воздействия на исследуемый материал рентгеновским излучением. При облучении атом переходит в возбуждённое состояние, сопровождающееся переходом электронов на более высокие квантовые уровни. В возбуждённом состоянии атом пребывает крайне малое время, порядка одной микросекунды, после чего возвращается в спокойное положение (основное состояние). При этом электроны с внешних оболочек либо заполняют образовавшиеся вакантные места, а излишек энергии испускается в виде фотона, либо энергия передается другому электрону из внешних оболочек (оже-электрон). При этом каждый атом испускает фотоэлектрон с энергией строго определённого значения, например железо при облучении рентгеновскими лучами испускает фотоны Кб = 6,4 кэВ. Далее соответственно по энергии и количеству квантов судят о строении вещества. (Рис.1, Приложение 4)

2.2.2 Атомно-абсорбционный анализ

Атомно-абсорбционный анализ почв - предназначен для проведения количественного элементного анализа (до 70элементов) по атомным спектрам поглощения, в первую очередь для определения содержания металлов в растворах их солей: в почвенных растворах. Для получения раствора необходимо пробы почвы подвергнуть экстракции пятимолярной азотной кислотой при температуре 100° С в течение трех часов и в полученном кислотном растворе определить содержание химических элементов атомно-абсорбционным анализом.

Основные области применения атомно-абсорбционного анализа -- контроль загрязнения объектов окружающей среды: воды, воздуха, почв. (Рис. 2, приложение 4)

2.2.3 Нейтронно-активационный анализ

Нейтронно-активационный метод - метод качественного и количественного элементного анализа вещества, основанный на активации ядер атомов и исследовании образовавшихся радиоактивных изотопов (радионуклидов). Образец почвы облучают ядерными или квантами. Затем определяют вид, т. е. порядковый номер и массовое число, образовавшихся радионуклидов по их периодам полураспада и энергиям излучения, которые табулированы. Поскольку ядерные реакции, приводящие к образованию тех или иных радионуклидов, обычно известны, можно установить, какие атомы были исходными.

Данным методом можно анализировать пробы с повышенным содержанием органики. (Рис. 3, приложение 4)

2.2.4 Гамма-спектрометрия

Гамма-спектрометрический анализ проводится для определения естественных и техногенных радионуклидов в образцах почв. (Рис. 4, приложение 4)

2.2.5 Эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой

Эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой - это высокочувствительный метод, для одновременного многоэлементного анализа в широком диапазоне концентраций. В связи с этим он широко используется как для анализа высоких концентраций загрязнителей в почве (воде и т.д.), так и следовых содержаний загрязняющих элементов. Данным методом могут быть определены в принципе все элементы природной среды. (Рис. 6, приложение 4)

2.2.6 Масс-спектрометрия

Масс-спектрометрия - это наиболее эффективный метод определения изотопных отношений металлов в почве. (Рис. 5, приложение 4)

2.2.7 Электронно-микропробный анализ (микрозондовый анализ)

Определение петрогенных элементов в единичных малых зернах минералов. По принципу аналогичен рентгено-флуоресцентному методу, но образец возбуждается потоком электронов.

2.2.8 Ион-микропробный анализ (ионный зонд)

Ион-микропробный анализ применяется для определения редких элементов и изотопов в почвах.

2.3 Метод агроэкологического анализа почв

Агроэкологический анализ почв - это сопоставление требований сельскохозяйственных культур к условиям произрастания с агроэкологическими условиями конкретной территории. По сути агроэкологический анализ почв - это оценка их плодородия, при которой, устанавливают насколько выгодно возделывать ту или иную культуру на определенной территории. Без агроэкологического анализа сельскохозяйственный производитель может сеять культуру на поле, где она будет плохо расти и давать низкую урожайность. Практический опыт агроэкологического анализа почв в России показывает, что она позволяет с высокой подробностью и достоверностью выяснить, насколько пригодно конкретная почва для выращивания той или иной сельскохозяйственной культуры.

Задачи агроэкологического анализа почв заключаются в том, чтобы идентифицировать агрономически значимые параметры различающихся участков почв (в соответствии с агроэкологическими требованиями сельскохозяйственных культур и агротехнологий), определить ландшафтные связи между ними, особенности энергомассопереноса и ландшафтно-геохимические потоки, в пределах которых возможны антропогенные преобразования.

Вывод

По моему мнению, в настоящее время мониторинг окружающей среды, в том числе мониторинг почв, является одним из важных направлений в деятельности человечества. Потому что в связи с антропогенной деятельностью человека происходит ухудшение состояния окружающей среды, следовательно, и ухудшение условий жизни человечества. Мониторинг в современном мире стал той системой, которая позволила следить за степенью загрязненности и нарушенности жилища - планета Земля.

В отличие от воды и атмосферного воздуха, которые являются лишь миграционными средами, почва является наиболее объективным и стабильным индикатором техногенного загрязнения. Поступления загрязняющих веществ в почву происходит из поверхностных вод, с атмосферными осадками, из загрязненных растений при их гибели, из водоемов при паводках, при орошении земель.

Для всех природных сред, и почв в том числе, взаимосвязь всех выполняемых ими функций естественна. Значимость экологических функций почв, как уникального базового природного объекта, который занимает центральное положение в биосфере, обусловливает специфические особенности экологического мониторинга почв, его отличие от мониторинга других природных сред.

Почвенный мониторинг должен обеспечить прежде всего контроль выполнения почвой ее утилитарных функций. А они у почвы уникальны. Незаменима функция почвы -- ее плодородие. Соответственно, контроль сохранения в условиях антропогенного воздействия почвами физических, химических, биологических свойств, которые обеспечивают их плодородие, -- это одна из важнейших специфических задач почвенного экологического мониторинга.

Также уникальна протекторная экологическая функция почвы. Выполняется она почвами благодаря их способности поглощать и держивать загрязняющие вещества, защищая от них воду, воздух и растения. Соответственно, контроль эффективности почвы в ограничении миграции загрязняющих веществ в техногенно нарушенных ландшафтах -- это одна из важнейших специфических задач почвенного экологического мониторинга. Однако ограничить миграцию загрязняющих веществ почва может лишь путем поглощения и прочного закрепления этих веществ почвенными компонентами. При оценке способности почв выполнять эту функцию имеем в виду, что при непрочном удерживании загрязнителей, они могут вызвать ухудшение плодородия почв. Следовательно, контроль выполнения почвой и функции плодородия, и защитной функции должен быть комплексным.

Медико-экологическая функция различных природных сред, т. е. природных вод, воздуха и почв, состоит в том, чтобы обеспечить поддержание качества жизни для всех организмов, в том числе для человека. Но механизмы влияния на здоровье человека свойств воды и воздуха, с одной стороны, и свойств почв, с другой стороны, различны. Эти обстоятельства обеспечивают как общие, так и специфические черты методологии мониторинга разных природных сред. Общим является то, что контроль экотоксикологического состояния всех природных сред направлен на выявление ситуаций (явлений, причин), когда содержание контролируемых химических веществ в этих средах может быть опасным для живых организмов. Но контролируемые химические вещества потребляются живыми организмами из воды и воздуха непосредственно, а из почвы -- через посредство контактирующих с почвой воды и воздуха. Влияние же свойств почвы на экологическое состояние взаимодействующих с ней воды и воздуха зависит непосредственно от прочности удерживания загрязнителей почвенными компонентами. Прочность удерживания, в свою очередь, зависит от разнообразия видов связи химических веществ с этими компонентами, в чем проявляется экологическое значение полидисперсности, многофазности и гетерогенности почвенной системы.

Обнаруживается некоторое противоречие в оценке выполнения почвой ее разных экологических функций. Но это противоречие кажущееся. Оно состоит в следующем. С одной стороны, почва, защищая от загрязнения воду и воздух, поглощает загрязняющие вещества. С другой стороны, поглощенные почвой вещества могут отрицательно влиять как на количество получаемого урожая (на плодородие почв), так и на качество (загрязнение) урожая. Устранить такое противоречие можно, если принять во внимание разнообразие соединений контролируемых химических веществ (прочно и непрочно связанных). То есть с экологической точки зрения важно оценивать не только то, как много почва удерживает загрязняющих веществ, но и как прочно она их удерживает. Прочная фиксация загрязнителей обеспечивает выполнение почвой ее защитной функции в отношении и вод, и воздуха, и растений. Непрочное удерживание загрязняющих веществ почвенными компонентами может вести к созданию опасной экотоксикологической обстановки. Если при мониторинге вод и воздуха эффективны показатели общего содержания загрязняющих веществ в их составе, то при почвенном мониторинге необходимо оценивать как общее содержание этих веществ, так и содержание их подвижных (водно-миграционных и воздушно-миграционных) соединений.

Все вышесказанное говорит о том, что при экологическом мониторинге почв комплексным должен быть контроль выполнения почвой всех названных функций почвы.

В настоящее время почва деградирует, происходит ее засоление и выветривание. К опасным последствиям воздействия человека на почву следует отнести эрозию почвы, загрязнение химическими веществами, засоление, заболачивание, а так же прямое уничтожение и занятие почв под посторойки, сооружения, водохранилища и т.д.

Антропогенная деградация почв -- это необратимые антропогенные изменения физических, химических, биологических свойств почв, которые ведут к невозможности выполнения в полной мере почвами их экологических функций. Так как функции почв уникальны, антропогенная деградация почв ведет к частичной деградации биосферы.

Деградация почв проявляется прежде всего в том, что они утрачивают свое плодородие. Деградация почв различных видов достигла огромных масштабов, последствия ее в последние 20 лет испытывает по крайней мере 1/3 территории планеты. Биллионы тонн земли невозобновляемого природного ресурса ежегодно исключаются из сельскохозяйственного пользования. Чтобы заново создать почвенный слой, который нередко теряется за один сезон, нужны века. Утрата устойчивости почв ведет к потере устойчивости общества в целом. Реальной становится угроза краха сельского хозяйства, что очень опасно в условиях роста числа потребителей.

Уровень деградации земель непосредственно связан с плотностью населения и производства. Рост населения ведет к деградации почв, так как сопровождается необходимостью глобального увеличения производства продуктов питания. Следствием крайних степеней деградации почв является недостаток пищи и сопровождающий его голод. И рост населения, и рост урбанизации сопровождаются размещением производства и проживания людей на новых площадях, интенсификацией использования земель.

Для сохранения жизни на планете необходимо сохранение почв путем разработки новых технологий, которые обеспечивали бы как экономический и социальный статус общества, так и улучшение состояния окружающей среды.

Список используемой литературы

1. Ивлёв А. М. Курс лекций: Эволюция почв. Владивосток: Изд-во Дальневосточного ун-та, - 2005. - 97с.