Рекультивация земель и охрана земельных ресурсов при строительстве нефтепровода по территории Изобильненского района Ставропольского края

Цель работы состояла в разработке эко-биозащитных мероприятий, направленных на сохранение плодородия земельных ресурсов Изобильненского района Ставропольского края, в районе строительства нефтепровода.
...

Содержание

Введение
Глава 1. Экологическая оценка земельных ресурсов Ставропольского края
1.1. Общие сведения
1.2. Состояние плодородия черноземов центрального Предкавказья и пути его улучшения
1.3. Природно-климатические условия
1.3.1. Климат
1.3.2. Рельеф
1.3.3. Растительность
Глава 2. Анализ современного состояния структуры почв Ставропольского края
2.1. Размеры структуры почвы
2.2. Агрономическая ценность структуры почвы
2.3. Причина утраты структуры почвы
2.4. Водопрочность агрегатов в почве
2.5. Механическое разрушение структуры почвы
2.6. Биологические причины разрушения структуры почвы
2.7. Экологическая оценка земельных ресурсов Изобильненского района
Глава 3. Эко-инженерное обустройство рекультивируемых земельных ресурсов
3.1. Рекультивация земли
3.2. Техническая рекультивация
Глава 4. Биологический этап рекультивации
4.1. Внесение органических удобрений
4.2. Внесение минеральных удобрений
4.3. Подбор компонентов травосмеси на пастбищах
4.4. Подготовка почвы
4.5. Экологическая роль минеральных и органических удобрений
4.6. Качество рекультивируемых земель при строительстве нефтепроводной системы
Глава 5. Охрана природы и окружающей среды при строительстве нефтепровода на территории Изобильненского района
Заключение
Список используемой литературы

Цель работы состояла в разработке эко-биозащитных мероприятий, направленных на сохранение плодородия земельных ресурсов Изобильненского района Ставропольского края, в районе строительства нефтепровода.
Решение поставленной цели потребовало выполнение следующих задач:
1. выбрать оптимальную эко-инженерную технологию сохранения плодородия сельскохозяйственных земель после строительства магистрального нефтепровода;
2. разработать технологическую схему технической и биологической рекультивации почв;
3. выполнить комплекс агротехнических мероприятий, направленных на улучшение физико-химических и биологических свойств верхнего слоя почвы;
4. обеспечить восстановление плодородия почв в районе строительства нефтепровода на первоначальном качественном и количественном уровнях урожайности сельскохоз яйственных культур.

- зернистая – более или менее правильная форма с выраженными гранями и ребрами, напоминающая гречневую крупу, характерна для гумусовых горизонтов лугово-степных почв, особенно черноземов;
- конкреционная – сплошное скопление рыхло располагающихся или частично сцементированных округлых конкреций;
- икряная – мелкие разной формы, но хорошо оформленные округлые агрегаты образуют сплошную массу.
2. Призмоидная структура при выраженном развитии по вертикальной оси, характерная для иллювиальных горизонтов и суглинистых почвообразующих пород, выделяются три рода этой структуры:
- столбовидная – правильной формы отдельности с хорошо выраженными вертикальными гранями, округлой «головкой» и неравным основанием, характерная для солонцовых и слитых горизонтов;
- призмовидная – вертикально вытянутые отдельности слабо оформлены, с неровными скорлуповатыми гранями и острыми вершинами, округленными ребрами, характерна для нижней части иллювиальных горизонтов и суглинистых почвообразующих пород;
- призматическая – грани и ребра вертикальных призм четко выражены для иллювиальных горизонтов.
3. Плитовидная структура при развитии по горизонтальным осям, характерна для элювиальных горизонтов почв, выделяются два рода этой структуры:
- плиточная – при более или менее четко развитых горизонтальных поверхностях спайности;
- чешуйчатая – при небольших, несколько изогнутых поверхностях спайности.
Во многих случаях почвы имеют смешанную структуру: комковатую, орехово-комковатую, комковато-глыбистую, ореховато-призмовидную и т.п., что означает преобладание в том или ином горизонте структурных отдельностей разной формы и размеров.
2.2. Агрономическая ценность структуры почвы
первоначальное представление о почвенной структуре возникло в глубокой древности. Упоминание о рыхлом строении почвы встречается еще у Гомера. Однако научно-агрономическое обоснование необходимости структурного строения почвы было дано только в во второй половине XIX в. Вольни и его школой.
Качественная оценка структуры определяется ее размером, пористостью, механической прочностью и водопрочностью. Наиболее агрономически ценны макроагрегаты размером 0,25-10 мм, обладающие высокой пористостью (>45%), механической прочностью и водопрочностью. Структурной считается почва, содержащая более 55% водопрочных агрегатов размером 0,25-10 мм.
Устойчивость структуры к механическому воздействию (связность) и способность не разрушаться при увлажнении (водопрочность) определяют сохранение почвой благоприятного сложения при много кратных обработках и увлажнении. При отсутствии этих качеств структурные отдельности быстро разрушаются, при обработке и выпадении дождей или орошении, и почва становится бесструктурной. Во влажном состоянии такая почва заплывает, при подсыхании образует корку.
Необходимо иметь ввиду, что не всякая водопрочная структура агрономически ценна. Важно, чтобы водопрочные агрегаты имели рыхлую упаковку, были пористые и обладали способностью легко воспринимать воду, чтобы в их поры легко проникали корневые волоски и микроорганизмы. При плотной упаковке агрегатов пористость низкая (30-40%), поры тонкие, в них с трудом проникают микроорганизмы и корневые волоски. Водопрочность таких агрегатов обусловлена слабым проникновением в поры воды. Такая структура в агрономическом отношении не является ценной.
Агрономическое значение структуры заключается в том, что она оказывает положительное влияние на следующие свойства, а также режим почв: физические свойства – пористость, плотность, сложение, водный, воздушный, тепловой, окислительно-восстановительный, микробиологический и питательный режимы; физико-механические свойства – вязкость, удельное сопротивление при обработке, коркообразование; противоэрозионную устойчивость почв.
Рассмотрим эти положения более подробно.
При наличии агрономически ценной структуры в почве создается благоприятное сочетание капиллярной и некапиллярной пористости. Между агрегатами преобладают некапиллярные поры, а внутри агрегатов капиллярные.
Некапиллярные поры (поры аэрации) имеются также и внутри комка.
В бесструктурной почве механические элементы лежат плотно, поэтому в ней образуются в основном капиллярные поры. Эти особенности строения и пористости структурных и бесструктурных почв оказывают огромное влияние на вводно-воздушный и питательный режимы.
Структурные почвы благодаря наличию некапиллярных пор хорошо впитывают влагу, которая по мере движения рассасывается комками, промежутки между комками заполняются воздухом. Воздух содержится и в порах аэрации внутри комка. В такой почве потери воды от поверхностного стока незначительны, почти вся она поглощается почвой. А наличие некапиллярных пор предохраняет почву от испарения влаги с поверхности. Следовательно, в структурной почве одновременно создаются благоприятные условия обеспечения растений влагой и воздухом.
Даже при увлажнении до меньшей влажности в таких почвах сохранится хороший воздухообмен, и господствуют окислительные процессы. Достаточная аэрация при наличии доступной влаги обеспечивает лучшие условия питательного режима по сравнению с бесструктурной почвой; активнее идут микробиологические процессы, отсутствуют процессы денитрификации, образование и накопление активных несиликатных форм полуторных окислов, что ослабляет связывание фосфатов в труднорастворимые формы.
Бесструктурной почвой вода поглощается медленно, значительная часть ее может теряться вследствие поверхностного стока. Сплошная капиллярная связь в толще почвы вызывает большие потери влаги от испарения. В такой почве нередко наблюдается два крайних состояния увлажнения: избыточное и недостаточное. При избыточном увлажнении все промежутки заполнены водой, воздух отсутствует. В этих условиях развиваются анаэробные процессы, ведущие к потере азота в результате денитрификации, образованию вредных для растений закисных форм железа и марганца, накоплению подвижных несиликатных форм полуторных окислов и к закреплению фосфора в труднорастворимые формы, т.е. создается неблагоприятный питательный режим. При недостаточном увлажнении в почве много воздуха и кислорода, но растения испытывают недостаток в воде.
Агрономически ценная структура, придавая почве рыхлое сложение, облегчает прорастание семян и распространение корней растений, а также уменьшает энергетические затраты на механическую обработку почвы.
Более плотное сложение и повышенная связность бесструктурных почв повышают удельное сопротивление при их обработке и ухудшают развитие корней растений. Как отмечалось выше, структурная почва хорошо поглощает воду и резко снижает поверхностный сток. А следовательно. Смыв и размыв почвы, а структурные комочки размером более 1-2 устойчиво противостоят развеванию ветром.
Благоприятное влияние на агрономические свойства почв оказывает и микроструктура при условии ее пористости и водопрочности. Наилучшими являются микроагрегаты размером 0,25-0,05 и 0,05-0,01 мм. Микроагрегаты размером средней пыли (0,01-0,005 мм) затрудняют водо- и воздухопроницаемость, способствуют повышению испаряющей способности почв. Например, сероземы несмотря на полное отсутствие водопрочной макроструктуры, обладают довольно благоприятными воднофизическими свойствами, что объясняется наличием у них водопрочной микроструктуры.
Рассмотренное выше агрономическое значение структуры позволяет сделать следующее общее заключение: во всех случаях на почвах одного типа, одной генетической разности и в сходных агротехнических условиях структурная почва всегда характеризуется более благоприятными для сельскохозяйственных культур показателями, нежели бесструктурная или малоструктурная.
2.3. Причины утраты структуры почвы
Структура почвы динамична. Она разрушается и восстанавливается под влиянием различных факторов. Управление ими позволяет поддерживать почву в необходимом структурном состоянии. Причины утраты структуры: механическое разрушение, физико-химические явления и биологические процессы.
Механическое разрушение структуры (эрозия) происходит под влиянием обработки почвы, передвижение по ее поверхности машин и орудий, людей, животных, под ударами капель дождя, ветра и других природных и техногенных факторов.
Физико-химические причины утраты структуры связаны с реакциями обмена двухвалентных катионов (кальция и магния) в ППК на одновалентные (натрий и аммоний). При этом коллоиды (главным образом гумусовые вещества), прочно цементирующие механические элементы и агрегаты, и структурные отдельности разрушаются.
Биологические причины обусловлены разложением гумусовых веществ почвенными микроорганизмами. В результате потери гумуса, как важнейшего цементирующего материала, структура почвы теряет водопрочность и также разрушается. В пахотных почвах наряду с разрушением структуры происходит и ее создание; поэтому в зависимости от того, какие процессы будут преобладать, наблюдается уменьшение или увеличение содержания водопрочных агрегатов.
На рисунке 5 приведена картограмма эродированных земель Ставропольского края.
2.4. Водопрочность агрегатов в почве
Размеры почвенных агрегатов только в том случае являются показателями того или иного физического режима в почве, когда агрегаты водоустойчивы, т.е. способны противостоять разрушающему действию воды: не расплываться в воде в бесформенную массу.
Главным и ведущим началом, от которого зависит водопрочность почвенного комка – это наличие в них особого органического вещества. Лишенные органического вещества почвенные комки навсегда лишаются свойств водопрочности. Почвы глинистые и суглинистые лишенные органического вещества, под влиянием высыхания, замораживания и действия орудий обработки могут образовывать комки агрономически ценных размеров, но эти комки будут неводопрочны.
Большое значение в образовании водопрочной структуры принадлежит и минеральным коллоидам. Однако почвенные агрегаты, образующиеся при участии только минеральных коллоидов, без гумусовых веществ, не обладают водопрочностью.
Почвенные агрегаты обладают истинной водопрочностью, если они в воздушно-сухом состоянии при быстром погружении в воду не теряют форму и не разрушаются до размеров меньше 0,25 мм. Агрегаты не обладающие истинной водопрочностью, могут обладать условной водопрочностью, если они не разрушаются в воде, будучи капиллярно смоченными, перед погружением в воду.
Если температура воды и почвы разная, то водопрочность агрегатов становится выше, в особенности, если вода будет значительно холоднее почвы. В этом случае теплота смачивания идет на выравнивание температуры, расширение воздуха в пузырьках не происходит и разрушение агрегатов будет меньше.
Следует отметить, что сложение самого агрегата играет главную роль. Если комок состоит из глинистых частиц, не свернутых в микроагрегаты, то он обладает исключительно тонкими порами. Поступающая со всех сторон вода при быстром погружении такого комка в воду будет пропитывать его очень медленно, так как трение в тонких капиллярах очень велико. Если комок не водопрочный, то в этом случае размываться он будет очень медленно, создавая видимость водопрочности. Но, полежав то или иное время в воде, такие неводопрочные комки могут полностью разрушиться. Аналогичную роль имеет и уплотнение комков. Даже небольшие изменения в плотности комков могут существенно сказаться на скорости их разрушения в воде.
Явление водопрочности почвенного комка зависит и от водопрочности и механической прочности веществ, склеивающих почвенные частицы. Механическая прочность кислящих веществ может быть такой, что превысит разрушающую работу воздушных пузырьков. Такой комок не будет быстро разваливаться в воде, но если кислящие вещества не водопрочны, то, полежав то или иное время в воде, он все же разрушится. Следовательно, водопрочность комка зависит также в значительной степени от физико-химической природы кислящих веществ, их способности после склеивания не разрушаться (растворяться в воде).
2.5. Механическое разрушение структуры почвы
Механическое разрушение структуры происходит под влиянием обработки почвы, передвижение по ее поверхности машин и орудий. Постоянная механическая обработка почвы способствует потере гумуса, а ухудшение ее физических свойств приводит к эрозии. Тяжелые почвообрабатывающие агрегаты уплотняют почву.
Воздействие ходовых систем тракторов на почву зависит от типа двигателей (гусеничный, колесный) и массы трактора. При работе тракторов с меньшей массой уплотняющее воздействие распространяется на глубину 45-70 см. При работе тракторов с наибольшей массой уплотнение распространяется на глубину до 1-1,2 м. При этом существенно увеличивается объемная масса пахотного и подпахотного горизонтов. Изменение плотности почвы способствует уменьшению общей пористости на 23-25%. Во многих почвенно-климатических зонах плотность почвы не самовосстанавливается и в последующие годы.
Уплотнение почвы ухудшает воздухообмен. Интенсивность выделения из уплотненной почвы углекислого газа уменьшается в 1,2-1,6 раза.
Увеличение плотности почвы ухудшает ее температурный режим. Температура почвы по следу трактора отличается от температуры почвы вне следа в течение суток. Уплотненная почва в утренние часы имеет меньшую температуру, чем неуплотненная, в дневные прогревается сильнее, а в вечерние – быстрее охлаждается.
Увеличение твердости почв вследствие уплотнения препятствует прохождению зародышевого корешка и ухудшает аэрацию в период повышенной влажности, что снижает всхожесть семян. Отрицательное влияние уплотнения почвы сказывается на протяжении всей вегетации опытных культур. Внешне это проявляется в отставании растений в росте и на определенных этапах и в их развитии.
Сложение почвы оказывает непосредственное влияние на формирование корневой системы. Корни на уплотненных участках деформированы и концентрируются в прослойках с пониженной плотностью. Неблагоприятные условия развития корневой системы растений в плотной почве снижают урожайность культур. В плотную почву корни растений проникают слабо, до 80% их находятся в слое 7-10 см.
Уплотнение почвы ходовыми системами способствует глыбообразованию. На уплотненных участках суглинистых и глинистых почв во время вспашки образуются глыбы диаметром 60-70 см и массой 35-40 кг.
Многолетние исследования показывают, что вследствие уплотнения почвы снижается урожай кукурузы до 30%, озимой пшеницы до 27%, сахарной свеклы до 15%, ячменя до 24%, картофеля до 25%.
2.6. Биологические причины разрушения структуры почвы
Биологические причины разрушения структуры связаны с процессами минерализации почвенного гумуса – главного кислящего вещества при образовании структуры.
Хотя гумус устойчив к микробному разложению, все же этот процесс в почве минерализуется в результате воздействия на него микроорганизмов. Способность разлагать гумусовые вещества доказана для многих почвенных организмов – грибов, бактерий.
Активная роль микроорганизмов в разрушении сложных органических соединений обусловлена особенностями их метаболизма. В микробную клетку могут поступать только относительно простые органические соединения. Поэтому высокомолекулярные соединения микробы разлагают вне клетки до уровня простых сахаров. Аминокислот, жирных кислот, глицерина и т.д. затем каждый организм из маломеров создает свои собственные высокомолекулярные соединения.
Бактерии активно участвуют в трансформации органического вещества. Их роль существенна во всех почвах без исключения. Бактерии способны разлагать почти все органические соединения. Они активно используют белок, крахмал, органические кислоты разлагают целлюлозу и имеют преимущества в разложении углеводов.
Как и бактерии, актиномицеты активно участвуют в разложении почвенного органического вещества. Они могут использовать все углеводы. Очень активно разлагают целлюлозу.
Грибы могут разлагать гумус, используя его углерод и азот. Грибы утилизируют гумусовые кислоты, вызывая глубокую деструкцию ароматических компонентов, при этом теряется темная окраска гумусовых веществ.
Разложение гумусовых веществ микроорганизмами не подлежит сомнению, т.к. в противном случае в почве непрерывно увеличивались бы запасы гумуса. Между тем содержание его в почвах остается относительно постоянным. А при длительном использовании почвы, низкой агротехнике и малом количестве удобрений заметно уменьшается.
Наряду с микроорганизмами,обуславливающими процесс разложения органических остатков, огромна роль почвенной фауны, которая обуславливает как измельчение и механическое перемешивание органических остатков с массой почвы, так и их химическую трасформацию. Представители макро-, мезо- и микрофауны не только перераспределяют и измельчают все органические остатки, но и сами участвуют в процессах разложения.
2.7. Экологическая оценка земельных ресурсов Изобильненского района
В результате длительного почвообразовательного процесса изменяются внешний вид и свойства материнской породы. Уже по внешним признакам можно говорить о происхождении почвы, о ее химическом составе и плодородии. Внешние признаки почвы обычно изучают по почвенному профилю. Почвенный профиль – это разрез от поверхности почвы до ее измененной почвообразовательным процессом породы, обычно на глубину 1 – 1,5 м. на вертикальной стенке разреза видны размеры почвенного профиля, окраска и сложение отдельных генетических (связанных между собой по происхождению) горизонтов почвы, различные включения и новообразования. Для большинства почв характерно следующее расположение горизонтов.
Горизонт А1 – перегнойный горизонт (перегнойно-аккумулятивный), отличающийся от нижних слоев почвы более высоким содержанием органического вещества, более темной окраской. В этом горизонте происходят накопление перегноя и зольных элементов, их аккумуляция. У черноземов перегнойный горизонт имеет почти черную окраску, у серых лесных почв – от светло-серой до темно-серой, у каштановых – серо-коричневую. У дерново-подзолистых почв горизонт А1 сероватый с белесым оттенком.
Горизонт А2 светлоокрашенный (подзолистый). Этот горизонт образуется в результате разрушения силикатов, алюмосиликатов, органических веществ, выноса их в нижележащие горизонты. При сильной выраженности подзолообразовательного процесса горизонт А2 становится белесым.
На распаханных полях горизонты А1 и частично А2 вовлекаются в обработку, смешиваются и вместо них появляется горизонт Аn (пахотный слой), мощность которого зависит от глубины вспашки.
Горизонт В – горизонт вымывания (иллювиальный), переходный к материнской породе. Он отличается от верхнего горизонта меньшим количеством перегноя, а также тем, что в нем накапливаются полуторные окислы и минеральные соли, вымываемые из верхних горизонтов; в нем идет также новообразование минеральных соединений путем изменения самой материнской породы. Обычно горизонт В – красно бурой окраски и имеет различную структуру: ореховатую (подзолистых и серых лесных почвах), комковатую (в черноземах), столбчатую (в солонцах) и т.д. В зависимости от внешних признаков (цвета, структуры) может быть выделено несколько подгоризонтов (В1, В2 и т.д.).
Горизонт С – материнская порода, которая участвовала в образовании почвы. Мощность ее различна. В нем часто встречаются включения в виде галек, валунов, известковых отложений и т.д.
Выделяют еще горизонт D, означающий в отличие от материнской подстилающую породу, не затрагиваемую почвообразовательным процессом.
При отсутствии резкого перехода от одного горизонта к другому выделяют переходные горизонты, например. А2В, ВС.
Общая мощность почвенного слоя бывает различна: от нескольких сантиметров до 250 см (у черноземов). При рассмотрении почвенного профиля обращает на себя внимание, прежде всего окраска почвы, которая изменяется от белой до красной и черной, в зависимости от химического состава почвы: темный (черный) цвет придает почве гумус, красноватый – окись железа, белесый – высокое содержание кремнезема, белый почвенных слоев и отдельных включений – известь, сизоватый – высокое содержание закиси железа (глеевый горизонт).
На территории края выделяются такие типы почв: черноземы, черноземные солонцы, каштановые, лугово-каштановые, каштановые солонцы, солончаки, горные-лесные, бурые, горно-луговые, пойменные (аллювиальные) почвы и другие.