Состояние припоселковых почвенных геосистем

Почва является важнейшим компонентом биосферы, связующим звеном между живыми организмами и окружающей средой. Она обладает характерным только для нее строением, составом и свойствами. Одно из важнейших свойств почвы - это плодородие, благодаря которому происходит развитие жизни на земле. Факторы окружающей среды, такие как: живые организмы, климат, рельеф, материнские горные породы влияют на почвообразовательные процессы, на состояние почвенных организмов, а, следовательно, и на ее экологическое состояние. Таким образом, оценка экологического состояние почв непосредственно связано с вопросами состояния животного, растительного мира и средой обитания человека.

Антропогенное воздействие на почву носит прямой и косвенный характер, и, как правило, приводит к нарушениям почвы, то есть, изменению состава и свойств почвы как динамической системы, выражающемуся в нарушении равновесных экологических процессов. Практически всегда нарушения почвы являются сложными, имеющими черты как прямого, так и косвенного воздействий. Нарушения почвы могут быть вызваны и природными процессами пожарами, сезонными климатическими явлениями, вулканическими процессами, стихийными бедствиями и деятельностью человека.

Актуальность u новизна проекта: Почва, как особая биокостная среда, требует к себе особого внимания, т. к. оказывает влияние на сопряженные природные среды и живые объекты, она взаимодействует с воздушной средой, водами, биотой и объектами техногенной сферы. В последнее время (за последние 50 лет) ускорилась потеря почвенного покрова. Она составляет, по разным оценкам, 8 - 15 млн. га в год. Это вызывает в ученом мире глубокую озабоченность.

Сегодня последствия ухудшения состояния почв уже выражается в целом ряде глобальных, региональных и местных экологических проблем, связанных с состоянием атмосферы, гидросферы, биоразнообразия, здоровья людей и др.

Учитывая местоположение п. Солнечный (окружен автомагистралями, железной дорогой, промышленным предприятием), почва в окрестностях поселка испытывает активную антропогенную нагрузку, что влияет на окружающую среду и здоровье человека.

Цель мониторинга :

Проследить изменения состояния почвы в припоселковых лесах. Выявить степень максимальной нагрузки в отдельные периоды. Доводить результаты до сведения администрации поселка, жителей, учащихся с целью формирования экологического сознания, культуры и ноосферного мышления.

Гипотеза: Состояние почвенных геосистем зависит от степени внимания администрации поселка и самих жителей к возникшей проблеме.

Объект исследования: Состояние почвы окрестностей п. Солнечный.

Предмет исследования: Антропогенные нарушения почвы в окрестностях п. Солнечный.

Задачи:

1. Проследить за состоянием почвенных геосистем в наблюдаемых ранее участков.

2. Повторить проделанные ранее опыты с целью сравнения результатов.

3. Описать виды и степень нарушений почвы.

4. Проанализировать экологические паспорта , отмечая изменения в состоянии почвенного слоя.

5. Разработать предложения по улучшению состояния почв припоселковых лесов.

1. Теоретическая часть.

1. 1. Почва - особый природный компонент.

Вопросам оценки состояния почвы уделяется много внимания научными работниками и практиками, хозяйственниками и бизнесменами. Связь с землей, «укорененность» издавна считал ась признаком основательности, фундаментальности. Проблемы рационального использования почв, «земель» во многих отношениях являются ключевыми в современной жизни - будь то вопросы строительства, добычи полезных ископаемых, организации зон отдыха или других видов человеческой деятельности. Возрастающие масштабы антропогенной деятельности обусловливают необходимость учета и прогнозирования изменений в окружающей среде, оценки возможностей устойчивого развития, и почва в значительной мере определяет ресурсный потенциал биосферы для потребления будущими поколениями людей. Сегодня последствия ухудшения состояния почв уже выражаются в целом ряде глобальных, региональных и местных экологических проблем, связанных с состоянием атмосферы, гидросферы, биоразнообразия, здоровья людей и др.

Почвой называют слой вещества, лежащий поверх горных пород земной коры.

Наука о почвах называется почвоведением. Почва служит для растений источником питательных веществ. Русский ученный Докучаев впервые стал рассматривать почву как динамическую, а не инертную среду. Докучаев доказал, что почва постоянно меняется и развивается, а в ее активной зоне идут физические, химические и биологические процессы. Он выявил пять главных почвообразующих факторов, к которым относятся климат, геологическая основа (материнская порода), топография (рельеф), живые организмы и время.

В состав почвы входят четыре важных структурных компонента:

1. Минеральная основа (обычно 50-60% общего состава почвы).

2. 0рганическое вещество (до 10%),

3. Воздух (15-25%)

4. Вода (25-35%).

Минеральный скелет почвы - это неорганический компонент, который образовался из материнской породы в результате ее выветривания. Структура почвы определяется относительным содержанием в ней песка, ила и глины. Структура почвы имеет большое значение для сельского хозяйства. Средне- и мелко структурные почвы, такие, как глины, суглинки и алевриты, обычно более пригодны для роста растений, так как содержат достаточно питательных веществ и способны удерживать воду. Идеальная почва должна содержать приблизительно равные количества глины и песка в сочетании с частицами промежуточных размеров. В этом случае образуется пористая, крупитчатая структура, и почвы называются суглинками.

Тяжелые почвы плохо дренируются и обычно бывают сырыми и клейкими. Легкие же почвы хорошо дренируются и прекрасно поддаются обработке, так как их частицы легко отделяются друг от друга.

Большую роль в удержании воды и питательных веществ играет особенно многочисленная и важная группа глинистых минералов. Большинство их встречается в виде плоских мельчайших кристаллов, часто шестиугольной формы, которые образуют в воде коллоидную суспензию. Каждый кристалл содержит слои силиката, объеденные со слоями гидроокиси алюминия. Общая поверхность слоев, граничащая с промежутками между ними, очень велика по сравнению с объемом кристаллов (5 - 800 м- В 1 г глины).

Важная особенность этих минералов - наличие у них отрицательного постоянного заряда, который нейтрализуется катионами, адсорбированными из почвенного раствора. Благодаря этому катионы не выщелачиваются из почвы и могут обмениваться на другие катионы из почвенного раствора и растительных тканей. Эта катионообменная способность служит одним из важных индикаторов плодородия почвы. Свободные пространства втягивают также воду, что ведет к гидратации и набуханию глины.

1. 2. Общий обзор свойств и показателей почвы.

Во-первых, всякая почва представляет собой совокупность исторически сложившихся горизонтов, различающихся физическими свойствами, окраской и общим обликом. Количество, сочетание, степень выраженности и свойства этих горизонтов устойчивый и характерный признак определенных типов и разновидностей почвы. Совокупность почвенных горизонтов объединяется в понятие почвенный профиль; каждая почва имеет свой, характерный для нее профиль, т. е. последовательность и характер горизонтов.

Ухудшение экологического состояния почвы, в большинстве случаев, связывают именно с антропогенной нагрузкой, хотя изменения состояния почвы может быть обусловлено также воздействием природных факторов.

Рассмотрение почвы в аспекте оценки ее экологического состояния, в общем, случая, требует учета и оценки следующих факторов:

(антропогенной нагрузкой на почву и все ее компоненты;

(нарушений почвы в контексте взаимосвязей и взаимовлияний почвы на другие компоненты природно-антропогенного комплекса, обусловленных антропогенной нагрузкой и природными явлениями;

(репродуктивного потенциала почвы по отношению к текущему и последующему воспроизводству питательных веществ, морфологических структур, биоразнообразия, биотических связей и др.

(разного рода связанных с ухудшением состоянием почвы экологических проблем. Оценка экологического состояния почв непосредственно связана с вопросами оценки состояния животного и растительного мира, а также среды обитания человека в целом.

1. 3. Виды нарушений почвы.

1. Полное уничтожение почвы, то есть удаление почвенного слоя, выход на поверхность почвообразующих пород.

2. Перекрытuе почвенного профuля различными материалами - отходами, дорогами, покрытиями, застройками, затоплением. Только под города и прочие населенные пункты изъято из естественного биосферного процесса около 5 % почвенного покрова, и эта величина неуклонно растет. Подсчитано, что в результате этого процесса ежегодно в мире теряется до 6-7 млн. га почв.

3. Эрозuя почв - разрушение почв и вынос рыхлых компонентов почвенного материала водой и ветром.

Водная эрозия происходит под воздействием поверхностного стока, дождевых и талых вод.

Ветровая эрозия (дефляция) - представляет собой выдуванием мелкозема из почвенных горизонтов, особенно в засушливые периоды, при сильных ветрах. Отсутствие растительности приводит к усилению негативных последствий дефляции.

Виды нарушений Признаки этих нарушений Ставим знак «+» при обнаружении

1. Полное уничтожение почвы Удаление почвенного слоя, выход на поверхность +

почвообразовательных пород: рыхлых песчаных, суглинястых

2. Перекрытие почвенного профиля различными Наличие на поверхности различного материала промышленных и +

бытовых отходов, дороги, покрытия, застройки, затопления и др.

3. Эрозия почв Смыв и размыв почв поверхностным стоком дождевых и талых вод. +

а)Водная эрозия почв; Поверхностная эрозия характеризуется размывами различной глубины б)Ветровая эрозия почв (дефляция) от 2мм до 30 см, шириной от 3 мм до 40 см. В результате этих процессов идет разрушение верхнего гумусового горизонта.

Уменьшается мощность почвы. Дальнейшая эрозия приводит к развитию линейной эрозии, образованию глубоких промоин, затем – оврагов.

Выдувание мелкозема верхних горизонтов, особенно если нет растительности.

4. Механические нарушения. Уплотнение; переувлажнение (подтопление); иссушение; образование +

плотных корок; пирогенные нарушения (после пожаров), которые определяются по обожженной древесине, выгоревшему почвенному, растительному покрову и опаду, покраснению верхнего горизонта почвы, наличию в почве углей и золы.

5. Загрязнение почвы. Накопление на поверхности и в толще почвы веществ, не связанных с+

почвообразованием: нефть и нефтепродукты, аммиак, тяжелые металлы, радиопродукты.

Механические нарушения уплотнения; переувлажнения (подтопление); иссушение; образование плотных корок; пирогенные нарушения (являются результатом пожаров). Механические нарушения обуславливают ухудшение физических (водно-тепловых, воздушных), химических свойств, замусоривание почв.

Загрязнение почв - накопление и распространение в них веществах, не связанных с почвообразованием, относящихся к естественным компонентам (соли, закисляющие вещества, нефть и нефтепродукты, некоторые минеральные удобрения и др. ), так и загрязнителей - токсикантов (тяжелые металлы, хлорорганические пестициды, радионуклиды и др. )

В результате загрязнения почв снижается плодородие почвы, а сама почва может стать губительной средой для существующих в ней (и находящихся в контакте с ней) организмов. Загрязнение почв сопровождается распространением загрязнений в другие среды и объекты окружающей среды - живой и косной природы.

По характеру воздействия на объекты окружающей среды выделяют следующие группы нарушений почвы:

Эрозия почвы.

1. Сельскохозяйственные нарушения почв: Вынос с полей удобрений, ядохимикатов приводит к загрязнению водоёмов, а) распашка склонов; происходит зарастание их русла.

б) расположение пашни вблизи водоёмов; Вытаптывание растительности, уплотнение почвы.

в) перевыпас скота; Химическое загрязнение почвы, гибель почвенной фауны.

г) нарушения технологии хранения Различные нарушения в функционировании экосистемы.

минеральных удобрений и пестицидов;

д)мелиоративные нарушения почв при проведении мелиоративных работ.

2. Лесохозяйственные нарушения В результате использования техники при лесозаготовительных, +

лесовосстановительных, лесомелиоративных работах развивается эрозия почв.

3. Промышленные нарушения Отходы производства остаются на поверхности почвы. В почву попадают выбросы+

газообразных, жидких и твердых веществ.

4. Строительные нарушения Строительные нарушения связаны с прокладкой трубо- и газопроводов, линий +

электропередачи (ЛЭП); дорог. При строительстве ГРЭС изменяется гидрологический режим почв, что при водит К их подтоплению, заболачиванию.

5. Транспортные нарушения Наблюдаются загрязнения почв продуктами выхлопных газов, а также уплотнение и +

разрушение почв при движении вне дорог. Связаны с нарушением правил поведения человека в природной среде: загрязнение

6. Рекреационные нарушения Связаны с нарушением правил поведения человека в природной среде: загрязнение +

мусором, нефтепродуктами, вытаптыванием почвенного слоя, пожары и т. д.

Практическая часть

2. 1. Почвы п. Солнечный.

Поселок Солнечный Сургутского района ХМАО находится в лесной зоне с соответствующей таежной растительностью и типичной для этой зоны почвами.

Под хвойной растительностью - подзолистые почвы, в понижениях формируются болотистые почвы, отличающиеся избыточным переувлажнением и кислой средой, бедными питательными веществами, содержащими небольшой гумусовый слой. Характерной чертой почвообразования является переувлажнение и глеевые процессы.

Более подробно обследования проводились в лесополосах окрестности п. Солнечный, (участки отмечены на карта - схеме).

Использовали практическое руководство под редакцией Муравьева А. г. , Каррыева Б. Б. , Ляндзберга А. Р. «Оценка экологического состояния почвы» - Экологический мониторинг в образовательных учреждениях. А также материалы книги N2З «Экологические наблюдения по ХМАО» - Сикорской ГЛ. , Кушниковой г. И.

2. 2. Результаты исследования.

Представляем вашему вниманию следующие результаты исследования:

Морфологические свойства почв.

Засорение почв свалками различного характера и содержания.

Фита индикация.

Паспорта экологического нарушения и их сравнительный анализ.

Таблица методов оценки показателей почв п. Солнечный.

1. Морфологические свойства почв.

Очень важным и наиболее доступным для описания морфологическим признаком почв является цвет (окраска) того, или иного горизонта (или образца почвы из горизонта).

Окраска является характерным диагностическим признаком, позв6ляющим' косвенно судить и о других свойствах почвы. Цвет (окраску). определяют в естественном состоянии почвы или горизонта, не допуская возможных изменений, обусловленных высушиванием.

Исследуемая почва беловато - серого цвета, что присуще подзолистому горизонту А2, каштанового - иллювиального горизонта В.

Влажность. При работе в полевых условиях удобно использовать косвенный органолептический метод определения степени увлажненности почвы. В результате такого определения, основанного на оценке, можно достаточной достоверностью судить о той или иной степени увлажнения почвы.

Исследуемая почва свежая, влажная на ощупь, чуть холодит руку, не пылит, легко разделяется на структурные отдельности, не мажется. На фильтрованной бумаге остается влажный след, формуется. Имеет устойчивый тип увлажненья, характеризуется средней капиллярной влагоемкостью. Запасы продуктивной влаги в литровом слое почв 200 мм 70 мм.

Почвенные новообразования с охристым налетом, бурыми пятнами.

Визуально разделили территорию на участки, но морфологическая картина не имеет ярких отличий.

2. Засорение почв свалками различного характера и содержания.

По всей территории наблюдали замусоривание почвы различными материалами, что отражено в экологическом паспорте и диаграмме. На сегодняшний день данная проблема до конца не решена, но в этом направлении ведется работа.

3. Фитоиндикация.

Известный геоботаник Л. Г. Раменский отличал, что «единственным прямым и достоверным оценщиком экологических условий является растительность».

Про анализировав из каких видов состоит растительное сообщество, и, зная, какие условия предпочитает каждый вид, мы можем довольно точно оценить почвенный покров исследуемых участков. Например, наличие мать - и - мачехи говорит о глинистых и илистых почвах. А седмичник доказывает высокую кислотность почв. На кислых обильно увлажненных почвах произрастают сосняки - черничники, сосняки - долгомосиники.

Печеночница благородная говорит о том, что почва хорошо ориентируется.

Подтверждением кислотности могут быть заросли черники и брусники, вереска.

Наличие овсяницы и полевицы говорит о высоком содержании тяжелых металлов (свинца и меди). Осина реагирует быстрым ростом и крупными листьями на повышенное содержание тория.

4. Степень вытаптывания почв.

Пользуясь методикой Муравьева изучили степень вытаптывания и общего проективного покрытия с помощью рамки (квадратная рамка 1 м2 И 0,5 м\ На изучаемых площадках определили общие проективные покрытия растительности, визуально оценивая на площади рамки долю занятой растениями (в %). Выясняли, что имеются угнетенные и поврежденные растения и участки голого грунта, можем утверждать, что вытаптывание серьезно нарушило структуру почвы и привело к деградации растительного сообщества. Но год назад, когда закончилось строительство парка, вытоптанные участки были заасфальтированы. И благодаря этому уменьшилась нагрузка на почву.

Результаты оценки экологического состояния почвы нанесена на карту и составлена диаграмма.

5. Паспорта экологического нарушения

Паспорт участка, расположенного в Паспорт участка, расположенного в Паспорт участка, расположенного воПаспорт участка, расположенного в

10 м от транспортной магистрали. лесопарковой зоне. дворе школы №1 п. Солнечный. районе автодороги

Барсово-Солнечный

Исследуемый участок находится в В районе лесопарка состояние почвы На территории самого поселка В районе автодороги Барсово –

лесополосе в 10 м от автодороги. более чистое с учетом уборки, но почва вновь созданная человеком. Солнечный обследовали участок леса

Двигаясь по лесополосе вдоль заметны вытоптанные участки с Дерн находится в стадии вдоль дороги.

шоссе, обратили внимание, что чем отсутствием растительности и формирования. На территориях Участок залит водой, неприродного ближе к проезжей части, тем более верхнего слоя почвы, в данное время административных зданий поселка, происхождения – подтопление заметны поверхностные загрязнения территория облагороженная подвергается положительным автодорогой.

почвы, что было видно по (заасфальтированная). воздействиям человека. Так, Почва переувлажненная, угнетенному виду травяной и леснойСостояние почвы удовлетворительное. например наблюдали почву на захламленная свалками крупно растительности. Увидели серый Нарушения - рекреационные. Характер территории школы. Заметно габаритных предметов технического налет, плотно прилипший к листьям,воздействия - постоянный. Данные увеличенный верхний слой характера. Крупные металлические который даже не стряхивался. нарушения влияют не только на почву,искусственно внесенных удобрений конструкции, корпуса старых

Предполагаем, что это остатки но и на растительность: травянистая (перегной, торф и т. д. ). Состояниеавтомобилей, на отдельных придорожной пыли, масла, остатки растительность вытоптанная, почвы хорошее, загрязнения не свободных участках заметны выхлопных газов. Источники единичные кустарники брусничника. выявлено. механические повреждения почвы нарушений - транспорт. Хвоинки у деревьев мелкие и (котлованы, карьеры). Растительный

Кроме этого, двигаясь по неправильной формы, тусклые, мелкая покров нарушен местами.

лесополосе, увидели несколько поросль сосны с повреждениями. Травянистая растительность более участков, захламленных бытовым Предполагаем, что при дальнейшем богата, кустарниковая поросль, мусором, содержащим пластиковые загрязнении лес будет не пригоден много молодых сосенок.

пакеты, стекло, металлические для прогулок, а почва подвергнется Основные нарушения почвы конструкции. Ярко выраженный разрушению. сохранились. Территория остается строительный мусор вблизи Предлагаем: периодически очищать посещаемой жителями, но участок, строительства храма в п. данную лесополосу, так как она который загрязнялся сточными

Солнечный. защищает поселок от загрязнения водами, отсутствует, т. к.

В настоящее время строительство автомагистрали п. Солнечный. построена храма уже завершено, но идет Биоустройство парка завершилось, подведение подземных коммуникаций. нарушенные участки почвы засеяны

Почвенный грунт снят по периметру травами, в весенне-летний сезон храма. разбивается цветник. Приближенные участки древесной растительности регулярно убирается.

По результатам паспортов и исследования почв окрестности поселка составили диаграммы и показали степень нарушения на картосхеме поселка.

6. Таблица методов оценки показателей почв п. Солнечный.

Показатели состояния почвы Методы исследования Уровень сложности

1. Механический состав: Визуальный Все уровни.

- компоненты

- наличие почвенных организмов.

Цвет окраски. Визуальный Начальный.

Плотность. Метод определения относительной плотности. Все уровни.

Кислотность. Метод фотоиндикации. Все уровни.

Опыты по методике Г. И. Кушниковой

5. Содержание тяжелых металлов. Фитоиндикация. Начальный.

6. Вытаптывание почвенного слоя. Визуальный. Все уровни.

2. 3. Проведенные опыты.

Опыт 1. Анализ почвенной пробы по методике Г. И. Кушниковой.

Цель работы: научиться проводить визуальные наблюдения за. антропогенными нарушениями почвы. Интересно сравнить уровни антропогенного нарушения почв на разных по виду хозяйственного использования территориях, удаленных на одинаковое расстояние от поселка.

Ход работы.

l. Подготовленный образец с удаленными корешками, подсушили, взвесили. В 50 г почвы долили 100 мл воды, мешали в течение 5 минут. Профильтровали, высушили, все три пробы сравнили.

2. Вывели отличия по цвету: самая светлая №2, №3-самая темная, с содержанием мелких частиц торфа. При повторном исследовании в 2008 году изменений не произошло.

Опыт 2. Наблюдение за антропогенными изменениями почвы.

Антропогенные факторы чаще всего оказывают отрицательное влияние на почвенную среду. Такое влияние наиболее заметно в пригородах зонах городов, поселков, на месторождения нефти и газа вдоль автострад и железных дорог.

Цель работы: обнаружить антропогенные изменения почвы в окрестностях поселка под влиянием хозяйственной деятельности человека по параметрам А), Б).

Для определения степени влияния человека на изменение почвы необходимо проанализировать таблицы 1,2 поставив знак «+», таким образом, обнаруженные последствия деятельности человека.

Параметры наблюдений:

А) типы антропогенных нарушений. почв;

Б) виды антропогенных нарушений, связанные с источниками их возникновения;

В) в результате проведенного исследования составили паспорт антропогенного нарушения почвы в окрестностях поселка.

Опыт 3. Определение рН почвы по методики Мансуровой с. Е.

Оборудование и реактивы:

Образцы почвы;

5 %- ный раствор хлорида калия; большие стеклянные пробирки или колбы с пробками; воронка; фильтры; универсальная индикаторная бумага; шкала значений рН.

Ход работы:

1. Поместили в пробирки примерно 10г почвы в каждую, и добавили туда 25 мл 1 N раствора хлорида калия.

2. Закрыли пробирки пробками, энергично встряхнули и дали содержимому отстояться в течение 5 мин. Несколько раз встряхивали пробирку в течение дня.

1. На следующий день отфильтровали содержимое пробирки и опередили рН почвенной вытяжки с помощью универсальной индикаторной бумаги.

В результате получили следующие показатели: в лесополосе рН = 5, а в парковой зоне рН =6, т. е. они слабо кислые. На участке вблизи автомагистрали Барсово - Солнечный рН = 3, что доказывает наличие ионов железа Fe3+, марганца Mn2+. После исследования в 2008 году поизошли незначительные изменения: в парковой зоне рН = 5, т. е. она осталась слабо кислой.

Заключение.

Наблюдая почву в окрестностях п. Солнечный, пришли к выводу, что почвы находятся в удовлетворительном состоянии. Наиболее опасными нам показались участки №1,4 вдоль дороги, это связанно с химическим загрязнением, а на остальных территориях обратили внимание на захламленность, небрежное отношение, как со стороны жителей поселка, так и со стороны муниципальных организаций. Наименьшую нагрузку имеет участок на территории парка, что доказывает наличие положительного воздействия человека на почву (внесение удобрений, очистка, рыхление и т. д. ).

На территории самого поселка почвы в стадии формирования, т. к. природное состояние их было нарушено в период строительства. На данное время на этих участках идут работы по благоустройству территории (наложение почвогрунта, посадка деревьев, уборка территории от мусора).

Дальнейшие задачи:

1. Продолжить мониторинг состояния почв геосистем в окрестностях п. Солнечного.

2. Пронаблюдать за сезонными изменениями в почве.

3. Обратиться к жителям поселка в весеннее-летний период с призывом о бережном отношении к почвам в окрестных лесах.

4. Обратиться к администрации поселка с целью разрешения информационных и предупреждающих щитов, информирующих о состоянии припоселковых почвенных геосистем.

5. Работать над формированием экологической культуры подрастающего поколекния.