Материал: 1010-pochvovedenie-2013-7

sica napus L.) // J. Agr. Food Chem. 2005. V. 53.

P. 2867–2871.

76.Rytuba J. Mercury mine drainage and processes that control environmental impact // Sci. Total Environ. 2000. V. 260. P. 57–71.

77.Sladek C., Gustin M.S. Avaluation of sequential and se lective extaction methods for determination of mercury speciation and mobility in mine waste // Appl. Geochem. 2003. V. 18. P. 567–576.

78.Van de Plassche E.J., De Bruijn J.H.M. Towards inte grated environmental quality objectives for surface wa ter, sediments and soil for nine metals. RIVM Report 679101005. Bilthoven, Netherlands. 1992. 130 p.

79.Wang Q. Integrated amendment and ecological restora tion of polluted soils by heavy metals // Proc. Strategy Soil Environ. Protect. New Century of China. 1998. Beijing. P. 26–29.

80.Wang Q., Dong Y., Cui Y., Liu X. Instances of soil and crop heavy metals contamination in China // Soil Sed iment Contam., 2001. V. 10. P. 497–510.

81.Wang Q., Li J. Fertilizer proper use and sustainable de velopment of soil environment in China // Advances Environ. Sci., 1999. V. 7. P. 116–124.

82.Williams C.H., David D.J. The effect of superphosphate on cadmium content of soils and plant // Austr. J. Soil Res. 1973. V. 11. P. 43–56.

83.Xu R., Jiang D., Qian W. Studies on pollution accident of phosphate fertilizers and limitation of trichloroace taldehyde and trichloroacetic acid in them // J. Env. Sci. 1988. V. 9. P. 1–43.

84.Zhou X. Polluted status of Cd in Zhangshi irrigation area and solutions // Agro Env. Protec. 1987. V. 6. P. 17–19.

85.Zitco V. Toxicity and pollution potential of thallium // Sci. Total Environ. 1975. V. 4. P. 185–192.

ВВЕДЕНИЕ

Чтобы оценить интенсивность смыва почвы и выбрать необходимый для данных природных условий комплекс противоэрозионных меропри" ятий необходимо разработать экологические пре" делы смыва почвы. Именно к такого рода норма" тивам и относятся допустимые пределы потерь почвенной массы. Подобно другим экологиче" ским нормативам, их можно разделить на три временны&е категории: оперативную, перспектив" ную и ноосферную (по В.И. Вернадскому) [13]. Очевидно, что при разработке любых экологиче" ских нормативов в той или иной мере должны учитываться и экологическая необходимость уменьшения потерь до заданного уровня, и эко" номическая возможность осуществления меро" приятий по ее достижению. При этом с повыше" нием временно&й категории пределы должны все менее зависеть от экономических условий. Для проектирования противоэрозионных мероприя" тий на ближайшую перспективу следует разрабо" тать и использовать нормативы допустимого

*Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 09"05"00770а).

смыва почвы первой временнo&й категории, поз" воляющие достигнуть максимального почвоза" щитного эффекта при минимальных затратах.

При разработке допустимой нормы потерь почвенной массы на уровне второй временнo&й категории (перспективной) в большей мере долж" ны учитываться экологические требования. И, наконец, на уровне третьей временнo&й категории (ноосферной) экологические требования должны резко преобладать над экономическими. В насто" ящее время в практической работе по охране почв обычно опираются на оперативную категорию нормирования, стремясь обеспечить возможно быструю окупаемость вложенных средств при" бавками урожая. С другой стороны, в почвенных и экологических исследованиях [2, 4, 14] обычно разрабатываются такие нормативы, использова" ние которых не должно вызывать уменьшение мощности почвенного профиля. Иначе говоря, допустимая скорость потерь почв от эрозии не может превышать скорости почвообразования. Такое условие следует отнести к требованиям тре" тьей категории нормирования.

Бельгибаев и Долгилевич [2], сделав обзор большого числа работ, нашли, что скорость поч"

вообразования для черноземов составляет 0.28 мм/год. Эти результаты получены, исходя из предположения о линейной зависимости мощно" сти гумусового горизонта (h) от длительности почвообразования (t). Ясно, однако, что с увели" чением возраста почв и мощности гумусового го" ризонта скорость почвообразования уменьшается и, следовательно, для сформировавшихся почв она меньше, чем указанные средние величины. Построив на основании данных, приведенных Бельгибаевым с соавт. в [2], график зависимости h = f(t), получаем, что скорость почвообразова" ния для целинных сформировавшихся почв со" ставляет лишь 0.06 мм/год, то есть на порядок меньше осредненных по времени значений.

Если исходить из такой скорости почвообразо" вания, то окажется, что допустимый предел по" терь почвы не превышает 1 т/га в год, что в насто" ящее время практически недостижимо. Однако большинство авторов используют осредненные по всему периоду почвообразования скорости и получают приемлемые величины допустимой эрозии в несколько тонн на гектар в год. Однако с таким подходом трудно согласиться в силу его слабой научной обоснованности. В США отправ" ной точкой для расчета величин допустимой по" тери почвы (Т"фактора) послужила сделанная Беннетом [3] оценка скорости почвообразования – 1 дюйм (25.4 мм) за 30 лет (0.85 мм/год или 11.2 т/га в год). Эта величина была взята в каче" стве максимальной, принятой для почв мощно" стью более 152 см, залегающих на рыхлой почво" образующей породе. Далее допустимые пределы эрозии почв снижены до 2.2 т/га в год при умень" шении мощности почвы до 0–25 см и наличии других ограничений роста корней растений. Ана" логичный подход использован и в Европе, где для почв мощностью 60–100 см установлен Т"уро" вень в 7 т/га, а при мощности более 100 см – 10 т/га в год [5].

Другой подход к нахождению допустимой эро" зии почв основан на делении запаса мощности гу" мусового горизонта почвы (сверх критической) на планируемый период защиты почвы от эрозии [12, 17]. Недостатком этого метода является не" определенность в выборе “временнo&го ресурса”.

Еще один метод определения допустимой эро" зии почв базируется на определении расчетным методом компенсируемого почвообразованием смыва на границе несмытых и смытых почвенных разностей [14]. Естественные колебания мощно" сти верхних горизонтов даже несмытых почв и значительные погрешности расчетных методов определения величины смыва затрудняют ис" пользование данного метода.

Особое положение занимает методика расчета допустимых потерь почвы, предложенная Скид" мором [19]. Эта методика, в общем, соответствует

требованиям перспективного уровня нормирова" ния, что делает ее привлекательной.

Однако практическое использование уравне" ния Скидмора встречает значительные трудно" сти, так как до сих пор нет надежных данных по скоростям современного (культурного) почвооб" разовательного процесса. Большинство авторов используют для расчетов скорость естественного почвообразования, что нельзя признать коррект" ным. Некоторые вводят поправочные коэффици" енты для перехода к скоростям культурного поч" вообразования. Однако они не обеспечены экс" периментальными данными и различаются, по данным разных авторов, более чем на порядок. Например, по Бельгибаеву и Долгилевичу [2] по" правочный коэффициент равен 2/3, а по Гудзону [6] – около 10.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Предложенная нами линейная “гумусовая” модификация методики Скидмора [8] позволила преодолеть отмеченные выше трудности нахож" дения допустимого предела потерь почвы. Со" ставляющие баланса гумуса и методы их опреде" ления достаточно хорошо известны, поэтому та" кой подход позволил строго количественно определить допустимые нормы потерь гумуса для разных почв и угодий при разных севооборотах и пересчитать их затем на соответствующие нормы потерь почвы.

Линейная “гумусовая” модификация уравне" ния Скидмора имеет следующий вид:

при z ≤ z1 Н = Н1; при z ≥ z2 Н = Н2, где Н – допу" стимая норма потерь гумуса в слое 0–50 см, т/га в

год; Н1 – нижний предел допустимых потерь гу" муса, равный скорости его накопления, т/га в год; Н2 – верхний предел допустимых потерь гумуса, принимаемый равным нижней границе средней интенсивности смыва гумуса на пашне исследуе" мого района, т/га в год; z, z1, z2 – соответственно, текущий, критический (допустимый минимум) и оптимальный запасы гумуса в слое почвы 0– 50 см, т/га.

Экологический предел допустимой эрозии почвы (Т) находится далее по уравнению:

Т = 100Н/С,

где С – процентное содержание гумуса в верхнем (0–25 см) слое почвы.

Изложенную выше схему использовали для расчета допустимых пределов потерь черноземов Центрально"Черноземной зоны разных подтипов и степеней смытости.

Запасы гумуса в черноземах (оподзоленном, выщелоченном, типичном и обыкновенном)

приведены в табл. 1, составленной по результа" там, приведенным в монографии Щеглова, обоб" щившим многочисленные литературные данные по содержанию гумуса в почвах Центрального Черноземья (общий объем выборки для каждого подтипа составлял от 225 до 650) [18].

За верхний предел допустимых потерь гумуса (Н2) принимался его запас в 10 т почвы, так как по данным Госкомзема [1] эта величина является нижней границей интервала ежегодного смыва почв районов исследования. За критический за" пас гумуса (z1) принимался его максимальный уровень, при котором использование почвы в земледелии нецелесообразно. Такой запас гумуса бывает в почве, переходной от средне" к силь" носмытой, то есть потерявшей половину исход" ного содержания гумуca в несмытой почве.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Для исследуемых почв критический запас гу" муса в слое почвы 0–50 см (z1) находился в преде" лах от 139.0 т/га в оподзоленном черноземе до 172.5 т/га в типичном черноземе (табл. 1). Опти" мальным запасом гумуса (z2) считали такой его уровень, выше которого уже не наблюдался при" рост урожайности сельскохозяйственных куль" тур. С учетом мнения ряда авторов [7, 15, 16] были приняты следующие оптимальные величины со" держания гумуса в пахотном слое несмытых чер" ноземов: в оподзоленных – 6.0, в выщелоченных –

6.8, в типичных – 7.0, в обыкновенных – 6.5%. Учитывая имеющиеся в почве запасы гумуса в слое 25–50 см, получим величины оптимального запаса от 345 т/га в типичном черноземе до 293.4 – в оподзоленном.

Нормативная урожайность при нормальном уровне земледелия зерновых культур на несмы" тых исследованных почвах колебалась около трех тонн с гектара (от 3.16 т/га – на выщелоченном черноземе до 2.81 т/га – на обыкновенном). Рас" чет нормативной урожайности зерновых и других культур проводился по [10]. Переход к урожайно" сти на смытых почвах осуществлялся в соответ" ствии с [9].

Расчеты проводили по трем четырехпольным севооборотам разной структуры, характерной для черноземов Центрально"Черноземной области:

1)зернопаропропашной: зерновые – 50%, чер" ный пар – 25%, сахарная свекла – 25%;

2)зернотравянопропашной: зерновые – 50%, многолетние травы – 25%, сахарная свекла – 25%;

3)зернотравяной: зерновые – 50%, многолет" ние травы – 50%.

Результаты расчетов массы пожнивно"корне" вых остатков культур и скорости их гумификации приведены в табл. 2, а составляющих баланса гумуса в севооборотах разной структуры – в табл. 3, 4.

Масса пожнивно"корневых остатков и мине" рализация гумуса в слое 0–25 см рассчитывались