ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СИСТЕМЫ «МЕХАНИЗИРОВАННОЕ СРЕДСТВО - ПОЧВА - УРОЖАЙ» Измайлов А.Ю.,Годжаев З.А.,Русанов А.В.,Кузьмин В.А.

ФГБНУ ФНАЦ ВИМ


Номер: 5-1
Год: 2017
Страницы: 75-79
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье рассматривается неразрывная экологическая система: "механизированное средство - почва - урожай", внутри которой существует жесткая последовательная связь, учитывающая антропогенное влияние человека на конечный продукт сельскохозяйственного производства - урожай. Показано как меняются физические параметры почв в зависимости от плотности. Приведены диапазон плотности почв, когда нитрификационная способность почвы практически не изменяется и критическая плотность, когда нитрификационная способность резко падает. Рассмотрены факторы, которые при неправильной эксплуатации механизированных средств влияют на плодородие почв, приводят к физической деградации земель и как следствие - резкому снижению урожайности. Представлено как применительно к системе движитель-почва-растение меняется эффективность использования почвы в зависимости от ее уплотнения и как следствие отклонения ее характеристик, возникающих под воздействием движителей, от оптимальных значений и влиянием этого отклонения на урожай показано, в чем заключается фундаментальное решение проблемы.

Текст научной статьи

Проблема экологической безопасности системы «механизированное средство - почва - урожай в целом определен антропогенным фактором (человеком), который, как он утверждает, создал механизированное средство для преобразования части окружающей среды, в полезном для нее и человека направлении. Это утверждение во многих случаях является ошибочным или заведомо ложным, что широко подтверждается реальной действительностью. Целью исследований является показать на примере изменения плотности плодородных почв, при антропогенном воздействии механизированных средств, изменение физического состава почвы и влияние этого изменения на урожай не только в первый год обработки земли, но и в последующие года. При неправильной эксплуатации плодородных земель с помощью механизированных средств высока вероятность физической деградации плодородных почв. Под физической деградацией почв понимается устойчивое ухудшение их физических свойств, в первую очередь структурного состояния и сложения, приводящее к ухудшению водного, воздушного, температурного и питательного режимов и в конечном итоге - к снижению плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур[1]. Деградация физического состояния почв - явление многоплановое и многофакторное, относится к наиболее распространенному виду деградации почв и почвенного покрова, обусловленному как природными, так и в основном антропогенными воздействиями. Важнейшим фактором деградации физического состояния пахотного слоя, особенно почв суглинистого и глинистого гранулометрического состава, является уплотняющее воздействие тяжелой сельскохозяйственной техники, приводящее к переуплотнению почвы. Рассматривая уменьшение содержания гумуса в почве и уплотняющее воздействие на почву сельскохозяйственной техникой раздельно, следует иметь в виду, что на практике их следует обсуждать совместно, поскольку вместе они усиливают деградацию физических свойств почв. Развитию физической деградации пахотных почв также способствуют следующие антропогенные воздействия: - длительное сельскохозяйственное использование почв без применения органических удобрений или удобрение небольшими дозами; - нарушение агротехнологий возделывания сельскохозяйственных культур, например, при обработке почв с высокой и низкой влажностью и т.п. - многократные (интенсивные) механические обработки почв, особенно под пропашными культурами; - нарушение системы севооборотов (высокая доля пропашных культур, невысокая доля полей с многолетними травами); - увеличение площади распаханных территорий; - развитие водной и ветровой эрозии на открытых поверхностях пахотных почв и т.д. В 90-е-годы прошлого столетия и в начале XXI в. в нашей стране и во всем мире (через 15-20)лет после начала использования на полях современной тяжелой техники особенно остро встал вопрос о физической деградации почв за счет их уплотнения и переуплотнения техникой. Уплотнение почв - это процесс увеличения плотности сложения почвы и сопутствующего ему изменения других параметров физического состояния почв. Различают две стадии этого процесса: умеренное уплотнение и переуплотнение. При умеренном уплотнении почвы ее плотность остается ниже критических значений, при этом сохраняется способность к разуплотнению под влиянием природных и антропогенных факторов. При переуплотнении почвы значения ее плотности становятся выше критических, и почва практически утрачивает способность к восстановлению исходного физического состояния. На рисунке 1приведено строение почвенных макропор в пахотных горизонтах серой почвы при уплотнении ходовыми системами тракторов Рис.1- строение почвенных макропор в пахотных горизонтах серой почвы при уплотнении ходовыми системами тракторов (первый срок наблюдения после посева ячменя). Делянки: А - неуплотненный контроль; Б - 2 прохода трактора МТЗ-82 (динамическая нагрузка 150 кП); В - 4 прохода трактора К-701 (динамическая нагрузка 205 кП). Глубина: 1 - 5-10 см; 2 - 15-20 см; 3 - 25-30 см. Так А.И. Воронин на примере каштановой почвы установил [2], что при росте плотности от 0,9 до 1,25 г/см3 нитрификационная способность почвы практически не изменяется, в то время как при достижении плотности 1,3 г/см3 она снижается в 1,9 раза, а при плотности 1,5 г/см3 наступает денитрификация почвы. Проведенные многочисленные исследования показывают, что чрезмерное воздействие движителей современной сельскохозяйственной техники на почву приводит к росту плотности до 1,5 - 1,6 г/см3 и нарушению таких функций ландшафта, как средовоспроизводящая, саморегулирующая и самовосстановительная. Решение задачи повышения эффективности подсистемы “механизированное мобильное средство - почва - урожай” являляется весьма сложным и трудным, так как при этом необходимо было учитывать влияние на получаемые результаты физических, химических и биологических факторов и множественность разновидностей и состояний почвы, изменяющихся под влиянием техники, природно-климатических условий, животных и т. д. Анализ многолетних экспериментальных и производственных данных показал, что фундаментальное решение проблемы может быть достигнуто при условии, если известно: допустимое изменение под воздействием движителей характеристик почвогрунтов, включая пахотные и подпахотные их слои; распределение давлений движителей на почву или функция q (x, y), где q - давление , x, y - поверхностные координаты; напряженное состояние почвогрунтового полупространства, возникающее под воздействием движителей, характеризуемое функцией q(x, y); взаимосвязь между напряженным состоянием почвогрунтов и изменением их физических свойств, важнейшими из которых являются плотность, внутренняя и межагрегатная пористость, объем пор аэрации, влажность, определяющая содержание доступной и недоступной растениям влаги, структура и механические прочностные характеристики, от которых зависит сопротивление проникновению корней и деформациям почвы; изменение показателей почвы после воздействия на нее движителей, когда q(x,y) =0; влияние изменения характеристик почвогрунтового полупространства на эффективное и потенциальное плодородие. Рассмотрим экологическую безопасность движителей по критериям допустимого изменения основных физических свойств почв Как известно к основным физическим свойствам почв относят плотность, структурное состояние, твердость, пористость (общая межагрегатная и отдельных агрегатов). С этими показателями прямо связаны влаго- и воздухоемкость, водо- и воздухопроницаемость, определяющие как эффективное, так и потенциальное плодородие почв. Важным является то, что для конкретной разновидности почвы величина плотности является, в известной степени, интегральным показателем ее физического состояния. В таблице 1 представлено изменение ряда показателей двух видов почв, дерново-глеевая тяжелосуглинистой и дерново-подзолистой суглинистой почв, в зависимости от их плотности. Таблица 1 Изменение ряда показателей двух видов почв, дерново-глеевая тяжелосуглинистой и дернов-оподзолистой суглинистой почв, в зависимости от их плотности Показатель Дерново-глеевая тяжелосуглинистая почва Дерново-подзолистая суглинистая почва Плотность, г/см3 1.1 1.25 1.3 1.43 1.54 1.1 1.3 1.5 1.6 Общая пористость, % Полевая влагоемкость, % Влажность завядания, % Продуктивная влага, % Количество пор, %: аэрации некапиллярных 58 33 17 16 25 11 52 37 22 15 15 7 50 38 23 15 13 6 45 40 28 12 5 2 41.5 41.5 30.0 11.5 0 0 59 30 10 20 26 15 52 35 16 19 16 8 44 37 22 15 6 1 40 38 25 13 2 0 Из таблицы видно, что увеличение плотности почв приводит к уменьшению пористости почв уменьшению количества пор аэрации и некапиллярных пор, что в свою очередь приводит к уменьшению полевой влагоемкости увеличению влажности завядания и уменьшению продуктивной влаги, питающей растение. В [3 с.12-19] приведены в обобщенном виде (опубликованные в 20-и источниках) диапазоны оптимальных плотностей почв различных типов и разновидностей с группировкой данных по культурам. В [4] обобщены экспериментальные данные, полученные различными научными учреждениями (всего 80 источников) в лабораторных и полевых опытах, которые дают представление о взаимосвязи между плотностью сложения почвы и изменением урожая различных культур. Так для почв суглинистого и глинистого механического состава установлены диапазоны оптимальных значений структуры (при сухом и мокром просеивании по методу Саввинова), плотности и скорости фильтрации воды [4]. Наличие указанной информации позволяет не только оценить уровень негативного воздействия движителей на различные почвы, но и разработать математическую модель прогнозирования изменения ее продуктивности при изменении плотности, а также установить допустимый уровень давления на почву внешнего деформатора (штампа, движителя и т. д.). Применительно к системе движитель-почва-растение эффективность использования почвы определяется прежде всего ее уплотнением и как следствие отклонением ее характеристик, возникающих под воздействием движителей, от оптимальных значений и влиянием этого отклонения на урожай.(Таблица 2) Таблица 2 Изменение уражайности озимой пшеницы в зависимости от уплотнения тракторами чернозема в слоях 0…20 см и 20-40 см за период вегитации озимой пшеницы Тип трактора и число проходов по одному следу Плотность в слое 0…20см, г/см3 Плотность в слое 20…40см, г/см3 Урожайность, ц/га При посеве При уборке При посеве При уборке Контроль n=0 1.01 1.17 1.19 1.26 28.9 Т-54СПГ* n=1 1.13 1.23 1.25 1.31 26.6 Т-54СПГ N=3 1.21 1.32 1.27 1.35 19.6 К-701 n=1 1.3 1.36 1.41 1.39 14.6 К-701 n=3 1.37 1.42 1.41 1.46 10.4 *СПГ - трактор пневмогусеничный Из таблицы 2 видно, что изменение урожая озимой пшеницы однозначно связано с ростом как в пахотном, так и в подпахотном слоях. Во всех известных случаях установлено, что при воздействии движителей на почву, по крайней мере, перед посевом и при посеве, созданное изменение ее характеристик сохраняется в значительной степени до уборки данной культуры. Таким образом, за период вегетации почва не восстанавливает полностью свои характеристики, измененные при воздействии на нее движителей существующей техники. В [5] приведены результаты лабораторных исследований пяти типов почв, в которых почвы уплотняли до разных значений плотности и далее определяли ее изменение после каждого цикла увлажнения-высыхания почвы. На основе полученных данных авторы[5] пришли к выводу, что после пяти циклов набухания-усадки способность к самовосстановлению свойств почвы до оптимальных значений ослабевает или утрачивается, если достигнутая при внешнем воздействии плотность превышает верхнюю границу оптимального значения всего на 0,05-0,1 г/см3. При этом расчетные значения верхней границы оптимальных значений для исследуемых почв получены равными: дерново-подзолистая слабоокультуренная - 1,31 г/см3, серая лесная тяжелосуглинистая почва - 1,29 г/см3, курский чернозем - 1,16 г/см3 и южный легкоглинистый ростовский чернозем - 1,17 г/см3. Недостаточность самовосстановительных свойств почвы, уплотненной движителями, фиксируемая в интервале от посева до конца вегетации растений, отнесем к 1-ому уровню нарушения экологического равновесия, а то же в интервале, равном одному году и более лет, - ко второму уровню нарушения экологического равновесия. Приведенные в [2, c. 253-294] и в данном пункте результаты, а также в [2, с.315-317], где обобщены рекомендации по допустимым давлениям на почву, позволяют полагать, что первый уровень нарушения экологического равновесия (НЭР1) возникает, когда давление на почву превышает допустимую по ГОСТ 26955-86 величину, а второй уровень (НЭР2), когда плотность почвы превышает верхний предел оптимального значения на 0,05-0,1 г/см3. По имеющимся данным НЭР2 возникает, когда давление на почву при ее влажности выше 0,6-0,7 НВ превышает норматив в 1,3-1,5 раза. При этом снижается потенциальное плодородие почвы.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.