Проект повышения плодородия почв

Введение
С древних времен благополучие и жизнь людей были связаны с почвой. Изучением почв занимается почвоведение. Ее возникновение связано с именем выдающегося естествоиспытателя профессора В.В. Докучаева (рис. I цв. вкл.): 1883 год, когда была опубликована его книга «Русский чернозем», считается годом рождения науки о почве.
Почвоведение — это естественно-историческая наука, предметом изучения которой является почва: ее происхождение, развитие, строение, состав, свойства, закономерности распространения на поверхности суши, роль в жизни человека и биосферы, методы ее мелиорации и охраны.
Почвоведение можно определить как междисциплинарную науку в естествознании. Это наука о взаимодействиях между минеральными и органическими веществами, водой и газами с одной стороны, и живыми организмами и человеком — с другой.
Почвенная система — это совокупность взаимодействующих между собой и с окружающей средой элемен¬тов, составляющих целостное образование — педосферу, которое занимает огромное пространство и выполняет разнообразные функции, обеспечивающие устойчивое развитие биосферы. Она обладает следующими характеристиками: составом элементов (сочетанием однотипных ареалов и строгой последовательностью образующих ее генетических горизонтов); определенной пространственной и внутренней структурой, создающейся почвообразующим процессом; сохранением своей качественной целостности в пространстве и времени; динамическим равновесием с окружающей средой. Она состоит из разнородных природных компонентов: минерального, живого и мертвого органического вещества, воды и газов, образующих единую систему.
Почвообразующей породой называется рыхлая осадочная горная порода, из которой образовалась почва. Рыхлые осадочные породы — это геологическое образование, представляющее собой скопление минеральных, органических и минерально-органогенных частиц. Они возникли на поверхности земной коры под воздействием процессов выветривания, почвообразования, переноса и отложения, происходящих на контакте литосферы, гидросферы и атмосферы Земли.
Рыхлая осадочная порода формируется из продуктов разрушения материнских пород, к которым относятся магматические, метаморфические и плотные осадочные породы. На поверхности Земли породы, сформировавшиеся в ее недрах при высоких температурах и больших давлениях, оказываются неустойчивыми к воздействию разнообразных экзогенных процессов и разрушаются. Процессы разрушения первоначально монолитных горных пород называются выветриванием. Различают три типа выветривания: физическое (механическое), химическое и биологическое (биохимическое). Физическое выветривание приводит к дроблению (дезинтеграции) горных пород. К механическому разрушению горных пород приводят также морозное выветривание, клиноподобное действие корней, абразия (трение обломков пород друг о друга, вызванное водой, ветром, льдом, падением). Химическим выветриванием называются процессы разрушения горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислого газа и органических кислот: растворение, окисление, гидратация, восстановление, карбонатизация, гидролиз. Биохимическое выветривание происходит под действием живых организмов. Их появление качественно изменило и ускорило преобразование горных пород, обусловив разнообразные процессы биохимического выветривания, наиболее активно протекающие в почвах.
Около 2,5 млрд лет, на Земле в результате процессов физического и химического выветривания сформировалась минеральная основа — матрица почв. Она представляла собой рыхлое, слоистое, пористое, полиминеральное, полидисперсное и полихимическое тело в верхней части коры выветривания. Важнейшая составляющая минеральной матрицы — ее коллоидная часть. Минеральные коллоиды служат своего рода цементом для почвенной матрицы. Минеральная матрица обладала существенными системными свойствами, присущими почвам: обменной способностью, буферностью, водоудерживающей способностью, кислотно-щелочными и окислительно-восстановительными свойствами. Она состояла из газообразной, твердой (минеральной) и жидкой фаз. Минеральная матрица стала протопочвой, т. е. предшественником современных почв — биокосных тел. Перечисленные типы выветривания горных пород происходили и происходят повсеместно и всегда взаимосвязанно.
Почвенный покров подвергавшихся оледенению территорий начал формироваться около девяти тысяч лет тому назад. Послеледниковый этап формирования рыхлых осадочных пород на территории России связан, главным образом, с деятельностью поверхностных вод, ветра и человека. Временные и постоянные водные потоки переносят основную массу продуктов выветривания в озера, моря и океаны. В реках отложение материала происходит в самом русле, по берегам, в долинах и, особенно, устьевых частях (дельтах). Обломочный материал, откладываемый реками, называется аллювием. С временными и постоянными водными потоками связаны разнообразные эрозионные формы рельефа: борозды, ложбины, рытвины, овраги, балки, долины. Мощным фактором разрушения осадочных пород, их переноса и отложения наряду с водной эрозией является дефляция. Дефля¬цией, или ветровой эрозией, называется процесс выдувания рыхлых мелкодисперсных пород с поверхности земли. Оба эти процесса наиболее интенсивно протекали в период таяния и разрушения ледника на обнаженных поверхностях, лишенных защитного почвенного и растительного покровов. В настоящее время масштабы дефляции также могут быть огромными. Так, сплошная распашка почв в 1930-х гг. вызвала такие пыльные бури, что под слоем чернозема были погребены целые поселки. Переносимые ветром пыль, вулканический пепел, мелкий песок образуют эоловые отложения часто весьма характерной формы: барханы, валы, дюны. Существует точка зрения, что лёссовые отложения, покрывающие почти 1/3 площади континентов, представляют собой осадочные отложения, созданные процессом дефляции, и являются эоловыми образованиями. Типичный лёсс — это различной мощности (от нескольких метров до 400 м) карбонатные породы пылеватого состава с преобладанием частиц размером 0,01—0,05 мм. Все лёссовые породы образовались в четвертичный период.
Во всех географических зонах преобладающими почвообразующими породами являются осадочные отложения, созданные различными природными процессами. В индустриальную эпоху человеческая деятельность стала важным фактором изменения поверхности Земли, состава и строения осадочных горных пород, соизмеримым с естественными геологическими процессами. Антропогенное воздействие на почвообразование включает, во-первых, целенаправленное преобразование природных ландшафтов в агро- и урбоэкосистемы и техногенные ландшафты и, во-вторых, косвенное влияние на процессы осадкообразования и их химический состав.
Фазовым составом почвы называется соотношение компонентов почвенного материала (фаз), выражаемое в процентах его общей массы или в долях единицы. Соотношение фаз и их свойства специфичны для каждого генетического горизонта, а характер распределения фаз по профилю связан с генезисом почв и изменяется в процессе их развития. Твердая фаза почв состоит из минерального и мертвого органического вещества. На долю минеральной составляющей почвы приходится больше 90 % твердой фазы почвы. Исключением являются торфяные почвы, твердая фаза которых целиком представлена органическим веществом — торфом. Вещества почвы в твердой фазе перемещаются в профиле с другими фазами, в связи с эрозионными и криогенными процессами, при обработке почвы человеком, под действием почвенных обитателей и воды. Почвенные животные, осваивая жизненное пространство, передвигаются в почве самостоятельно. Почвенные растворы, суспензии и газы перемещаются по профилю и за его пределы по физическим законам. Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим, агрегатным, минералогическим и химическим составом, содержанием мертвых органических остатков и гумуса.
Определение гранулометрического состава (гранулометрический анализ) почвы состоит из двух этапов. На первом этапе производится разделение агрегатов на элементарные почвенные частицы (диспергация почвы). Второй этап состоит в их разделении на фракции. Частицы крупного размера разделяются на фракции ситовым методом. Для определения содержания мелких фракций применяется пипет-метод, основанный на законе Стокса для равномерного движения частиц в жидкости.
Знание гранулометрического состава почв позволяет лесоводу решать вопросы обработки почв, подбора лесных насаждений, устанавливать сроки проведения лесоустроительных работ. Лучшими для большинства культур являются суглинистые почвы. Однако следует иметь в виду, что разные древесные породы в силу своих биологических особенностей предъявляют не одинаковые требования к плотности сложения почвы, аэрации, почвенной влаге. От соотношения механических элементов зависит структурное состояние почв. Песчаные и супесчаные почвы слабо оструктурены. Часто неблагоприятной для произрастания растений бывает структура пылеватых почв с низким содержанием коллоидов, особенно при малом количестве гумуса. Гумусное состояние почв зависит от гранулометрического состава: чем легче почва, тем меньше в ней удерживается гумуса.
В почвах присутствуют практически все известные химические элементы. По набору и содержанию элементов почвы существенно отличаются от горных пород и живых организмов. Большое число химических элементов — первая особенность почв. Вторая состоит в сочетании высокого содержания углерода и кремния, что связано с влиянием растительности и живых организмов на почвообразующие породы. Третья особенность почв заключается в значительном диапазоне колебания концентраций химических элементов.
Химический состав оказывает двойственное влияние на плодородие почв. С одной стороны, с химическим составом связано содержание питательных элементов, необходимых растениям, с другой — он определяет ряд свойств почв (например, кислотность), которые имеют решающее значение для роста и развития растений. Как дефицит в почве каких-либо элементов пищевого режима растений, так и их избыток неблагоприятно сказываются на продуктивности растений.
Непригодно для сельскохозяйственного производства примерно 40 % почв России, пригодно без особых ограничений всего около 45 %. Наиболее плодородные чернозёмы, лугово-чернозёмные и серые лесные почвы занимают около 10 % площади страны. Освоение остальных почв требует проведения различных агролесомелиоративных мероприятий. Доля земель лесного назначения составляет около 65 % земельного фонда, сельскохозяйственного — 23,5 %. Хозяйственному использованию земель почти всегда сопутствуют процессы деградации почв. Деградация почв представляет собой совокупность природных и антропогенных процессов, приводящих к изменению функций почв, качественному и количественному ухудшению их состава, свойств и режимов, снижению производительной способности земель, иногда полному их разрушению.