Геохимия агроландашфтов

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Казанский  (Приволжский) федеральный университет"

 

Институт Экологии и Географии

Кафедра ландшафтной экологии

Специальность – "Геоэкология"

Специализация: ландшафтная  экология

 

Реферат на тему:

Геохимия агроландашфтов

 

 

 

 

 

Выполнила студентка 4 курса, гр. 205

Ахкамова Гульнара

 

 

 

 

 

Казань, 2013

Агроландшафты

Земледельческие площади (включая  села и фермы) занимают около 12% суши, еще около 25% используется под пастбища. По А.М. Рябчикову, наиболее освоены умеренный (26%), субэкваториальный и субтропический (17 --- 18%) пояса. Относительная площадь агроландшафтов и степень изменения природной среды максимальны в Европе (32%) и Азии (21%). Главное назначение агроландшафта --- производить максимум сельскохозяйственной продукции --- вступает в противоречие с использованием средств химизации, приводящих к загрязнению среды, нередко превышающему допустимые экологические нормы. С ростом распаханности растет и загрязнение земель минеральными удобрениями, пестицидами и другими средствами химизации, особенно в развивающихся странах. Именно поэтому актуальна геохимическая или точнее биогеохимическая оптимизация агроландшафтов. Агротехногенез влияет на природную среду в глобально-региональном масштабе, особенно в таких регионах длительного интенсивного земледелия, как Египет, Ближний Восток, Европа, Средняя Азия, Индия, Китай и др. Выбросы вредных веществ в атмосферу имеют здесь меньшее значение, чем в промышленных районах, загрязнение почв и водоемов вполне сопоставимо. По интенсивности и характеру воздействия выделяются два геохимических типа агротехногенеза и несколько подтипов. Первый тип --- прямое геохимическое влияние агротехногенеза на природные ландшафты, к которому относится химизация сельского хозяйства и агротехногенная обработка земли. Второй тип --- косвенные геохимические последствия, возникающие в результате гидромелиорации, эрозии почв, обезлесения, опустынивания и других процессов деградации ландшафтов. Эти типы определяют преимущественно площадное (химизация) или линейно-площадное (орошение) распространение загрязнения.

Геохимическая систематика  агроландшафтов

Агроландшафты составляют особый отряд техногенных ландшафтов, важнейшей геохимической характеристикой которого, как и в большинстве природных ландшафтов, служит биологический круговорот атомов (бик). Но этот бик часто иной, чем в исходных биогенных ландшафтах, запасы и структура фитомассы которых полностью трансформируются. Так, при выращивании злаковых культур на фоне уменьшения общих запасов растительности резко возрастает доля надземной зеленой массы и уменьшается подземной. Первичная ежегодная продукция достигает 80 --- 90% от общих запасов фитомассы, более половины ее ежегодно отчуждается с урожаем, что ведет к снижению количества гумуса. Как отмечалось, особенно сильно трансформирован круговорот азота. На пастбищах и сенокосах общие запасы фитомассы уменьшаются, но доля подземных органов увеличивается. Особенно сильные изменения структуры фитомассы происходят при чрезмерной пастбищной нагрузке и удобрении сенокосов. Агроландшафты делятся на группы, типы, отделы, классы, роды и виды. Эта таксономия носит предварительный характер и нуждается в дальнейшем анализе и уточнении.

Группы агроландшафтов. По природным условиям выделяется 4 основные группы:

1. Агроландшафты на месте лесных ландшафтов.

2. Агроландшафты на месте степей, саванн и лугов.

3. Агроландшафты тундр.

4. Агроландшафты пустынь.

Типы агроландшафтов. Каждая группа состоит из нескольких типов. В 1-й группе --- это агроландшафты на месте влажных тропиков, тайги широколиственных лесов, во 2-й --- агроландшафты черноземных степей, сухих степей, субтропических степей, саванн и т .д. По Т.И. Евдокимовой, эти группы и типы достаточно четко отличаются по особенностям биологического круговорота от групп и типов природных ландшафтов. Так, в таежной зоне растительность полей по сравнению с лесами в 4 --- 6 раз больше потребляет K и Mg, в 3 раза --- P, примерно в 2 раза --- N, S и Ca. Однако в лесостепной зоне потребление элементов растительностью агроценозов примерно такое же, как в широколиственных лесах и луговых степях (кроме Ca, который энергичнее накапливается широколиственными деревьями). Замена разнотравно- злаковых степей полевыми ценозами приводит к уменьшению интенсивности бика большинства элементов. Потребление Ca и Mg снижается в 6 раз, S, K и N в 2 --- 3 раза. Таким образом, агроландшафты природных зон различаются направленностью трансформации биологического круговорота: его скорость и интенсивность увеличиваются при замене лесных ландшафтов и уменьшаются в степях. Соотношение между биологическим круговоротом и водной миграцией в агроландшафтах деформируется. Последняя резко активизируется --- с пахотных земель поверхностным и внутрипочвенным стоками выносится в растворенной форме и в виде суспензий значительно больше химических элементов, чем с целинных водосборов. Поэтому во многих агроландшафтах баланс ряда элементов отрицателен и не компенсируется удобрениями. Зонально- провинциальные природные факторы определяют также фоновые содержания многих элементов. Так, в целом для гумидных агроландшафтов характерны фоновые концентрации азота, агротехногенные аномалии которого относительно локальны и приурочены лишь к участкам наиболее интенсивного использования азотных удобрений, коммунальных и животноводческих отходов. В аридных агроландшафтах испарительная концентрация определяет изначально высокий региональный фон нитратов в грунтовых и поверхностных водах. Поэтому внесение высоких доз азотных удобрений здесь чаще ведет к превышению ПДК нитратов. Эти же факторы влияют на распределение и миграцию микроэлементов. Более высокие уровни содержаний B, Br, Mo, U, V, Se в аридных агроландшафтах связаны с древней или современной испарительной концентрацией и подвижностью их анионогенных соединений в щелочной среде, что следует учитывать при внесении минеральных удобрений, например, фосфорных, содержащих некоторые из этих элементов в повышенных количествах. В отличие от природных ландшафтов разделение типов агроландшафтов на семейства только по особенностям биологического круговорота нецелесообразно из- за их конвергенции в пределах природных зон и особенно подзон под влиянием, например, антропогенного опустынивания, саваннизации, формирования пирогенных комплексов и т .д. (Л.И. Куракова, Э.П. Романова). Отделы агроландшафтов. В пределах типов биологический круговорот агроландшафтов больше зависит от использования земель. Пашни, сады, огороды, пастбища различаются интенсивностью техногенеза, количеством и составом вносимых минеральных и органических удобрений, соотношением биомассы, ежегодной продукции и изъятием химических элементов с урожаем. Под влиянием различных сельскохозяйственных культур происходит биогеохимическая трансформация форм химических элементов. Минеральные формы азота, фосфора, калия, тяжелых металлов в ходе бика переходят в биогенные и органо- минеральные формы. Под влиянием химизации может изменяться и водная миграция. Поэтому в пределах типов по использованию земель выделяются отделы агроландшафтов. Наибольшие изменения испытывают ландшафты с многолетними культурами (сады, виноградники), некоторыми однолетними техническими культурами (хлопчатник), рисовые плантации с большим количеством вносимых удобрений и интенсивным применением пестицидов. Менее интенсивно действие агротехногенеза на полевые и огородные ландшафты, чайные, ягодные и ореховые плантации. Минимальна трансформация животноводческих пастбищных ландшафтов с наименьшей геохимической нагрузкой. К особому отделу, возможно, относятся ландшафты орошаемых и осушаемых территорий, однако их основные геохимические особенности определяются водной миграцией и эти ландшафты лучше выделять на уровне класса. Биогеохимическая трансформация агроландшафтов в зависимости от использования земель изучалась Н.Ф. Мырляном в Центральной Молдавии, где агроландшафты занимают почти 2/3 территории, причем распределение техногенной нагрузки в ее пределах неравномерное. Данный регион специализируется на выращивании многолетних культур, что определило высокий уровень обработки земли, внесение больших количеств удобрений, интенсивное применение ядохимикатов. Наибольшее влияние агротехногенеза испытывают многолетние насаждения --- сады и виноградники, в которых глубина вспашки достигает 1,5 м (плантаж). Большая часть садов орошается. По объему вносимых удобрений данные ландшафты не уступают землям с полевыми и техническими культурами. Главное же их отличие от других агроландшафтов состоит в интенсивном применении пестицидов, а также органических и минеральных соединений тяжелых металлов. Применение медьсодержащих препаратов значительно обогащает медью основные компоненты виноградников. В почвах ее содержание достигает 2,5.10-2%, в отдельных случаях первых долей процента. В золе листьев винограда до 0,5% меди, в поверхностных водах --- до 500 мкг/л . Перераспределение техногенной меди приводит к ее накоплению в почвах и современных отложениях аккумулятивных ландшафтов. В почвах установлен техногенный малахит, в горизонтах, обогащенных этим минералом, концентрация меди достигает 1 --- 2%. Высокая плотность многолетних насаждений и интенсивное применение медьсодержащих препаратов позволило выделить в Центральной Молдавии техногенную медную биогеохимическую провинцию. Меньшую техногенную нагрузку испытывают агроландшафты Центральной Молдавии с полевыми, техническими и овощными культурами. Здесь ниже уровень механической обработки почвы, меньше спектр применяемых пестицидов. Антропогенное воздействие можно оценивать в баллах по соотношению доз минеральных удобрений, уровней загрязнения почв нестандартизованными удобрениями и количеству применяемых пестицидов. Число сочетаний этих видов воздействия, достигающее пятидесяти, можно разделить на пять градаций, соответствующих пяти основным отделам агроландшафтов:

I --- со слабым --- менее 3 баллов

II---средним---3---4

III---высоким---5---6

IV --- очень высоким --- 7

V --- чрезвычайно высоким  уровнем воздействия --- 8 --- 9.

Классы агроландшафтов. Как и для естественных ландшафтов, этот таксон выделяется по типоморфным элементам водной миграции, в основном по соотношению окислительно- восстановительных и щелочно- кислотных условий. В ландшафтах со слабой интенсивностью химизации, без осушения или орошения, классы агроландшафтов те же, что и в исходных естественных ландшафтах. В районах интенсивного земледелия с большим количеством вносимых минеральных удобрений, осушительными или оросительными мелиорациями классы природных ландшафтов трансформируются, появляются техногенные геохимические барьеры. Степень и направленность этой трансформации зависят как от характера агротехногенеза (известкование, гипсование, виды минеральных удобрений и т .д.), так и от природных ландшафтно- геохимических условий. Например, от геохимических различий лесных и степных ландшафтов. Длительное известкование кислых почв приводит к замене кислого класса ландшафта (Н+) на переходный от кислого к кальциевому (Н+ - Са2+) и даже на кальциевый (Са+). Это ведет к трансформации всей миграционной структуры ландшафта, замещению в поглощающем комплексе обменного алюминия кальцием, уменьшению подвижности катионогенных тяжелых металлов (Pb, Zn, Cd, Cu), формированию местами карбонатного барьера в верхних и средних почвенных горизонтах, не свойственного большинству лесных почв. В результате фитотоксичность некоторых тяжелых металлов снижается. Анионогенные элементы --- Mo, Cr, V, наоборот, становятся более подвижными. Агрогенное подщелачивание характерно и для старопахотных почв степей, в которых оно обусловлено появлением соды после замены степной целинной растительности агроценозами (Ф.И. Козловский). Подкисление почв при чрезмерном внесении физиологически кислых удобрений ведет, наоборот, к увеличению подвижности, а следовательно, и токсичности тяжелых металлов. Избыточное внесение фосфорных удобрений благоприятствует связыванию некоторых элементов, например Zn и Cr, в виде слаборастворимых фосфатов (фосфатный барьер), вызывая иногда цинковое голодание растений.

Виды агроландшафтов. Они выделяются по особенностям почвообразующих пород (на суглинках, песках, карбонатных, кристаллических силикатных породах и т.д.). При выделении видов важно учитывать содержание в породах не только макро-, но и микроэлементов. Так, по Н .Ф. Мырляну, в Молдавии культивируемый на плиоценовых красноцветах виноград содержит повышенное количество рубидия, который определяет лучшее качество винодельческой продукции. Это может быть использовано при размещении плантаций винограда с целью получения вин, обладающих повышенным качеством. По А.И. Ачкасову, на территории большей части Московской области, где особенно интенсивно применяются минеральные удобрения, автономные пахотные почвы легкого механического состава по сравнению с фоновыми дерново- подзолистыми почвами в 1,5 --- 3 раза обогащены Ag, Zn, Pb, Cu, Sn, Cr. В суглинистых почвах тех же ландшафтных позиций обогащение еще выше. К названным элементам здесь добавляются Sc, Zr, Y, Nb, Ti, Ga, сорбируемые илистыми частицами и гумусом. В почвах подчиненных агроландшафтов на суглинках за счет латеральной миграции коэффициент суммарного накопления возрастает в 3 --- 4 раза и достигает 15 --- 16. По содержанию элементов, наиболее влияющих на бик, можно выделить 4 группы почвообразующих пород:

1. Породы преимущественно  легкого состава с резко пониженным геохимическим фоном биологически важных элементов ( аллювиальные и флювиогляциальные пески и супеси в гумидных зонах, кварциты и др.). Такие породы характерны для Полесской, Мещерской и других низменностей.

2. Породы с околокларковыми содержаниями большинства элементов --- лессовидные покровные отложения, силикатные кислые, средние, основные породы и др.

3. Породы с повышенными  содержаниями металлов, например, ультраосновные обогащенные в десятки раз Ni, Cr, Co, что оказывает негативное влияние на сельское хозяйство.

4. Породы с резко аномальными  содержаниями элементов в районах месторождений полезных ископаемых. Их биогеохимическая специализация определяется типом месторождения (накопление органических веществ на участках угольных, нефтяных и газовых месторождений, рудных элементов на рудных полях месторождений черных, цветных, радиоактивных и других металлов).