Свойства почв, в конечном итоге, определяют трансформацию и миграцию в почве токсикантов, устойчивость почв к факторам их деградации. Однако, экологические функции свойств почв зависят от их взаимовлиянии. Так, например, согласно разработкам Мотузовой Г.В. (1992), буферность почв обусловлена иерархической организацией системы, гетерогенностью, полифункциональностью ее соединений и разнообразием реакций, в которых они участвуют. По мнению автора, усложнение системы соединений химических элементов в почвах, которое ведет к расширению перечня системообразующих процессов, обеспечивает усиление ее буферных свойств. С этой точки зрения, к увеличению буферности почв ведет дифференциация почвенного профиля, образование в нем различных геохимических барьеров, образование комплексных органоминеральных и органо-глинистых соединений, усложнение фракционного состава соединений ионов в почве.
Если доминирующей реакцией при поглощении загрязняющего вещества является ионный обмен, то мерой относительной устойчивости почв к загрязнению этим веществом, может служить коэффициент селективности этого элемента. При большем коэффициенте селективности почва наиболее устойчива к загрязнению им. Аналогично, большей буферностью обладает та почва, в которой обеспечены реальные условия для выпадения осадка с наименьшим произведением растворимости. Автор отмечает, что чем больше максимальное количество вещества может быть удержано почвой, тем прочнее связь вещества с почвой, тем больше устойчивость почв при загрязнении этим веществом. Таким образом, буферная способность почв по отношению к определенному типу сорбции зависит от селективности сорбционных мест (констант равновесия протекающих реакций) и от количества этих сорбционных мест (емкости поглощения почв по отдельным типам сорбции).
Свойства почв учитываются при прогнозе устойчивости почв к деградации и, в частности, опасности загрязнения почв, что иллюстрируется данными следующей таблицы.
Таблица 2
Опасность накопления в почве биологически активных элементов, которые
находятся в слабо подвижной форме (Рэуцке К., 1986)
Содержание : Удерживающая способность почв
гумуса :--------------------------------------------------------------------------------------------------
:пониженная (преобладает: средняя (иллит и :повышенная (монтморилло-
:каолинит, галлуазит) : смектит) :нит, аллофан и полуторные
: : :окислы)
низкое 1 2 3
среднее 2 3 4
высокое 3 4 5
*) опасность загрязнения – 1 – очень слабая, 2 – слабая, 3 – средняя, 4 – сильная,
5 – очень сильная,
На основании свойств почв прогнозируется и подвижность элементов, возможность их миграции в грунтовые воды.
Таблица 3
Подвижность биологически активных элементов в глеевых и засоленно-оглеенных
почвах (с периодическим или постоянным восстановительным режимом)
(Рэуцке К., 1986)
Реакция почвы: Подвижность элементов
:-----------------------------------------------------------------------------------------------
:практически неподвижные: слабо подвижные : подвижные
рН < 5,5 S2, Mn4, V3-4, As3 Cu2, Zn, Pb2, Co2, Ni2, Cr2 Sr, Ba, Ag
pH = 5,6-7,6 S2, Ba, Pb, Mo Sr, Cu2, Zn2, Co2, Ni2, As3
pH = 7,6-9,5 S2, Ba, Pb2, Cu2, Zn2, Co, As3, Mo, Sr, Se Ni2, Ag
Ag
Экологическое значение почвообразовательных процессов
Различают почвенные и почвообразовательные процессы. К почвенным процессам относятся превращения в почвах фосфатов, соединений калия, азота, органических веществ, тяжелых металлов, пестицидов, нефтепродуктов и т.д. Среди почвообразовательных процессов выделяют: 1) процессы, связанные с трансформацией органической части почвы – торфонакопление и гумусообразование; 2) процессы, связанные с трансформацией минеральной части почвы – сиаллитизация и аллитизация; 30 процессы, связанные с трансформацией веществ и их перераспределением по почвенному профилю – оподзоливание, лессиваж, оглеение, засоление, солонцовый процесс, осолодение.
Оподзоливание связано с кислым гидролизом, разрушением и диспергированием минеральной части почв за счет кислых органических соединений и выщелачиванием продуктов разрушения в нижней части почвенного профиля и, частично, за пределы профиля, в связи с промывным типом водного режима. Лессиваж обусловлен механическим вымыванием илистой фракции почв из верхних горизонтов в нижние без ее разрушения. Оглеение обусловлено разрушением минеральной части почвы за счет восстановления ионов с переменной валентностью при анаэробных условиях и ее гидролизом при избытке воды. Оно характеризуется накоплением в почве восстановленных продуктов, низкими значениями окислительно-восстановительного потенциала, повышенным содержанием в почвенном воздухе углекислого газа, метана, ацетилена, сероводорода; повышенным содержанием в почве подвижных соединений железа, алюминия, марганца, оглиниванием почв, увеличением их липкости и вязкости. Засоление почв характеризуется накоплением в верхнем горизонте почв водорастворимых солей (K, Na, Ca, Mg, Cl, NO3, HCO, CO2, SO4) более 0,25% (в солончаках – 1, 2, 3%, в зависимости от типа засоления). Засоление обусловлено выпотным типом водного режима при наличии неглубоко от поверхности засоленных вод или засоленных пород, а также аэральным привносом солей в почву, орошением почв солеными водами. Осолонцевание почв обусловлено увеличением доли в ППК ионов обменного натрия и, частично, магния при повышении температуры, уменьшении влажности, увеличении щелочности и засоленности вод. Оно сопровождается развитием щелочного гидролиза и диспергирования минеральной и органической части почвы и формированием элювиально-иллювиального профиля, при очень большой плотности почв (до 1,9 г/см3) и низкой водопроницаемости. При наличии таких условий в почвах застаивается вода, развиваются восстановительные условия с образованием повышенного количества в разлагающемся опаде низкомолекулярных кислот. Это приводит к смене в верхнем горизонте щелочного гидролиза минералов на кислый. Протекает процесс осолодения. При этом верхние горизонты почв с элювиально-иллювиальным профилем имеют рН от 6 до 4, а нижние – 8,2, как правило. при значительной гидроморфности почвенного профиля.
Почвообразовательные процессы определяют тенденцию поведения элементов и соединений в почвах и ландшафтах. В отличие от экологического влияния свойств почв, воздействие на процессы деградации почв почвообразовательных процессов более длительное и связано, в значительной степени, с саморазвитием уже начавшихся процессов. Пример влияния почвообразовательных процессов на поведение элементов в почвах приведен в следующей таблице.
Таблица 4
Главные типы почвообразовательных процессов и тенденция поведения в них
химических элементов
Процесс :Климатическая зона: Поведение элементов в верхнем слое
: :----------------------------------------------------------------
: : накопление : миграция
оподзоливание холодная северная Co, Cu, Mn, Ni, Ti, V, ZrB, Ba, Br, Cd, Cr, Li,
в горизонте В Mn, Rb, Se, Sr, V, Zn
аллитизация прохладная и уме- Co, Mn, VB, Ba, Br, Cu, I, Se, Sr
ренно гумидная в глеевом горизонте
сиаллитизация теплая умеренная и B, Ba, Cu, Mn, Se, Sr
сухая тропическая
латеритизация гумидная и тропи- S, Ba, Cu, Co, Cr, Ni, Sr,
ческая Ti, V
осолонцевание теплая с сухими B, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Se,
сезонами Zn, V
гидроморфные интразональные B, Ba, Cu, Co, I, Mn, Mo, B, Br, Co, Cu, Mn, Ni,
образования почвы Se, Sr, V в А1U, V
Помимо почвообразовательных, большое влияние на экологическое состояние биогеоценозов и агрофитоценозов оказывают также почвенные процессы такие, как окультуривание, развитие водной и ветровой эрозии. Орошение, осушение, загрязнение, зафосфачивание, подкисление, подщелачивание, уплотнение, выравнивание мезо- и микрорельефа, выпаханность, почвоутомление, подтопление, поднятие и опускание уровня грунтовых вод, химическая мелиорация, удобрение и истощение почв. Эти процессы связаны с уменьшением степени открытости почвенной термодинамической системы, гомогенизацией свойств почв в пределах почвенного профиля и структуры почвенного покрова, с уменьшением при с/х использовании степени разнообразия экологических ниш, растений, биоты; с искусственным смещением точки равновесия вновь образованных почв с существующими радиационными и гидротермическими условиями. Это приводит к перераспределению вещества и энергии в ландшафте, к изменению барьерной и протекторной функции почв.
Почвенные режимы – это закономерное изменение свойств почв и процессов во времени и в пространстве (по горизонтали и по вертикали). Выделяют водный, воздушный, тепловой, кислотно-основной, окислительно-восстановительный, солевой, питательный и т.д. режимы почв. Так как в режимы составной частью входят свойства и процессы почв, то они в наибольшей степени и определяют экологические функции почв. Для прогноза опасности деградации почв необходимо учитывать протекающие в почвах режимы. Наиболее часто учитывают водный режим почв (таблица).
Таблица 5
Относительная опасность загрязнения почв биологически активными,
подвижными элементами (Рэуце К., 1986)
Отношение осадков к : Гранулометрический состав почв
эватранспирации :------------------------------------------------------------------------------------
(коэффициент); : песчаный : глинистый : илистый :различный, с наличием
тип режима : : : :мерзлотного слоя