Оценка засоленности почв города Краснодара

Введение 4
1. Аналитический обзор 6
1.1. История изучения засоления почв 6
1.2. Засоление почв как процесс 12
1.3. Токсиканты засоленных почв города Краснодара 16
1.4. Характеристика воздействия засоления почв на растения города Краснодара 18
2. Физико-географическая характеристика района исследования 19
2.1. Границы района исследования 19
2.2. Особенности геологического строения 19
2.3. Гидрологическая характеристика рассматриваемого района 20
2.4. Климатическая характеристика города Краснодара 21
2.5. Почвенная характеристика рассматриваемого района 24
3. Материалы и методы исследования засоления почв города Краснодара 28
3.1. Описание объекта исследования 28
3.2. Методы исследования засоления почв 28
3.3. Оценка засоления почв города 31
Заключение 37
Библиографический список 38

В процессе изучения засоления почв г. Краснодара было установлено, что основное загрязнение вызвано натриево-хлорным комплексом. Существуют инструментальные методы исследования почв, которые широко применяются в рассматриваемом регионе. [Минашина, 2005]
Важным показателем для почв города Краснодара являются рН водной и солевой вытяжек. Этот показатель определяет скорость химических взаимодействий в почве, то есть влияет на направление распространения поллютантов, а также их осаждения на кислотных геохимических барьерах. [Минашина, 2005]
Почвы города Краснодара всегда характеризовались оптимальным уровнем кислотности, а также наличием ионов ряда металлов, таких как кальций, магний, железо, алюминий и другие. В почве ионы металлов находятся в равновесном состоянии и связаны либо с органическим веществом, либо с глинистыми минералами почвы. При определенных условиях (например, известковании или внесении удобрений) часть катионов может освобождаться и поступать в почвенный раствор, т.е. становиться доступными для растений. Катионы натрия наоборот ухудшают свойства обменных процессов растений, что приводит к их гибели. Тенденция повышения концентрации натрия является строго положительной: содержание натрия с каждым годом возрастает на 1,0-2,5%. [Деградация и охрана почв, 2002]
Наиболее распространенным методом изучения почв является инструментальным. Инструментальный анализ почвы города на неорганические включения – это процесс очень сложный и сопровождается множеством подготовительных операций вследствие ее свойств. Погрешность метода составляет 25%, что является достаточно серьезным допущением. Установление нормативов ПДК токсикантов для почвенного покрова до сих пор не произведено. [Теория и практика химического анализа почв, 2007]
Многочисленные анализы доказали, что основным загрязнителем почв Краснодара является наличие катиона натрия и аниона хлора. Таким образом, можно использовать для исследования почвы анализы на хлор и на обменные катионы. [Вальков, 2004]
Анализ на обменные катионы, входящие в состав краснодарских почв, способные замещаться другими катионами из контактирующей с почвенным покровом жидкой фазой, относится к инструментальным методам. Кроме ионов натрия и хлора данный метод позволяет определить следующие катионы: Ca2+, Mg2+, K+, H+, Al3+. Данный метод дает репрезентативные результаты при работе с методиками атомно-абсорбционной фотометрии, которая позволяет вскрывать легкие металлы с минимальной погрешностью. [Теория и практика химического анализа почв, 2007]
Хлор. Концентрацию хлора в почве определяют аргентометрическим методом (титрованием) в водной вытяжке из почвы. [Шейн, 2000]
Необходимо тщательно подготовить пробу к анализу. Проба отбирается на глубину 20 см по квадрату со сторонами 5х10м, затем пробы либо смешивают, получая объединенную пробу, либо изучают индивидуально. Пробоподготовка почвенных проб по сложности серьезно варьируется, однако, даже самый сложный метод, скорее отнимает много времени, нежели усилий. [Шейн, 2008]
Поступившую в лаборатории почву не используют для изучения всю сразу. Отбирают навеску в 2 грамма, которую затем измельчают в ступке и переводят в раствор при помощи воды, раствора кислот или ацетатно-аммонийного буфера. Для столь простых по выделению из кристаллической решетки почвы элементов подходит способ кислотной вытяжки, которую проводят в присутствии 0,1 соляной кислоты. [Теория и практика химического анализа почв, 2007]
Методы химического анализа почв различны, но наиболее точные результаты достигаются при использовании спектрометрических методов анализа: они просты в управлении и надежны в результате. [Шейн, 2008]
Анализ почв города Краснодара инструментальными методами осложняется структурой органической фазы черноземных почв. Поэтому без предварительного анализа объекта исследования тяжело подобрать методику определения и пробоподготовки без предварительных знаний об образце. На сегодняшний день данных почвенных карт недостаточно: в некоторых регионах изменение состава почв превышают 45%. Поэтому важно обращать внимание на внешние признаки пробы или на растительность данного региона, причем не только на ее состояние, но и состав. [Вальков, 2004]
Оценка засоления почв города
В настоящее время процессами, катализирующими засоление почв Краснодара, являются водная и ветровая эрозия. Поскольку, засоление почв пока происходит в умеренной степени, то есть гибель растений не наблюдается, рассмотрим специфические признаки воздействия засоления различных типов на растения. Многочисленные геоботанические исследования, построенные на строго контролируемых вегетационных опытах, разные типы засоления почвы далеко не одинаково действуют на жизнедеятельность растений. [Нагорный 2003-2004]
Данные систематического наблюдения показали, что в районах, страдающих от водной эрозии, происходит серьезное снижение активности роста растений, что обуславливается хлоридно-сульфатным засолением почвы, причем концентрация соли в тканях отобранных образцов растений повышались при приближении к соленым водам, что указывает на прямо пропорциональную зависимость между концентрации солив почве и концентрацией соли в тканях растений [Романенко, 2005].
Однако, основное засоление почвы связано с солей натрия засоление может быть сульфатным, хлоридным, содовым или смешанным. Чем выше степень растворимости данных солей, тем более пагубно они влияют на растительность.
Например, листья ивы крупнолистной обесцвечиваются под воздействием хлорид-ионов. Обесцвечивание происходит вследствие разрушения хлоропластов, направление обесцвечивания от края листа к чернку.
Рис. 2. Обесцвечивание листьев липы крупнолистной под действием хлоридов
Состояние высших форм растительности указывает на высокую концентрацию Na+, растения не получают катионы кальция и калия, что приводит к некрозу стеблей и новых ростков. Некроз листьев ивы серебристой заключается в высыхании (так называемом «сгорании») листьев.
Рис. 3. Некроз листьев ивы серебристой при повышенной концентрации катионов натрия
Присутствие упомянутых выше солей изменяет интенсивность процессов фосфорилирования и карбоксилирования. Снижается степень синтеза белков. Вместе с тем показано, что при действии солей активируется работа многих генов, кодирующих ферменты синтеза веществ, участвующих в осморегуляции. Так, пролинсинтаза является ключевым ферментом синтеза пролина, альдегиддегидрогеназа вызывает аккумуляцию бетаина. Другие ферменты (например, глицеринальдегидфосфатдегидрогеназа) приводят к увеличению растворимых сахаров [Сеньков, 2004].
Рис. 4. Нарушение синтеза белков в клетках листьев конского каштана
В основном растения Краснодара оказываются под влиянием наличия хлорида натрия, некоторого количества сульфатных солей и совсем небольшого содержания гидрокарбонатов. Гибель высшей растительности именно от засоления пока не выявлена в значительных масштабах, однако предоставленные выше фотографии указывают на то, что положение постепенно становится критическим. Формы некроза становятся очевидными. У некоторых растений замедляется, либо вообще пропадает тенденция роста в связи с накоплением катионов натрия. [Глушко, 2010]
В настоящее время, согласно геоботаническим сводкам в городе от засоления почв страдает 19% от общего числа высших форм растительности. Часть изменений еще пока обратимы, то есть растения можно вернуть к нормальному функционированию и возобновить процессы обмена веществ в летках. Но порядка 5,4 % растений от этого объема уже находятся в необратимой стадии преобразования процессов клеточной организации и синтеза питательных веществ, что гарантирует преждевременную гибель растения в ближайшем будущем. При этом геоботанические статистики не учитывают процент уже погибших растений. По некоторым оценкам эта цифра достигает предела в 15% отныне существующего объема высшей растительности района [Глушко, 2010].
Кроме гибели растений в классической флоре города наблюдаются серьезные инвазивные вмешательства и проникновение новых видов растений – галофитов. Почвоведы прозвали их «зелеными оракулами». Потому что как только появляются данные виды растений, значит процессы засоления почвы уже начинают открыто воздействовать на экосистему. Галофиты не просто могут переносить высокий уровень засоления почвы, но и аккумулировать вокруг себя своеобразный солевой ареал, который приводит к гибели остальных растений. Галофиты, распространенные на территории нашей страны, это в основном невысокие растения без листьев с ярко-выраженным стеблем (например, хвощ полевой). [Елисеева, 2004]
Рис. 5. Территория заселения галофитов
Снимок, представленный на рисунке 5, был сделан на юго-восточной окраине города на границе с пригородной зоной.
Территория заселения галофитов представляет собой практически пустыню. Особенно много таких очагов на юго-востоке Краснодара. Всего же от общей площади территории это около 8%. 8% безжизненных пустынь – это очень много для города с таким природно-климатическим потенциалом, как Краснодар. [Государственный доклад (приложение), 2012]
Таким образом, в Краснодаре наблюдаются все признаки активизации процессов засоления почв: гибель растений и инвазии новых видов растений, которые лишь способствуют ухудшению сложившейся обстановки. Некогда зеленые территории превращаются в пустыни. [Государственный доклад (приложение), 2012]
Пока трудно определенно говорить о сроках катастрофического уровня засоления почв, которое приведет к уничтожению 65% высшей растительности города. Поскольку условия внешней среды находятся в состоянии постоянных динамических изменений, невозможно предугадать какой из факторов может стать катализатором или, наоборот, ингибитором массопереноса загрязняющих компонентов. На сегодняшний день, правительственные организации борются с проблемами деградации растительности только путем высаживания новых растений, которых в условиях современного почвенного покрова ждет неминуемая гибель.
Заключение
В заключении резюмируем результаты исследования и подведем итог работы, сделав выводы согласно обозначенным проблемам.
Основными элементами, определяющими характер засоления почв города Краснодара, являются ионы хлора и натрия, которые попадают в почвенный раствор из грунтовых вод.
Процессы засоления почв города Краснодара ускоряются под действием ветровой и водной эрозии, которая разрушает породные минералы, содержащие ионы натрия и хлора.
О вещественном составе геохимических потоков загрязнения позволяют также судить формы некроза высшей растительности, которая представляет собой постепенную деградацию хлоропластов, с последующей деградацией клеток, вследствие чего на листьях растений пропадает зеленое окрашивание с дальнейшим отмиранием.
О наличии засоления почв позволяет судить также инвазивные процессы внесения новых видов растений – галофитов, которые не только комфортно чувствуют себя в условиях соленой почвы, но и концентрируют вокруг себя ионы солей.
Таким образом, уровень засоления почвы на сегодняшний день можно характеризовать, как умеренный, но с явной тенденцией к ускорению процесса с распределением на большей территории.
Библиографический список
Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Методическое руководство/ под. ред. В.И. Кирюшина, А.И. Иванова. М.: 2005. – 783 с.
Ахтырцев, Б.П. Деградация почвенных ресурсов и проблема их оптимизации/ Б.П. Ахтырцев // Вестник Воронежского университета. – 2000. – №1. – С. 98 – 102
Буева Ю.Н. Пространственная вариабельность физических свойств комплекса серых лесных почв : Автореф. Дис. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук / Ю.Н. Буева МГУ. Москва. 2005. – 21 с.
Бутылкина М.А. Закономерности пространственного варьирования физических свойств дерново-подзолистых почв на двучленных отложениях / М.А. Бутылкина, Б.В. Фаустова, М.В. Банников // Почвоведение. 2003. - № 8. - С. 948-957.
Вальков В.Ф. и др. Справочник по оценке почв. Майкоп: 2004. – 236с.
Глушко А .Я. Влияние засоления почв на продуктивность земель юга Европейской части России // Сборник научных трудов СевКавГТУ. Серия «Естественнонаучная». 2010. № 6.
Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2011 году». М., 2012.
Деградация и охрана почв/ Под. ред. Г.В. Добровольского. М.: Изд-во МГУ, 2002. – 654с.
Елисеева Н.В. Экология: учебное пособие для вузов./ Н.В. Елисеева, Н.В. Чернышева, И.И. Имгрунт, В.В. Стрельников Майкоп: 2004. – 196с.
Жовтоной О.Е .Экологическое нормирование орошения на основе моделирования состояния плодородия почвы. / Жовтоной О.Е. // ВюН.. – 2000. – № 10. С. 57-61, 86, 88.
Засоленные почвы России. М.: 2006. – С.189.
Каблова Н.Ю. Структуры гранулометрического состава и их влияние на засоление почв: Автореф. Дис. на соиск. уч. степ. канд. с.-х. наук / Н.Ю. Каблова Алт. гос. аграр. ун-т, Барнаул, 2003. - 18 с.
Кирдяшкин П.И. Фильтрационная и сорбционная неоднородность серой лесной почвы / П.И. Кирдяшкин // Тез. докл. IX Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2002». Москва, 2002. - С. 55;
Кирюшин В.И. Эколого-экономические и технологические аспекты интенсификации земледелия / В.И. Кирюшин // Экономика сельского хозяйства России. 2003. – № 4. – С.35–36.
Константинов М.Д. Улучшение свойств черноземно-луговых мелких солонцов в фитомелиоративных луговых севооборотах Западной Сибири / М.Д. Константинов, М.А. Кухарь // Доклады Россельхозакадемии. –2006 – №6 –С. 31–34.
Концепция мелиораций сельскохозяйственных земель в России / под. ред. А.В. Гордеева, Г.А. Романенко. М.: 2006. – 41 с.
Кружилин, И.П. Толерантность основных культур кормовых севооборотов к различной степени и химизму засоления/ И.П. Кружилин., Л.А. Казакова. // Доклады Россельхозакадемии. 2006 – № 6 – С. 37-39.
Минашина, Н.Г. Зависимость содержания и состава солей в почвенном растворе от влажности гипсоносной почвы /Н.Г. Минашина // Почвоведение. 2005. – № 7 – С. 815–824.
Миронченко, С.Ф. Современное применение мелиоративных и почвозащитных способов основной обработки каштаново-солонцовых комплексов в Ростовской области: автореф. . канд. с.-х. наук: 06.01.02./Миронченко Сергей Федорович. п. Персиановский, 2000. – 43 с.
Нагорный В.А. Влияние многолетию; трав на изменение солевого состава почв при лиманном орошении в Заволжье /Нагорный В.А., Лисконов А.А // Агро XXI. 2003-2004. – № 7 – № 12. – С. 114. – Рус.
Николаенко, А.Н. Модели, методы и технические средства*, автореф. дис. . д-ра с.-х. наук: 06.01.02. / Николаенко Алексей Николаевич. М., 2005.-47 с.
Оболдина, Г.А. Мелиоративная энциклопедия /Г.А. Оболдина. В 3-х т. Т. Ill М.: 2004. - С. 401.
Панкова, Е.И. Площади засоленных почв в земельном фонде России/ Е.И. Панкова, А.Ф. Новикова // Почвоведение. 2005. - № 8 - С. 930-944.
Панов Н.П. Почвенные процессы в орошаемых черноземах и каштановых почвах и пути предотвращения их деградации / Н.П. Панов, В.Г. Мамонтов. М.: 2001. – 253c.
Паракшин, Ю.П. Типология солонцовых ландшафтов / Ю.П. Па-ракшин, Э.М. Паракшина //Почвы национальное достояние России: Мат. IY съезда докл. общ. почвовед. Новосибирск, 2004. - С. 119.
Парфенова, Н.И. Мелиоративная энциклопедия./Н.И. Парфенова. В 3-х т. T.III М.: 2004. - С. 363-365.
Полад-заде, П.А. Этапы большого пути / П.А. Полад-заде, А.В. Алексанкин, А.А. Викснэ // Мелиорация: этапы и перспективы развития: Матер. Междунар. нач.-произв. Конф. М,. 2006. - С. 3-8.
Почвенный покров и земельные ресурсы Российской Федерации. -М., 2001.-400 с.
Почепцова Л.Г. Оценка пространственной изменчивости физических показателей почвы / Л.Г. Почепцова // 2003. - № 9. - С. 75-77, 86, 88.
Романенко, Г.А. Проблемы деградации сельскохозяйственных земель России, их охраны и восстановления продуктивности / Г.А. Романенко, АЛ. Иванов, В.А. Захаренко и др.; под ред. Г.А. Романенко. М.: 2005.-60 с.
Савич, В.Н. Взаимосвязи между свойствами почвы и плодородием / В.Н. Савич, Д.С. Булгаков, Ю.А. Духанин, А.А. Оглоблина // М.: 2007. 5-13с.
Сеньков A.A. Влияние природных факторов на атмогенное засоление почв и пород юга Ишнмской равнины / Сеньков A.A. // Н.: 2004. 11.№3. – С. 301 – 313.
Синяков, В.Н. Геоэкологические проблемы подземных и надземных накопителей жидких отходов в солянокупольных областях /В.Н. Синяков и др. -М.:  2001. - 153 с.
Теории и методы физики почв. Коллективная монография/ Под. ред. Шеина Е.В. и Л.О. Карпачевского. М.: 2007. – 616с.
Теория и практика химического анализа почв / Под ред. Л.А. Воробьевой. М.: 2006. – 400 с.
Шеин Е.В. и др. Лабораторные методы исследования физических свойств почв. Москва.: 2000 г.
Шеин Е.В. Курс физики почв.: Учебник. М.: 2005. – 432с.
Шеин, Е.В. Гранулометрический состав почв: проблемы методов исследования, интерпретации результатов и классификаций/ Е.В. Шеин// Почвоведение. 2008. – № 10. – С. 958–964.
Черных, Н.А. Экотоксикологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами / Н.А. Черных, Н.З. Милащенко, В.Ф. Ладонин // Экологическая безопасность и устойчивое развитие. В 5-ти кн. Кн. 5. Пущино, 2001. – 148 с.
Шеин, Е.В. Роль и значение органического вещества в образовании и устойчивости почвенных агрегатов / Е.В. Шеин, Е.Ю. Милановский // Почвоведение. 2003. – № 1. – С. 53 – 61.
3