Критерии и параметры допустимых антропогенных нагрузок на физическое состояние почв

Физическая деградация почв - это некоторое негативное изменение комплекса физических свойств или физического состояния почв, характеризуемого определенными количественными параметрами.

Набор показателей, характеризующих физическое состояние почв достаточно велик, оценочная значимость и их величины различны. Для определения процесса физической деградации почв используют ряд показателей. Это, во-первых, фильтрационная способность, агрегатный состав и водопрочность, водоудерживающая способность и влагопроводность. К ним относят физико-технологические параметры: твердость, сопротивление сдвигу, внутреннее сцепление, трение почва-почва и почва-металл, характеристика абразивных свойств, липкость, пластичность, тепловые, электрические и магнитные свойства.

Фактически физические свойства почвы в основном определяются состоянием почвенной структуры. Под структурой почвы в данном случае понимается пространственное распределение почвенных фазовых компонентов: твердых, жидких и газообразных. Этим распределением определяется строение порового пространства почвы.

Для диагностики физического состояния и, следовательно, уровня физической деградации почв некоторые ученые считают важным определение таких характеристик, как пористость агрегатов или фрагментов в сухом состоянии, размером 3-5 мм, коэффициент текстурной усадки и межагрегатную пористость (Добровольский, 2002).

Эти показатели отражают такие свойства почв как гранулометрический состав, минералогический состав, содержание органического вещества, состав обменных катионов, характер структурообразующих коллоидов и являются прямыми характеристиками почвенной структуры. Кроме того, они определяют структуру порового пространства, её динамичность под воздействием климатических и антропогенных факторов, а также большинство свойств почвы: водоудерживающую способность, влагопроводность, водопроницаемость, фильтрацию и др. Любое воздействие деградационных факторов, так или иначе, отражается на этих параметрах.

В этом плане достаточно показательной характеристикой физического состояния почв является плотность почвы в целом, которая, по мнению многих ученых, может быть принята за обобщенный показатель физического состояния почв. Она отражает пористость почвы, стабильность структурной пористости, плотность твердой фазы и набухаемости.

При оценке проявления деградаций выделяется несколько степеней: деградации нет, слабая деградация, средняя, сильная и экстремальная. Для каждой степени даются количественные изменения конкретного свойства. В иных классификациях оценки даются по уменьшению или усилению того или иного количественного признака (свойства) почвы (табл.4.1).

Для оценки физического состояния почв и эффективности многих агрономических приемов наиболее часто используют показатели структурного состава ("сухое" и "мокрое" просеивание), коэффициента структурности, плотности сложения и водопроницаемости. По справедливому утверждению Н.А. Качинского "окультуренная почва - это структурная почва". Наиболее агрономически ценная комковато-зернистая структура имеет размеры агрегатов от 0,25 до 10 мм.

Существенную роль в предохранении почв от разрушения играет водопрочность структурных агрегатов - способность их противостоять разрушающему действию воды.

Таблица 4.1 Показатели и критерии физической деградации почв (Деградация и охрана почв, 2002)

Комковато-зернистое состояние почвы придаёт ей относительно рыхлое сложение, высокую пористость (больше 45 %), облегчает прорастание семян и распространение корней растений, уменьшает энергетические затраты на механическую обработку почвы. Структурная (комковато-зернистая) почва имеет хорошую водопроницаемость, в связи с чем на ней слабо выражен поверхностный сток, а, следовательно, она лучше противостоит водной эрозии. В такой почве повышается влагоёмкость, в ней больше накапливается воды, необходимой для роста и развития растений, происходит меньшее испарение влаги.

Интегральной величиной, характеризующей структуру почвы, является коэффициент структурности, показывающий отношение содержания комковато-зернистой структуры к суммарной величине пылеватой и глыбистой фракций. Большая величина коэффициента структурности указывает на лучшую структурность почвы, её более благоприятные для развития растений агрофизические свойства.

Для правильного выбора мер воздействия на почву необходимо, прежде всего, определить уровень ее окультуренности, т.е. степень приспособленности к выращиванию сельскохозяйственных культур. Как правило, критерием оценки окультуренности почв считают урожайность культур.

Сотрудники Всероссийского НИИ земледелия и защиты почв от эрозии обобщили экспериментальный материал и выработали диагностические критерии по основным показателям агрофизических свойств черноземов (Черкасов с сотр., 2005). Они считают, что полученные результаты можно использовать при мониторинге и управлении агрофизическим состоянием почв. По их данным в качестве основных критериев могут служить показатели, характеризующие структуру почвы. Известно, что важнейшими количественными характеристиками почвенной структуры являются плотность сложения и структурно-агрегатный состав. Вместе с тем, эти показатели весьма нестабильны, что обусловлено сезонной динамикой, связанной с механической обработкой почвы орудиями, видом сельскохозяйственной культуры, процессами набухание-усадка и др.

Для более полной оценки степени окультуренности почв, по мнению упомянутых авторов, следует использовать критерии, которые характеризуют различные уровни структурной организации почвы (по Воронину, 1986): молекулярно-ионный, уровень организации почвенных частиц, агрегатный структурный уровень, горизонтный структурный уровень. Некоторые из них мы прокомментируем.

На горизонтном структурном уровне основные изменения в пахотном слое отражают плотность сложения и структурно-агрегатный состав. По величине этих показателей степень окультуренности средне - и тяжелосуглинистых черноземов предлагается дифференцировать на три уровня: высокий, средний и низкий (табл.4.2.). В качестве диагностических показателей взяты: равновесная плотность сложения, содержание водоустойчивых агрегатов размером более 0,25 мм, содержание воздушно-сухих агрегатов размером 10-0.25 мм.

Таблица 4.2 Диагностические критерии уровней окультуренности черноземов типичных по агрофизическим свойствам в пахотном слое по Черкасову и др., 2005)

Агрегатный структурный уровень хорошо характеризует плотность и пористость агрегатов различного размера.

Наши личные эксперименты и литературные данные свидетельствуют, что основными свойствами и показателями почв, определяющими степень воздействия сельскохозяйственной техники на почву, являются гранулометрический состав, содержание и качественный состав органики, структурное состояние, плотность и влажность почв. В связи с этим можно заключить, что присущие типичным черноземам соответствующие показатели предполагают их высокую способность противостоять деформациям.

Сотрудники ВНИИЗ и защиты почв от эрозии установили верхнюю границу оптимальной плотности сложения тяжелосуглинистого типичного чернозема, которая составляет 1,2 г/см³. Таким образом, эту величину можно использовать для оценки степени воздействия сельскохозяйственных движителей на почву.

В.В. Медведевым (1988) установлены допустимые давления ходовых систем тракторов на чернозем типичный в зависимости от влажности и плотности сложения.