Экологические функции почвы Плодородие, его виды и формы

Экологические функции почвы Плодородие, его виды и формы Деградация почв и их охрана

Прямые и обратные связи почв с геосферами Земли (по Е. Д. Никитину, 2005) Атмосфера Гидросфера Почва Литосфера Биомир и человек прямые связи обратные связи

Категории и типы биогеоценотических функций почвы Физические Химические и физико-хим. Информационные Целостные Жизненное пространство Источник элементов питания Передача сигнала о сезонных и других биологич. процессах Аккумуляция и трансформация вещества и энергии Жилище и убежище Стимулятор и ингибитор биохимических и других процессов Регуляция численности, состава, структуры биоценозов Санитарная функция Механическая опора Депо влаги, элементов питания и энергии Пусковой механизм некоторых сукцессий Буферный и защитный экран биогеоценозов Депо семян и других зачатков жизни Сорбция веществ и микроорганизмов «Память» биогеоценоза Условие существования и эволюции организмов

Глобальные функции почв (по Г. В. Добровольскому, Е. Д. Никитину) Литосферные Гидросферные Атмосферные Общебиосферные Биохимическое преобразование верхних слоев литосферы Трансформация атмосферных вод в поверхностные грунтовые Поглощение и отражение солнечной радиации Среда обитания и источник вещества и энергии для организмов суши Источник вещества для образования минералов и пород Регулирование речного стока Регулирование влагооборота, газового режима и состава атмосферы Сопряжение геологического и биологического круговоротов Передача аккумулированной солнечной энергии в глубокие части литосферы Фактор биопродуктивности водоемов Источник твердого вещества и микроорганизмов В атмосфере Фактор биологической эволюции Защита литосферы от чрезмерной эрозии. Условие нормального развития литосферы Защитный экран акваторий Поглощение и удержание ряда газов от ухода В атмосферу Защитный барьер и условие нормального Функционирования биосферы

Плодородие – способность почвы удовлетворять потребность конкретных растений в элементах питания, воде, воздухе и тепле Виды плодородия Естественное (природное) Искусственное (создаваемое человеком) Эффективное Формы плодородия: урожайность, богатство элементами питания

Компоненты плодородия Минеральные элементы почв: P, K, Ca, Mg, Na … Атмосферные газы: кислород, двуокись углерода, азот Вода и температурный оптимум

Части Государственного земельного кадастра РФ l l l Госрегистрация землепользования (оформление прав пользования землей); Количественный учет земель по землепользователям и угодьям Характеристика качества земли (по классам, мех. составу, плодородию); Бонитировка почв (в баллах); Экономическая оценка сельхозугодий; Земельно-кадастровые документы и материалы. Материалы земельного кадастра необходимы: при использовании земель; их охране; при управлении земельным фондом; при проведении землеустройства; при совершении сделок с землей.

Организации, изучающие земельные ресурсы РФ l Землеустроительная служба с проектными институтами и экспедициями; l Научно-исследовательские и зональные сельскохозяйственные институты; l Лаборатории и кафедры вузов

Категории земель РФ (по данным гос. учета) Земли с/х назначения 26% 455 млн. га 1, 2 21 Земли промышленности, транспорта, связи 1 18 Земли природоохранного значения Земли лесного фонда 1, 8 32 61, 2 1046 Земли водного фонда 1, 2 20 Земли запаса 7, 6 118 Итого: 100 1710 Земли городов и населенных пунктов

Деградация почвы – постепенное ухудшение качества почвы в результате ухудшения физических , химических и биологических ее свойств, ведущее к утрате почвенного плодородия. Охрана и рациональное использование почв – ссистема мероприятий, направленных на защиту, улучшение и рациональное использование земель, увеличение их плодородия и устойчивости биосферы в целом.

Группы деградационных процессов 1. 2. Нарушение биоэнергетического режима почв и экосистем (девегетация, дегумификация, почвоутомление) Патологическое состояние почв (природная и промышленная эрозия); 3. Нарушение водного и химического режима почв (опустынивание, засоление, переосушение, подтопление) 4. 5. Затопление, разрушение и засоление почв водами водохранилищ; Химическое загрязнение почв (промышленное, с/х, радиоактивное); 6. 7. Деградация ландшафтов в районах вечной мерзлоты; Разрушение почв военными действиями

Темпы деградации пахотных земель Площадь земель до начала их с/х освоения (10 -12 тыс. лет назад) 4, 5 млрд. га -2 млрд. га (потери) Площадь современной пашни 2, 5 млрд. га Неудобья 1 млрд. га Пригодных для пашни 1, 5 млрд. га

Экологические последствия эрозии 1. 2. 3. 4. Удаление поверхностного гумусового слоя почвы , уменьшение гумусированности; Ухудшение физических свойств почвы: уменьшение пористости, повышение плотности, появление водоупорных горизонтов, изменение теплоемкости и теплопроводности; Изменение химических свойств почвы, снижение запаса питательных веществ; Снижение биологической активности почвы

Мероприятия по защите почв от эрозии l Организационно-хозяйственные мероприятия – обоснование и составление плана противоэрозионных мероприятий и обеспечение его выполнения (рациональное распределение земельных угодий, почвозащитные севообороты, регулирование выпаса…) l Агротехнические мероприятия: а) фитомелиорация (севообороты с многолетними травами, организация кулис, посев сидератов) б) противоэрозионная обработка (безотвальная вспашка, сохранение стерни, террасирование склонов, сглаживание оврагов, обваловка полей, «контурное» земледелие) в) снегозадержание (лесополосы, пахота снега, прикатывание) Лесомелиорация l Гидротехнические приемы (создание гидротехнич. сооружений, создающих оптимальный водный l режим – для дренажа или ирригации)

Рекультивация почв – комплекс мероприятий по восстановлению почвенного покрова, нарушенного в результате хозяйственной деятельности человека Рекультивации подлежат почвы, нарушенные при: l l l l разработке месторождений полезных ископаемых открытым или подземным способом, а также добыче торфа; прокладке трубопроводов, проведении строительных, мелиоративных, лесозаготовительных, геологоразведочных, испытательных, эксплуатационных, проектно-изыскательских и иных работ, связанных с нарушением почвенного покрова; ликвидации промышленных, военных, гражданских и иных объектов и сооружений; складировании и захоронении промышленных, бытовых и других отходов; строительстве, эксплуатации и консервации подземных объектов и коммуникаций (шахтные выработки, хранилища, метрополитен, канализационные сооружения и др. ); ликвидации последствий загрязнения земель, если по условиям их восстановления требуется снятие верхнего плодородного слоя почвы; проведении войсковых учений за пределами специально отведенных для этих целей полигонов.

Карьер рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК»

Борта отработанного карьера Палабора, ЮАР

НАПРАВЛЕНИЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ (ГОСТ 17. 5. 102 -95) Сельскохозяйственное – пашни, многолетние насаждения. сенокосы, пастбища, Лесохозяйственное – лесонасаждения хозяйственного и полезащитного назначения и лесопитомники. Водохозяйственное – водоемы для пром-хоз-бытовых нужд, орошения, рыбоводческие. Рекреационное – зоны отдыха, спорта, парки, лесопарки, водоемы для отдыха и оздоровления, охотничьи угодья, спортивные сооружения. Природоохранное и санитарно - гигиеническое – участки самозарастания, закрепленные, законсервированные техническими средствами. Строительное – площадки для ПГС, полигоны размещения отходов

КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПО ПРИГОДНОСТИ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ В зависимости от показателей химического, гранулометрического состава и инженерно-геологической характеристики (ГОСТ 17. 5. 1. 03 -95): 1. ПРИГОДНЫЕ – плодородные и потенциально-плодородные породы 2. МАЛОПРИГОДНЫЕ – полускальные, осадочные 3. НЕПРИГОДНЫЕ Пригодность вскрышных и вмещающих пород для биологической рекультивации нарушенных земель определяют в соответствии с рекомендациями ГОСТ 15. 5. 1. 03 -86. Плодородный слой почвы (ПСП) выборочно не снимается при мощности менее 20 см, при сложном рельефе, на участках покрытых лесом, подлежащих раскорчевке. Мощность корнеобитаемого слоя обычно не превышает 1, 5 -2 м и имеет три яруса: водоупор (глина), водовмещающий слой (лессы и лессовые суглинки), почва (гумусовый слой). Мощность снимаемого ПСП определяется по генетическому горизонту с содержанием гумуса от 1 до 3 %. ПСП не используемый сразу в ходе работ складируется в соответствии с требованиями ГОСТ 17. 5. 3. 04 -83 и может храниться на складах-отвалах в течении 10 лет. Поверхность и откосы складов ПСП засевают многолетними травами, если срок хранения превышает 2 года. Высота отвала не более 5 м.

ТЕХНИЧЕСКИЙ ЭТАП РЕКУЛЬТИВАЦИИ снятие и складирование плодородного слоя почвы, селективная разработка потенциально плодородных вскрышных пород; планировка поверхности отвалов, ремонт поверхности, засыпка нагорных, водоподводящих и водоотводящих каналов; выполаживание и (или) террасирование откосов отвалов и остаточных карьерных выемок; очистка поверхности от крупногабаритных обломков пород, производственных конструкций и строительного мусора с последующим их захоронением или организованным складированием; строительство подъездных путей к рекультивируемым участкам, устройство въездов и дорог на них с учетом прохода и работы сельско-, лесохозяйственной и другой техники; противоэрозионная организация территории; устройство гидротехнических сооружений (дренажной, водоотводящей и оросительной сетей); при сооружении водоемов в карьерных выемках- устройство в них дна и бортов; мелиорация токсичных пород и загрязненных почв перед покрытием их слоем потенциально плодородных пород и почв; создание в необходимых случаях экранирующего слоя; покрытие подготовленной (промелиорированной или экранированной) поверхности слоем потенциально плодородных пород и (или) плодородной почвы.

Горнотехническая рекультивация участка железорудного карьера

Снятие плодородного слоя почвы экскаватором (применяется при большой мощности слоя)

Технический этап рекультивации. Выполаживание откосов и создание террас

Террасcированные внешние отвалы

Нанесение плодородного слоя Размещение плодородного слоя на рекультивированных поверхностях Разравнивание плодородного слоя поверхности Внесение удобрений Предварительный посев ячменя на территориях предназначенных для облесения, с целью предотвращения эрозии

Размещение плодородного слоя почвы бульдозером Техническая рекультивация выработанного пространства карьера с нанесением плодородного слоя и последующая биологическая рекультивация с посадкой хвойных деревьев

Планирование ландшафта Эстетика ландшафта Создание благоприятных условий произрастания Дренаж Ускорение биологической рекультивации

Рекультивированные территории карьера

Использование рекультивированных территорий для разведения животных

Основные этапы естественного разрушения нефти I этап (около 1, 5 лет) Преобладают физико-химические процессы, включающие проникновение нефти вглубь почвы, испарение легких фракций, вымывание, окисление атмосферным кислородом и фотохимическое разложение нефтяных углеводородов. Концентрация нефти в почве за этот период снижается на 4050%. II этап ( 3 -4 года после окончания первого) Разложение нефти происходит под воздействием почвенных углеводородокисляющих микроорганизмов, численность которых при этом увеличивается в 25 раз. Происходит разрушение метано-нафтеновых фракций, являющихся самыми токсичными компонентами нефти для растений и почвенных животных. III этап (начинается через 4, 5 -5 лет после разлива нефти и длится до ее полного разрушения). Этап характеризуется микробиологическим разложением менее токсичной части углеводородов и смолисто-асфальтеновых компонентов, которые образуют на загрязненной поверхности сплошные жесткие корочки - киры. В начале этапа возможно возобновление некоторых видов растений, устойчивых к повышенному содержанию нефти в грунте. Но их появлению препятствуют киры, которые не позволяют воздуху проникать в корнеобитаемый слой торфа, вызывая своеобразное удушье растений и почвенных животных. Полностью процесс естественного разрушения нефти заканчивается не менее чем через 25 лет, однако токсические свойства нефти исчезают уже через 10 -12 лет, продукты ее разложения частично включаются в почвенный гумус, частично растворяются и удаляются из почвенного профиля.

ЛОКАЛИЗАЦИЯ РАЗЛИВА НЕФТИ И ЕЁ СБОР Торфяная обваловка по периметру разлива (используются болотоходы типа "КАРТ"). Проходка направляющих траншей и борозд к общему приемному зумпфу. Установка мобильных боновых заграждений Сбор нефти производится с использованием откачивающей техники и специализированных нефтесборщиков. Для сбора нефти из межкочковых углублений - ранцевые вакуумные насосы. Основное условие сбора нефти минимальное перемещение техники и людей по рекультивируемой поверхности, по сохранившимся участкам растительности. Сбор остаточной нефти - метод принудительной отмывки почв и отмывки растительного покрова от нефти водой (заводнение загрязненного участка на непродолжительный период, либо его периодическим дождеванием поливальными установками). Использование сорбентов, в частности торфяных матов (удерживающая сорбентов способность 1 м 2 составляет от 10 до 40 кг нефти при 12 -15 -тикратном использовании). Уникальные сорбционные свойства имеет и природный минерал - вермикулит Использование биопрепаратов, содержащих готовые ферменты, биопрепаратов разрушающие нефтяные углеводороды (Белвитамин). Мульчирование загрязненной поверхности, с помощью лесопожарных Мульчирование грунтометов, тонким слоем (3 -5 см) высушенной торфяной (сфагновой) крошкой.

СТАДИИ ДЕЙСТВИЯ СОРБЕНТА НА НЕФТЬ Вылито 250 грамм отработки Процесс сорбции практически завершен Введен сорбент Возможность экстренного сжигания Начинается процесс сорбции нефтепродуктов

При рекультивации торфяных почв наиболее предпочтительным является применение способов стимулирования метаболической активности собственной аборигенной микрофлоры почвы - углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) Посредством комплекса агротехнических мероприятий и внесения алюмосиликатных минералов можно добиться 70 -80 % - й степени очистки почвы за один вегетационный сезон. Вид участка до (а) и после (б) рекультивации Загрязнение почв обедненной азотом нефтью приводит к установлению в почве режима резкого дефицита азота для микроорганизмов, что является одним из основных лимитирующих факторов быстрого самовосстановления почвы. Применение азотных минеральных удобрений в оптимальных количествах позволяет устранить данное лимитирование.

Биопрепараты и технологии рекультивации почв Начало работ – мазутный слой с мусором и опавшей листвой Высокая концентрация нефтезагрязнения Откачка мазутной эмульсии Внесение нефтеокисляющих компонентов Просачивание мазута вокруг зоны загрязнения Промывка нефтезагрязненной территории Переносной насос Собранные нефтеотходы