Отличительной особенностью черноземов Челябинской области является сравнительно высокое содержание гумуса. Гумус и азот черноземов имеют очень низкую лабильность. Низколабильный гумус обеспечивает водопрочность почвенной структуры, более высокую устойчивость к эрозионным процессам.
В последнее время наблюдается закисление пахотных почв черноземов выщелоченных, т.е. снижается доля слабокислых почв и увеличиваются площади, занятые средне- и сильнокислыми почвами. Главная причина этого – резкое сокращение объемов мелиоративных работ.
Кислотность почв постепенно развивается в результате выщелачивания кальция атмосферными осадками и выноса оснований с товарной продукцией. Подкисление почв происходит при применении физиологически кислых удобрений без последующего известкования. В последние десятилетия во многих, особенно промышленных районах Челябинской области выпадают кислые и даже сильнокислые дождевые осадки с рН 4-4,5, содержащие серную и частично азотную кислоты. Это также способствует выносу кальция и подкислению почв
Почвы предгорья Урала и территорий Урала в пределах Челябинской области подвержены наиболее сильному техногенному процессу загрязнения тяжелыми металлами, такими как Со, Ni, Cu, Zn, Sn, Fe, Pb, Ag, Cd, Hg. По данным сейсмических съёмок, суммарная площадь, загрязнения территорий Челябинской области составляет 50 тыс. кв. км. Ежегодно выбрас загрязняющих веществ составляет 750 – 800 т, в том числе свинца – 144 т, хрома – 222 т, никеля – 180 т, меди – 95 т, мышьяка – 150 т. Все они накапливаются в почве на значительной площади сельскохозяйственных угодий. По состоянию на 01.01.1997 г. Площади пахотной земли Челябинской области, загрязненные тяжелыми металлами, составляет 95669 га. В соответствии с группировкой, предложенной В.Б. Ильиным, 31,1 % указанной площади имеет высокую и очень высокую степень загрязнения.
Источником увеличения тяжелых металлов могут быть естественные процессы выветривания материнских пород, обогащенных тем или иным металлом. Но главным является антропогенный фактор загрязнения: выбросы промышленных предприятий, выхлопные газы транспортных средств, применение для орошения сточных вод, технического и природного ила в качестве удобрения, использование пестицидов, удобрений и мелиорантов.
Тяжелые металлы при попадании в почву вступают в физические сорбционные процессы, химические реакции с элементами почвенного раствора и в физико-химические обменные реакции почвенного поглощающего комплекса. Около 50 % всей массы тяжелых металлов аккумулировано в оксидах железа. Большая часть тяжелых металлов закрепляется в необменной форме путем хемосорбции в результате вытеснения двух ионов водорода, входящих в ОН – группы на поверхности оксидов. Часть металлов связана непосредственно с глинистыми минералами. Обменные формы тяжелых металлов также с органическим веществом почв.
Барьером для тяжелых металлов является органическое вещество почвы, основную часть которого составляют специфические высокомолекулярные соединения – гуминовые кислоты (ГК) и фульвокислоты (ФК). Гуминовые кислоты способны достаточно крепко связывать тяжелые металлы, снижая их поступление в растения и почвенно-грунтовые воды. Фульвокислоты обладают более ярко выраженной способностью к комплексообразованию с ионами тяжелых металлов (ТМ) по сравнению с гуминовыми, но в то же время являются менее устойчивыми и более подвижными. Важным фактором устойчивости комплекса ТМ и ФК является реакция почвенной среды. При рН 5 комплексы фульвокислот устойчивее, чем при рН 3, и меняются в зависимости от ТМ.
Стабильность комплексов гуминовых кислот с ТМ достаточно высокая, но в определенных условиях зависит от реакции среды.
Сильной зависимостью подвижности и миграционной способности от окислительно-восстановительного потенциала почвы обладают Zn, Cu, Ni, Co. В анаэробных условиях микробиологических процессов образуются соединения двухвалентного железа, одновалентной меди и двухвалентного марганца, которые характеризуются умеренной подвижностью и миграцией. Высокой подвижностью в кислой среде, слабой в нейтральной и щелочной средах обладают Zn, Ni, Cu, Pb, Cd, Hg. В среде с рН > 6 большинство ТМ находятся в форме труднорастворимых гидроокисей. Поэтому важную роль играет реакция почвенного раствора, оптимальное значение которого для сельскохозяйственных культур при загрязнении почвы сужается до пределов 6-7 единиц. В этом случае в результате химических реакций соединения тяжелых металлов, их концентрация в почвенном растворе и токсичность резко снижается.
При подкислении почв существенно возрастает растворимость и подвижность бора, меди, цинка, кобальта и других микроэлементов. Повышенное содержание их в подвижных формах в почве часто оказывает токсичное действие на растения. Из-за высокой кислотности снижается доступность растениям такого важного микроэлемента, как молибден.
В кислой среде ухудшаются условия гумусообразования. Кислые почвы имеют неудовлетворительные физические свойства из-за низкого содержания и неблагоприятного состава гумуса, а также дефицита кальция. Они часто переуплотнены, плохо оструктурены, склонны к коркообразованию, что неблагоприятно отражается на их водно-воздушном режиме.
В кислой среде угнетаются аммонификация, нитрификация, замедляется фиксация азота из воздуха, ухудшается азотный режим почвы.
Анализ физических, физико-химических и агрохимических свойств черноземов пашни лесостепной зоны Челябинской области четко выявил развитие деградационных процессов, основными причинами которых являются: девегация и вместе с ней выключение почв из действующих природных экосистем, истощение фонда элементов питания растений и загрязнение химическими продуктами. Использование черноземов выщелоченных в пашне без специальных агротехнических приемов сопровождался ухудшением их физического, физико-химического и агротехнического состояний. Четко наблюдается нарушение генетических процессов почвообразования и снижение многих показателей плодородия. Многолетние опыты и практика земледелия свидетельствуют о том, что для улучшения агрофизических, физико-химических и физических свойств черноземов необходимо осуществлять комплекс мер по расширенному воспроизводству плодородия почв, расширять круговорот органического вещества и питательных веществ.
В соответствии с законом Российской Федерации «О недрах» необходимо грамотно пользоваться землей, не снижая плодородия пашни и не нарушая ее структуры. На пользуемых землях проводить почвозащитные мероприятия, направленные на снижение степени химизации сельского хозяйства, на повышение плодородия земли [29].
1. Действие минеральных удобрений, вносимых в течение 35 лет в рекомендованных дозах, проявилось лишь в повышении гидролитической кислотности среднесуглинистого выщелоченного чернозема южной лесостепи, причем только в самом верхнем слое (0-10 см) и нижнем (20-30 см) пахотного горизонта.
2. Влияние способов обработки среднесуглинистого выщелоченного чернозема южной лесостепи на его кислотность более ощутимо. Однако по пахотному горизонту в целом различия в водной и солевой кислотности почвы между вариантами опыта невелики, почва является нейтральной.
3. На гидролитическую кислотность почвы больше всего оказали влияние вспашка и плоскорезная обработка на 10-12 см. Вспашка заметно повысила ее во всех слоях пахотного горизонта на варианте без применения минеральных удобрений, плоскорезная мелкая обработка так же точно проявилась на удобренном фоне. Кроме того, высокой гидролитическая кислотность почвы в слое 20-30 см при отвальной обработке оказалась и при внесении удобрений.
1 Смирнов П.М. Агрохимия / П.М.Смирнов, Э.А. Муравин. – М.: Агропромиздат, 1984 – 447 с.
2 Филеп Д. Формы кислотности и кислотно-основная буферность почв / Д. Филеп, М. Рэдли // Почвоведение. – 1989. – № 12. – С. 48– 58.
3 Кауричев И.С. Почвоведение / И.С. Кауричев, Л.Н. Александрова, Н.П. Панов. – М.: Колос, 1982. – 496 с.
4 Амельянчик О.А. Показатели и методы оценки почвенной кислотности и потребности почв в извести / О.А. Амельянчик, Л.А. Воробьева. // Агрохимия. – 1991. – № 2. – С. 123– 135.
5 Аскинази Д.Л. К вопросу о природе почвенной кислотности / Д.Л. Аскинази, Н.П. Карпинский, Н.П. Ремезов // Почвоведение. – 1955. – № 9. – С. 17– 24.
6 Миессеров К.Г. К вопросу о природе почвенной кислотности / К.Г. Миессеров // Почвоведение. – 1955. – № 3. – С. 17– 24.
7 Александрова А.М. О природе почвенной кислотности / А.М. Александрова, Н.К. Крупский, Ю.В. Дараган // Почвоведение. – 1983. – № 3. – С. 34– 43.
8 Абрамян С.А. О методах определения кислотности почв / С.А. Абрамян, А.Ш. Галстян // Почвоведение. – 1981. – № 11. – С. 138– 141.
9 Ягодин Б.А. Агрохимия / Б.А. Ягодин, Ю.П. Жуков, В.И. Кобзаренко. – М.: Мир, 2003.– 584 с.
10 Ковда В.А. Почвоведение. Часть 1: Почва и почвообразование / В.А. Ковда, Б.Г. Розанов. – М.: Высшая школа, 1988. – 400 с.
11 Орлов Д.С. Химия почв / Д.С. Орлов. – М.: Изд-во МГУ, 1992. – 400 с.
12 Копцик Г.Н. Буферность лесных подстилок к атмосферным кислотным осадкам / Г.Н. Копцик, Е.Д. Силаева // Почвоведение. – 1995. – № 8. – С. 954– 962.
13 Мотузова Г.В. Природа буферности почв к внешним химическим воздействиям / Г.В. Мотузова // Почвоведение. – 1994. – № 4. – С. 46– 52.
14 Развитие работ А.А. Роде по изучению лесных подзолистых почв методом потенциометрического титрования в связи с проблемой изменения почв под влиянием кислых осадков / С.Е. Иванова, Т.А. Соколова, О.Н. Лукьянова // Почвоведение. – 1996. – № 5. – С. 620– 629.
15 О буферных реакциях при взаимодействии тонкодисперсных фракций подзолистых почв с кислыми осадками / О.Н. Козлова, Т.Я. Дронова, Т.А. Соколова // Почвоведение. 1999. – № 6. – С. 721– 726.
16 Надточий П.П. Определение кислотно-основной буферности почв / П.П. Надточий // Почвоведение. – 1993. – № 4. – С. 34– 38.