7.5. Физико-химические и агрохимические свойства почв

Роль почвенного поглощающего комплекса (ППК) в почвообразовании была раскрыта академиком К.К. Гедройцем (111). Он показал, что состав обменных катионов, в частности количество кальция, магния, водорода и алюминия в ППК, имеет большое значение при образовании и эволюции почв, а также отражает современные процессы почвообразования (289; 249).


В процессе развития подзолообразования ППК в верхней элювиальной толще разрушается, обменные катионы вымываются промывными водами в нижнюю часть профиля или за его пределы. Наиболее интенсивно выносятся обменные основания кальция и магния. В то время, как они способствуют накоплению гумусовых веществ, затормаживают подзолообразование и снижают кислотность, что дает основание отвести этим элементам положительную роль в почвообразовании и определении режима основных питательных веществ в верхних горизонтах почв.


Ёмкость ППК и его состав во многом определяют поведение радионуклидов в педосфере. Поступление радионуклидов через корневую систему в растения зависит от тех свойств почвы, которые обусловливают поглощение и закрепление в ней этих веществ. Поглотительная способность почвы определяется минералогическим и гранулометрическим составом, содержанием органического вещества и другими почвенными параметрами, влияющими на прочность закрепления радионуклидов, ограничивая тем самым поступление их в урожай сельскохозяйственных культур.


Поглотительная способность почвы - способность поглощать ионы и молекулы различных веществ из раствора и удерживать их. К.К. Гедройц (110; 111) различал 5 видов поглотительной способности почвы: механическую, физическую, химическую, физико-химическую и биологическую, которые в той или иной степени влияют на поведение радионуклидов в системе "почва - почвенный раствор - растение".


При механическом поглощении, обусловленном пористостью почв, происходит задерживание илистых фракций, микроорганизмов и частиц радиоактивных выпадений. Механическая поглотительная способность уменьшает масштабы ветрового переноса радионуклидов и их перемещение с твердым стоком.


Биологическая поглотительная способность обусловлена избирательным накоплением элементов питания и радиоактивных веществ корнями живых растений, представителями почвенной фауны и микроорганизмами, которые удерживают их до момента своего распада. При биологическом поглощении скорость перехода радионуклидов в почву и их подвижность определяется химическими свойствами элементов.


Образование в почве трудно- или нерастворимых в воде соединений в результате химических реакций обусловлено её химической поглотительной способностью. При внесении больших доз фосфорных удобрений, которые, взаимодействуя с растворимыми солями кальция, образуют труднорастворимые малоподвижные фосфаты, переходящие из раствора в твердую фазу почвы, уменьшается интенсивность накопления радионуклидов растениями.


Существенное влияние на поведение радионуклидов в ландшафтах оказывает физико-химическая или обменная поглотительная способность почвы, обусловленная взаимодействием с ней катионов, в том числе и радиоактивных. Обменное поглощение - это способность почвенных коллоидов поглощать из раствора катионы в обмен на эквивалентное количество других катионов в них содержащихся. Этот вид поглощения влияет на характер взаимодействия техногенных загрязнителей, в том числе радиоактивных, с почвой. Радионуклиды, сорбируемые почвой по обменному типу, являются наиболее доступными для растений.


Важнейшими комплексными характеристиками обменной поглотительной способности почвы являются ёмкость катионного обмена (ЕКО) и сумма обменно-поглощённых оснований (S). Чем больше ёмкость катионного обмена и чем меньше в почве обменно-поглощённых оснований, тем прочнее она сорбирует радионуклиды.


Емкость катионного обмена и сумма поглощенных оснований изменяются в зависимости от реакции среды, состава органических и минеральных компонентов и природы глинистых минералов. Высокой ёмкостью поглощения отличается вермикулит (ЕКО = 65 - 145 мг-экв на 100 г почвы), у которого обменные катионы, преимущественно Mg2+, расположены в межпакетных пространствах кристаллической решётки. Он, как и другие гидрослюды, способен специфически сорбировать ионы радионуклидов цезия, которые, проникая в межпакетные пространства, при набухании минерала вступают в обмен с ионами магния. При последующей потере воды межпакетные пространства сокращаются и конкурентные ионы не могут принять участие в интеркристаллическом поглощении. Наличие слюдистых минералов в почвенном поглотительном комплексе (ППК) уменьшает подвижность 137Cs в почве и доступность его растениям (307).


Как отмечали А.Н. Марей, Р.М. Бархударов, Н.А. Новикова (252) на территории Украинского и Белорусского полесий, которые заходят на территорию Брянщины, выявлена геохимическая провинция с низким содержанием гидрослюд, вследствие чего накопление 137Cs в растениях и поступление его в организм человека в 10 - 30 раз выше, чем в других районах с тем же уровнем загрязнения.
Академик В.М. Клечковский (205) установил, что хотя обменное поглощение радионуклидов подчиняется закону действующих масс, тем не менее, поглощение их протекает специфически, так как оно происходит в условиях предельно низких концентраций (ультрамикроконцентраций) сорбируемого вещества. Он доказал, что каждая отдельная произвольно взятая часть ионов или молекул растворенного и подвергшегося сорбции вещества (присутствующего в системе в микроколичествах) в процессе поглощения не конкурирует за места на поверхности адсорбента с любой другой частью таких же ионов и молекул. Им предложено рассматривать процесс поглощения почвой отдельных ионов или молекул одного из микрокомпонентов как акт, независящий от присутствия в системе других микрокомпонентов или ионов и молекул того же самого компонента. Однако, между микро- и макрокомпонентами почвенного покрова в ППК сохраняются обычные зависимости, определяемые законом действующих масс. Специфическая особенность заключается в том, что проявление указанных зависимостей одностороннее: уменьшение количества макрокомпонента способно изменить распределение микрокомпонента, тогда как изменение количества микрокомпонента по существу не влияет на макрокомпонент.


Неоднозначно влияет на биологическую подвижность радионуклидов кислотность почвы (91). В кислых условиях среды повышается подвижность 137Cs и 90Sr, снижается прочность их закрепления в почве и поэтому увеличивается доступность растениям. Внесение карбонатов в почву снижает величину кислотности, соотношение различных форм органического вещества и состава обменных катионов, что способствует снижению доступности 90Sr.


Т.А. Федоровой (427), И.В. Гулякиным, Е.В. Юдинцевой (153), Р.М. Алексахиным (53) установлено, что существует тесная обратная зависимость накопления 90Sr в растениях от содержания в почве обменного кальция, хотя в ряде случаев могут наблюдаться отклонения от этого правила. На почвах с высоким содержанием обменного кальция (свыше 20 - 25 мг-экв на 100 г почвы) поступление 90Sr в растения мало зависит от изменения содержания кальция (58).


Содержание обменного кальция и кислотность почвы находятся в определенной зависимости. При одинаковом количестве обменного кальция, но различной величине кислотности, определяющим фактором поступления радиостронция в растения является кислотность.


Величина перехода 137Cs из почвы в растения определяется, прежде всего, суммой поглощенных оснований. На почвах с низкой суммой обменных катионов интенсивность поступления его в растения выше, чем из почв с высокими значениями этого показателя (14,5 мг-экв на 100 г почвы).


На поступление 137Cs из почвы в растения сильно влияет калий. С увеличением содержания его подвижных форм в почве уменьшается накопление этого радионуклида в сельскохозяйственных культурах (278; 280; 281; 336; 272).


Поступление 137Cs в растения зависит от величины почвенной кислотности. Её повышение изменяет соотношение между гумусовыми кислотами, а это ведет к увеличению количества водорастворимых органических соединений, которые обуславливают десорбцию радионуклида (238).


По величине ёмкости катионного обмена изучаемые почвы естественных экосистем располагаются в следующий убывающий ряд: болотная низинная перегнойно-торфяная, серая лесная со вторым гумусовым горизонтом, серая лесная, дерново-подзолистые почвы. Болотная низинная перегнойно-торфяная более чем в 7 раз по этому показателю превосходит серую лесную почву со вторым гумусовым горизонтом, в то время как ЕКО последней только в 2 раза выше, чем в дерново-подзолистых почвах (табл. 54 - 59).

Таблица 54

Физико-химические свойства почв естественных экосистем катены "Старый Вышков"

Таблица 55

Физико-химические свойства почв агроэкосистем катены "Старый Вышков"

Таблица 56

Физико-химические свойства дерново-подзолистых почв на двучлене с мореной снизу (Новозыбковский КПУ)

Таблица 57

Физико-химические свойства дерново-подзолистых почв на флювиогляциальных отложениях (Клинцовский КПУ)

Использование болотной низинной перегнойно-торфяной почвы в пастбищно-сенокосной агроэкосистеме не приводит к существенному изменению величины ЕКО (табл. 55). В дерново-подзолистых почвах Новозыбковского и Клинцовского КПУ при регулярном длительном внесении высоких доз минеральных удобрений этот показатель снижался (табл. 56 - 57), а при систематическом внесении органических удобрений в прифермской агроэкосистеме Колодезского КПУ подобного уменьшения не отмечено (табл. 55). В серых лесных почвах наблюдается тенденция к снижению ЕКО в агроэкосистемах по сравнению с естественными аналогами. Причем в обычной агроэкосистеме, она сильнее, чем в интенсивной (табл. 58). В серых лесных почвах со вторым гумусовым горизонтом прослеживается тенденция к увеличению ЕКО по мере интенсификации агроэкосистем (табл. 59).

Таблица 58

Физико-химические свойства серых лесных почв (Стародубский КПУ № 1, на гривах)

Таблица 59

Физико-химические свойства серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом
(Стародубский КПУ № 2, в западинах)

Изучение динамики ЕКО в течение несколько последних десятилетий показало, что в дерново-подзолистых почвах, испытывающих мощное агрогенное воздействие, она возрастает относительно первоначальных значений. Интенсификация агрогенного воздействия усиливает этот процесс. В серых лесных почвах ополья изменения ЕКО в динамике по годам незначительны и незакономерны (табл. 60).

Таблица 60

Динамика ЕКО в пахотных горизонтах почв интенсивных агроэкосистем,
мг-экв на 100 г почвы (Данные: 1938 г. - Антыков 60; 1954 г. - Антыков 59; 1976 г. - Почвы..., 1977;
1983 г. - Просянников, 341, 343; 344; 347; 1990 г. - Просянников, 346)

По величине кислой реакции среды изучаемые почвы естественных экосистем располагаются в следующий убывающий ряд: дерново-подзолистая на глубоких флювиогляциальных отложениях, серая лесная со вторым гумусовым горизонтом, дерново-подзолистые на флювиогляциальном песке, подстилаемом мореной, серая лесная, болотная низинная перегнойно-торфяная (табл. 54 - 59).

Использование изучаемых почв чаще всего снижает кислотность их среды. Интенсификация агроэкосистем способствует подкислению дерново-подзолистых и серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом, хотя среда остается менее кислой, чем в естественных аналогах. В серых лесных почвах ополья на гривах и низинных перегнойно-торфяных почвах реакция среды не зависит от экосистемы (табл. 54 - 59, 61).

Таблица 61

Динамика рНKсl в пахотных горизонтах почв интенсивных агроэкосистем
(Данные: 1938 г. - Антыков 60; 1954 г. - Антыков 59; 1976 г. - Почвы..., 1977; 1983 г. - Просянников, 341, 343; 344; 347; 1990 г. - Просянников, 346)

Среди всех изучаемых естественных почв дерново-подзолистая на глубоких флювиогляциальных отложениях и серая лесная со вторым гумусовым горизонтом отличаются высокими величинами обменной кислотности, которая по выражению А.Е. Возбуцкой (97): "представляет собой небольшую, но наиболее резко выраженную и наиболее вредную часть почвенной кислотности". Она обусловлена в основном наличием и преобладанием ионов обменного алюминия над водородом, о чем свидетельствует их отношение (табл. 57, 59). Её величина находится в прямой зависимости с величиной рН, что согласуется с выводами, опубликованными в книгах Л. Томпсон, Ф. Троу (408) и Д.С. Орлова (303). Последний автор считает, что наличие обменного алюминия является следствием разрушения алюмосиликатной части почвы и оподзоливания. В то же время он подчеркивает, что почва, его содержащая, - необходимая стадия и условие этого почвообразовательного процесса.

Наличие в почве заметных количеств "подвижного" алюминия, оказывающих токсичное действие на растения, указывает на особую важность известкования этих почв (97) и дает основание ожидать отрицательного воздействия катионов алюминия на почвенную биоту.


Использование дерново-подзолистых и серой лесной почв в агроэкосистемах значительно снижает в профиле обменную кислотность и долю алюминия в ней (табл. 56 - 58). Интенсивное агрогенное воздействие увеличивает обменную кислотность и долю алюминия в ней в нижней части профиля серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом (табл. 59). Это, по-видимому, происходит вследствие химического выветривания алюмосиликатов.


По величине гидролитической кислотности изучаемые почвы естественных экосистем располагаются в следующий убывающий ряд: низинная перегнойно-торфяная, серая лесная со вторым гумусовым горизонтом, дерново-подзолистая на глубоких флювиогляциальных отложениях, серая лесная, дерново-подзолистые на флювиогляциальных отложениях, подстилаемых мореной. Прослеживается увеличение этого показателя в горизонтах, богатых органическими веществами (табл. 54 - 59).


Использование всех изучаемых почв в агроэкосистемах снижает гидролитическую кислотность, но с разной интенсивностью. Наиболее значительное снижение происходит в почвах, которые первоначально имели высокую гидролитическую кислотность. Интенсификация агроэкосистем, за счет увеличения масштабов применения минеральных удобрений, несколько увеличивает гидролитическую кислотность, но она все же остается ниже, чем у естественных аналогов (табл. 54 - 59, 62).


Таблица 62

Динамика гидролитической кислотности в пахотных горизонтах почв интенсивных агроэкосистем, мг-экв на 100 г почвы
(Данные: 1938 г. - Антыков 60; 1954 г. - Антыков 59; 1976 г. - Почвы..., 1977; 1983 г. - Просянников, 341, 343; 344; 347; 1990 г. - Просянников, 346)

Все изучаемые почвы в естественном состоянии не насыщены основаниями. Самая низкая степень насыщенности основаниями в верхней части профиля дерново-глубокоподзолистой супесчаной почвы на мощных флювиогляциальных отложениях. Это обусловлено высокой степенью их выноса, особенно из элювиальных горизонтов (табл. 57).


Использование дерново-подзолистых почв в агроэкосистемах увеличивает степень насыщенности основаниями по сравнению с естественными аналогами и первоначальными значениям, но попрежнему оставляет их в группе ненасыщенных основаниями. По всему профилю этих почв, за исключением элювиальных горизонтов А2, происходит накопление обменных оснований относительно материнской породы. Масштабы их выноса из элювиальных горизонтов снижаются (табл. 54 - 57). Применение высоких норм минеральных удобрений при интенсификации агроэкосистем снижает степень насыщенности дерново-подзолистых почв основаниями и степень накопления их в профиле. Внесение органических удобрений (овощная и прифермская агроэкосистемы) увеличивает эти показатели (табл. 63 - 64).

Таблица 63

Динамика суммы обменных оснований в пахотных горизонтах почв интенсивных агроэкосистем, мг-экв на 100 г почвы
(Данные: 1938 г. - Антыков 60; 1954 г. - Антыков 59; 1976 г. - Почвы..., 1977; 1983 г. - Просянников, 341, 343; 344; 347; 1990 г. - Просянников, 346)

Таблица 64

Динамика степени насыщенности оснований в пахотных горизонтах почв интенсивных агроэкосистем, %
(Данные: 1938 г. - Антыков 60; 1954 г. - Антыков 59; 1976 г. - Почвы..., 1977; 1983 г. - Просянников, 341, 343; 344; 347; 1990 г. - Просянников, 346)

Накопление обменных оснований в дерново-подзолистых почвах на двучлене с мореной снизу происходит интенсивнее (табл. 54 - 56), чем в дерново-глубокоподзолистых почвах на мощных флювиогляциальных отложениях (табл. 57).
В низинных перегнойно-торфяных почвах существенных изменений в степени насыщенности основаниями при использовании в пастбищно-сенокосной агроэкосистеме не происходит. Отмечается тенденция к увеличению выноса обменных оснований из верхней части почвенного профиля (табл. 55).


Степень насыщенности основаниями серых лесных почв естественных экосистем ополья, сопряженных между собой на рельефе, не одинакова. Она выше в серой лесной почве на гриве, хотя степень накопления обменных оснований, особенно во втором гумусовом горизонте, преобладает в серой лесной почве западины (табл. 58, 59). Использование этих почв в агроэкосистемах способствует росту степени насыщенности основаниями, особенно в почвах со вторым гумусовым горизонтом. Увеличение внесения минеральных удобрений на серой лесной почве гривы не оказывает существенного влияния на этот показатель, хотя наблюдается тенденция к увеличению выноса обменных оснований из профиля. В почвах западин это проявляется сильнее, хотя по степени насыщенности основаниями почва интенсивной агроэкосистемы значительно превосходит естественный аналог (табл. 63, 64).

Как в дерново-подзолистых, так и в серых лесных почвах в составе обменных оснований преобладает кальций (табл. 54 - 59). Серые лесные почвы содержат его значительно больше, чем дерново-подзолистые. Отношение обменных кальция к магнию в почвах ополья на гривах мало отличается от подобных отношений в дерново-подзолистых почвах. Это отношение в серых лесных почвах со вторым гумусовым горизонтом значительно расширяется. При использовании изучаемых почв в агроэкосистемах отмечается тенденция к расширению рассматриваемого отношения, что указывает на превалирующую роль кальция над магнием в составе обменных оснований. Вышесказанное имеет значение и для поведения радиостронция в почве, так как кальций и стронций химические аналоги.


Все процессы, происходящие в почве, совершаются в растворах. Основным параметром состояния раствора наряду с давлением и температурой является концентрация, то есть относительное количество компонентов в растворе. В 1905-1908 гг. было введено понятие активности, которое широко используют при термодинамических расчётах свойств растворов сильных электролитов.

Под активностью ионов обычно понимают "эффективную концентрацию" свободных ионов в растворе, отражающую суммарное влияние неполной диссоциации молекул (если она имеет место), взаимного притяжения разноименных ионов, гидратации ионов и других эффектов (457).


Широкое применение метода ионселективных электродов в почвоведении связано с большими возможностями и его экспресностью (46; 210; 195; 394).


Использование ионселективных электродов в почвенных исследованиях позволяет измерять активность исследуемого иона в присутствии других ионов, проба не требует предварительной обработки и измерения можно проводить непосредственно в пастах и суспензиях, позволяет проводить анализ в пробах объёмом от нескольких десятых до одного миллилитра.


Основным элементом каждого ионселективного электрода, независимо от конструктивного решения, является мембрана. Между поверхностью мембраны и соприкасающимся с нею раствором осуществляется реакция ионного обмена, в результате которой на границе фаз мембрана-раствор возникает электрический потенциал. Ионселективный электрод кальция с жидкой мембраной, которая образована пленкой жидкости, не смешивающейся с исследуемым раствором, в котором растворено активное вещество (457).

Л.А. Чаусова (437) установила, что активность ионов кальция в верхней части профиля целинных черноземов в 3-4 раза ниже, чем в пахотных. Активность кальция в исследуемых почвах зависела от механического состава, с его утяжелением она увеличивалась и составляла в супесчаных - 4,18; среднесуглинистых - 5,26; в тяжелосуглинистых - до 10-13 мг-экв/л.


Установлена прямая зависимость активности ионов кальция и окислительно-восстановительного потенциала от температуры почвы и обратная от её влажности (189). Отмечено, что активность кальция возрастает весной и уменьшается к лету и осени (191).


Исследования Е.В. Просянникова и Г.К. Карпенчука (351) свидетельствуют, что масштабы проявления заболевания садов хлорозом, возрастают по мере увеличения активности ионов кальция на черноземах типичных карбонатных. При активности в почве Са2+ менее 4,6 мг - экв/л пораженность садов хлорозом в южной части Приднестровья Украины сводится к нулю, а при активности Са2+ 11 мг-экв/л - достигает максимума. Авторы отмечают, что вышеуказанную величину активности ионов кальция нельзя безоговорочно рекомендовать для остальных почв, тем более в других районах.


При определении активности ионов кальция и известкового потенциала в ландшафтах Украины установлено, что наиболее высокая активность ионов кальция (27,6 мг-экв/л) характерна для степной почвы, меньшая - для почвы под лесом (235).


Для характеристики энергетического уровня перехода ионов кальция из твердой фазы почвы в почвенный раствор, рекомендуют использовать величину известкового потенциала: рН - 0,5 рСа. Чем он меньше, тем более затрудняется поступление ионов кальция в почвенный раствор и в растения. Поэтому показатели рН и рСа в почвенном растворе могут служить не только для характеристики почвенного плодородия, но и дополнительным критерием для установления дифференциальных доз кальциевых мелиорантов (436).


Согласно данным Н.К. Крупского и др. (234), определенное соотношение активностей ионов водорода и кальция сохраняется в почвах вплоть до самых низких влажностей. Известковый потенциал темно-серой реградированной тяжелосуглинистой почвы составил 4,2 при влажности соответствующей границе текучести, такая же величина при соотношении почва : вода как 1 : 0,5. Таким образом, известковый потенциал не зависит от разведения в пределах ошибок измерения.


На основании лабораторных исследований Т.А. Гринченко (141) установил значительное различие по вариантам опыта на дерновой оподзоленной почве в отношении уровня активности ионов кальция. На контрольных делянках активность кальция для пахотного слоя была равна 4,85 мг-экв/л, в то время как применение извести на фоне органических и минеральных удобрений увеличило активность кальция до 6,18 мг-экв/л. Максимальный уровень активности ионов кальция наблюдали в гипсованных образцах почвы (8,83 мг-экв/л). Следовательно, применение кальцийсодержащих соединений на фоне органических и минеральных удобрений, уменьшая подвижность алюминия, несомненно, положительно отражается на изменении соотношения активности ионов кальция и водорода, а в конечном результате и на развитии сельскохозяйственных растений.


Т.А. Гринченко (141) отмечает, что действие известковых материалов на серых лесных почвах связано не с кислотностью, так как обменные водород и алюминий в этих почвах отсутствуют, а с улучшением их агрономических свойств. Активность ионов кальция в почвенном растворе этих почв 3,46 мг-экв/л и значительно повышается с применением известковых материалов. Таким образом, потребность почв в кальции не связана с наличием той или иной формы кислотности. Почва может иметь большую потребность в ионе кальция, энергично поглощать его, не являясь кислой, но имея коллоидный комплекс, не насыщенный именно кальцием (396).


Активность ионов в почве следует рассматривать как функцию концентрации и состава раствора, вида ионов и воздействия поверхностных сил на состояние почвенных растворов, т. е. этот показатель является обобщенной характеристикой почвы, мерой реального участия ионов и солей в почвообразовании и питании растений (301).


В дерново-подзолистых почвах естественных экосистем активность ионов кальция низкая. В естественных серых лесных почвах ополья она увеличивается. Известковый потенциал наоборот выше в дерново-подзолистых почвах (табл. 65 - 66).


Агрогенное воздействие неодинаково влияет на рассматриваемые показатели физико-химического состояния кальция в почве. В дерново-подзолистой слабодифференцированной контактно-глубокоглееватой супесчаной почве на флювиогляциальном песке, подстилаемом мореной, и длительно используемой в интенсивной овощной агроэкосистеме Новозыбковского КПУ активность ионов кальция возросла почти в 19 раз, а известковый потенциал снизился примерно в 2 раза. В дерново-глубокоподзолистой супесчаной почве на мощных флювиогляциальных отложениях интенсификация полевой агроэкосистемы, в основном за счёт увеличения объёмов применения минеральных удобрений, приводит к снижению в 9 раз активности ионов кальция и почти в 1,5 раза известкового потенциала по сравнению с обычной полевой агроэкосистемой (табл. 65).

Таблица 65

Активность Ca2+, pCa и известковый потенциал в дерново-подзолистых почвах
(определено в свежих образцах)

В условиях ополья аграрное воздействие на серые лесные почвы также оказывает различное влияние на активность ионов кальция и известковый потенциал. В обычной полевой агроэкосистеме в почве на гриве эти показатели возрастают почти в 2 раза. Интенсификация агроэкосистемы значительно на 5 %-ном уровне значимости снижает активность ионов кальция, причем этот фактор на 67 % определяет варьирование результативного признака. Интенсификация полевой агроэкосистемы на серой лесной почве со вторым гумусовым горизонтом существенно увеличивает активность ионов кальция, и это на 82 % обусловлено воздействием факторов интенсификации. Известковый потенциал в интенсивной агроэкосистеме снижается по сравнению с обычной агроэкосистемой, но все же остается выше, чем в почве естественной экосистемы (табл. 66).

Таблица 66

Активность Ca2+, pCa и известковый потенциал в серых лесных почвах Стародубского ополья (определено в свежих образцах)

Многовековой опыт земледелия и выводы мировой сельскохозяйственной науки убедительно свидетельствуют, что одним из основных элементов, обусловливающих плодородия почвы, является азот. Запасы общего азота в почве - основной показатель её потенциального плодородия; мерой эффективного плодородия служит то его количество, которое используется растениями из этих запасов (413). Так как 97-99 % почвенного азота находится в виде органических соединений, (316; 243; 458), то судьба его в почве неразрывно связана с процессами гумусообразования и минерализации (358; 414; 455; 80).

Из всех изучаемых почв самым низким содержанием и запасами азота отличается дерново-глубокоподзолистая почва на флювиогляциальных отложениях, а самым высоким - серая лесная со вторым гумусовым горизонтом (табл. 67, 68). Использование дерново-подзолистых и серой лесной почв в интенсивных агроэкосистемах снижает в них содержание и запасы общего азота. При этом в серой лесной почве со вторым гумусовым горизонтом эти показатели несколько возрастают, по-видимому, за счёт привноса в западины мелких фракций механических элементов, обогащенных азотом.

Таблица 67

Азот в дерново-подзолистых почвах

Таблица 68

Азот в серых лесных почвах ополья

Большое практическое значение имеет определение в почве подвижного (легкогидролизуемого) азота, включающего минеральные формы и лабильные азотсодержащие органические соединения. Для его определения широко используют метод И.В. Тюрина и М.М. Кононовой (415). Самое низкое содержание и запасы этой формы азота отмечены в естественных дерново-глубокоподзолистой супесчаной почве на флювиогляциальных отложениях и серой лесной почве на гриве (табл. 67 - 68), а самое высокое - в серой лесной почве со вторым гумусовым горизонтом.

Длительное использование изучаемых почв в интенсивных агроэкосистемах уменьшает содержание в них легкогидролизуемого азота. Запасы его в дерново-подзолистой почве при длительном регулярном внесении органических удобрений в интенсивной овощной агроэкосистеме несколько увеличиваются. Если в системе удобрений преобладают минеральные удобрения, то запасы этой формы азота снижаются (табл. 67).


В серой лесной почве ополья на гриве интенсификация агроэкосистемы за счёт применения минеральных удобрений не влияет на запас легкогидролизуемого азота. В серой лесной почве со вторым гумусовым горизонтом в западине он несколько снижается (табл. 68).


Процесс трансформации азота в почве хорошо характеризует относительное содержание легкогидролизуемого азота в процентах от общего. Самая низкая эта величина в почвах ополья (табл. 68). В дерново-подзолистых почвах она увеличивается, становясь самой высокой в многолетней интенсивной овощной агроэкосистеме (табл. 67).


Исследования, проведенные в Московской сельскохозяйственной академии (409) показали, что "активность ионов в почве и соотношение активностей в большей степени коррелируют с урожайностью, чем содержание элементов в подвижной форме".


В условиях естественных экосистем самую низкую активность нитратных ионов наблюдали в почвах ополья. В дерново-подзолистых почвах этот показатель значительно выше. Длительное использование этих почв в интенсивной овощной агроэкосистеме значительно увеличивает активность нитратов. Аналогичный процесс происходит в серой лесной почве со вторым гумусовым горизонтом, более полувека используемой в интенсивной полевой агроэкосистеме. Увеличение этого показателя, но менее интенсивное происходит и в остальных изучаемых почвах, используемых в агроэкосистемах (табл. 67, 68).

Проблема нитратов общеизвестна. Однако она имеет зональные особенности. По данным Белорусского технологического института (79) радиация способствует быстрому превращению нитратов в очень опасные для человека нитриты, которые усугубляют вредное воздействие радиации на здоровье людей. Применительно к условиям юго-западного региона проблема этих химических соединений рассмотрена в монографии "Нитраты в окружающей среде" (426).


Важная роль в химии почв и биохимии живых организмов принадлежит фосфору. Запасы его связаны с почвенным органическим веществом. Минеральный фосфор удерживается в большинстве почв в "фиксированных" формах - плохорастворимых соединениях со многими компонентами почвы (395; 4).


В конце ХХ века учёные стали наблюдать новый процесс антропогенного происхождения - фосфатизацию почв. Не миновал он и изучаемые почвы (табл. 69 - 71). Содержание, запасы и процент легкорастворимых фосфатов от валового количества фосфора растут в агроэкосистемах и по мере их интенсификации. Очень много легкорастворимых фосфатов содержит дерново-подзолистая почва на двучленных отложениях с мореной снизу овощной агроэкосистемы.

Таблица 69

Фосфор в дерново-подзолистых почвах

Таблица 70

Фосфор в серых лесных почвах ополья (Стародубский КПУ № 1, на гривах)

Таблица 71

Фосфор в серых лесных почвах со вторым гумусовым горизонтом
(Стародубский КПУ № 2, в западинах)

Валовое количество калия в изучаемых почвах велико (1,6 - 2,6 %) по сравнению с азотом и фосфором, содержание которых не превышает нескольких десятых процента. Этот химический элемент находится в почве в виде простых солей (калий почвенного раствора), в поглощенном ППК состоянии (калий обменный и необменный), в кристаллической решетке минералов (359; 26). Калий почвенного раствора и обменный калий объединяют общим названием "доступные для питания растений формы соединений калия". Основную роль среди них играет обменный калий (62).


В изучаемых почвах естественных экосистем содержание доступного калия в верхнем генетическом горизонте очень колеблется. Это, вероятно, обусловлено повышенным вниманием земледельцев к применению калийных удобрений, в связи с загрязнением почв радиоцезием, и поступлением части их в естественные экосистемы, примыкающие к полям агроэкосистем (табл. 72 - 74). В минеральных почвах катены "Старый Вышков" содержание доступного калия возрастает как в естественной, так и в агроэкосистеме по мере понижения рельефа. Почвы транссупераквального ландшафта отличаются низким природным содержанием доступного калия. Агрохимическая дезактивация радиоцезия путём внесения его химического аналога калия с минеральными удобрениями приводит к значительному увеличению содержания в верхней части профиля дерново-подзолистых почв доступного калия. В почвах агроэкосистем значительно возрастают запасы и процент доступного калия от валового. Темпы роста в основном совпадают с уровнем радиоактивного загрязнения, а значит с дозами калийных удобрений.

Таблица 72

Доступный калий в почвах катены "Старый Вышков"

Таблица 73

Калий в дерново-подзолистых почвах

Таблица 74

Калий в серых лесных почвах ополья

Почвы пойменных экологических подсистем значительно различаются по физико-химическим и агрохимическим свойствам (табл. 75). Аллювиальные луговые почвы центральных участков речных поймы обладают наибольшей обменной кислотностью (в среднем соответственно 1,55), а прирусловья - наименьшей (в среднем 0,4 мг-экв на 100 г почвы).

Таблица 75

Физико-химические и агрохимические свойства почв пойменных экологических подсистем (225)

Пойменная экологическая подсистема

Слой почвы, см

рНkcl

Кислотность

Сумма
обменных оснований

Ёмкость катионного обмена

Степень насыщенности основаниями, %

P2O5

K2O

Гумус, %

обменная

гидролитическая

мг на 100 г почвы

мг - экв на 100 г почвы

Плотность загрязнения 137Cs < 1 Ки/км2

Прирусловье

0-5
5-10
0-10

4,8
4,6
4,7

0,3
0,3
0,3

0,4
0,8
0,6

2,7
1,5
2,1

3,1
2,3
2,7

87,1
65,2
76,2

2,7
3,6
3,2

3,2
2,2
1,7

0,5
0,4
0,5

Центральная пойма (канареечниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

5,5
5,8
5,7

0,4
0,3
0,4

1,3
1,7
1,5

50,2
45,6
47,9

51,5
47,3
49,4

97,5
96,4
96,9

9,3
7,3
8,3

5,6
4,5
5,1

3,9
4,3
4,1

Центральная пойма (манниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

5,1
4,8
5,0

2,6
2,2
2,4

14,1
15,0
14,6

80,8
72,1
76,5

94,9
87,1
91,0

85,1
82,8
84,0

3,6
3,5
3,6

9,3
5,1
7,2

3,1
2,9
3,0

Притеррасье

0-5
5-10
0-10

4,5
4,7
4,6

1,1
1,0
1,1

6,5
6,1
6,3

54,8
47,1
51,0

61,3
53,2
57,3

89,4
88,5
89,0

6,1
7,3
6,7

5,9
3,8
4,9

2,9
1,8
2,4

Плотность загрязнения 137Cs 1 - 5 Ки/км2

Прирусловье

0-5
5-10
0-10

4,7
4,5
4,6

0,4
0,3
0,4

2,9
2,2
2,6

14,4
11,0
12,7

17,3
13,2
15,3

83,2
83,3
83,3

7,4
6,1
6,8

1,9
2,7
2,3

0,7
0,6
0,7

Центральная пойма (канареечниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

4,6
4,9
4,8

0,7
1,2
1,0

5,9
6,3
6,1

31,9
25,9
28,9

37,8
32,2
35,0

84,4
80,4
82,4

2,7
3,9
3,3

8,3
4,3
6,3

3,1
2,3
2,7

Центральная пойма (манниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

5,7
5,9
5,8

0,9
1,0
1,0

6,3
6,6
6,5

53,1
28,5
40,8

59,4
35,1
47,3

89,4
81,2
85,3

13,4
2,1
7,8

3,2
5,2
4,2

2,1
3,5
2,8

Притеррасье

0-5
5-10
0-10

5,4
5,6
5,5

0,2
1,8
1,0

9,4
9,7
5,0

45,3
33,4
43,9

54,7
43,1
48,9

82,8
77,5
88,4

3,4
3,6
3,5

4,6
3,1
3,9

1,4
1,7
1,6

Плотность загрязнения 137Cs 5 - 15 Ки/км2

Прирусловье

0-5
5-10
0-10

5,3
5,2
5,3

0,5
0,3
0,4

2,6
2,3
2,5

22,0
16,5
19,3

24,6
18,8
21,7

89,4
87,8
88,6

3,6
2,7
3,2

1,3
1,7
3,2

0,9
0,7
0,8

Центральная пойма (канареечниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

4,7
4,4
4,6

1,1
1,1
1,1

9,9
7,1
8,5

31,4
30,1
30,8

41,3
37,2
39,3

76,0
80,9
78,5

5,2
4,4
4,8

4,3
2,2
5,5

2,1
2,6
2,4

Центральная пойма (манниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

5,7
5,1
5,4

4,6
2,4
3,5

9,8
11,9
10,9

82,0
72,0
77,0

91,8
83,9
87,9

89,3
85,8
87,6

5,2
2,6
3,9

4,8
5,1
5,0

2,5
4,9
3,7

Притеррасье

0-5
5-10
0-10

5,1
4,8
5,0

3,5
3,2
3,4

14,0
12,3
13,2

42,7
37,2
40,0

56,7
49,5
53,1

75,3
75,2
75,2

7,7
5,6
6,7

7,6
8,4
8,0

1,1
1,3
1,2

Плотность загрязнения 137Cs 15 - 40 Ки/км2

Прирусловье

0-5
5-10
0-10

4,4
4,1
4,3

0,4
0,9
0,7

0,9
1,1
1,0

5,5
4,6
5,1

6,4
5,7
6,1

85,9
80,7
83,3

1,5
1,2
1,4

1,6
1,4
1,7

1,2
2,2
1,7

Центральная пойма (канареечниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

4,2
4,3
4,3

1,2
6,5
3,9

12,2
13,0
12,6

24,0
40,1
32,1

36,2
53,1
44,7

66,3
75,5
70,9

6,1
9,3
7,7

7,1
3,6
5,4

2,1
1,3
1,7

Центральная пойма (манниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

4,8
4,5
4,7

0,6
0,3
0,5

2,3
2,2
2,3

17,0
14,0
15,5

19,3
16,2
17,8

88,1
86,4
87,3

3,3
2,2
2,8

2,3
2,1
2,2

2,2
2,4
2,3

Притеррасье

0-5
5-10
0-10

4,9
4,7
4,8

0,8
0,8
0,8

6,8
5,6
6,2

49,3
35,4
42,4

56,1
41,0
48,6

87,9
86,3
87,1

6,3
2,7
4,5

2,3
3,9
3,1

0,8
1,1
1,0

Плотность загрязнения 137Cs > 40 Ки/км2

Прирусловье

0-5
5-10
0-10

5,1
4,9
5,0

0,2
0,3
0,3

1,7
0,8
1,3

8,1
10,5
9,3

9,8
11,3
10,6

82,7
92,9
87,8

6,4
4,4
5,4

1,6
2,8
2,2

0,9
1,1
1,0

Центральная пойма (манниковый травостой)

0-5
5-10
0-10

4,9
5,1
5,0

0,3
0,5
0,4

1,1
1,0
1,1

32,0
39,0
35,5

33,1
40,0
36,6

96,7
97,5
97,1

96,7
97,5
97,1

8,4
5,1
6,8

4,2
2,7
3,5

Притеррасье

0-5
5-10
0-10

4,1
4,4
4,3

0,5
0,2
0,4

6,7
2,5
4,6

17,1
16,6
16,9

23,8
19,1
21,5

71,8
86,9
79,4

1,3
3,6
2,5

5,1
9,1
7,1

1,3
1,6
1,5

СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ ВСЕХ КЭУ (слой 0-10 см)

Прирусловье

4,8

0,4

1,6

10,0

11,3

83,8

4,0

2,2

0,9

Центральная пойма (канареечниковый травостой)

4,8

1,6

7,2

35,0

42,1

82,2

6,0

5,6

2,7

Центральная пойма (манниковый травостой)

5,2

1,5

7,0

49,1

56,1

88,2

4,0

5,1

3,1

Притеррасье

4,8

1,3

8,0

37,9

45,9

82,2

4,8

5,4

1,5

Наибольшее значение гидролитической кислотности (в среднем 8,0 мг . экв/100 г) установлено для аллювиальных лугово-болотных почв, что, вероятно, вызвано развитием в притеррасье болотного почвообразовательного процесса и тяжёлым гранулометрическим составом. Наименьшие значения этого показателя характерны для аллювиальных дерновых слоистых почв прирусловья, которые отличаются лёгким гранулометрическим составом, кратковременной поемностью и глубоким стоянием грунтовых вод.


Максимальные величины ЕКО, суммы обменных оснований и степени насыщенности основаниями отмечены в аллювиальных луговых почвах под манниковыми травостоями (в среднем соответственно 56,1; 49,1 мг . экв/100 г почвы и 88,2 %). Наименьшие значения ЕКО и суммы обменных оснований определены в почвах прирусловий (в среднем 11,3 и 9,7 мг . экв/100 г почвы соответственно).


Аллювиальные дерновые почвы прирусловий особенно бедны гумусом и обменным калием (в среднем 0,9 % и 2,2 мг на 100 г почвы соответственно). Аллювиальные луговые почвы центральной поймы заметно богаче ими. Лугово-болотные почвы притеррасий содержат примерно такое же количество подвижных форм фосфора и калия, как аллювиальные луговые почвы центральной поймы, но значительно беднее гумусом (табл. 75).


Агроландшафты Брянщины до аварии на Чернобыльской АЭС по содержанию гумуса в почвах располагались в следующий убывающий ряд: эрозионно-денудационные = ополья > полесья > речные долины = предполесья > моренные > предополья (табл. 76).


Таблица 76

Агрохимическая характеристика почв агроландшафтов Брянской области в 1978-1985 гг. до аварии на Чернобыльской АЭС (255)

Почвы агроландшафтов характеризовались близкой к нейтральной и нейтральной реакцией среды, повышенным содержанием подвижных фосфатов, средним и повышенным содержанием обменного калия, средним содержанием обменного кальция, (табл. 76).
Радиоактивное загрязнение агроландшафтов региона привело к серьёзному нарушению нормального хода работ в сельском хозяйстве. Создавшаяся после чернобыльской аварии радиоэкологическая обстановка повлекла за собой проведение масштабных противорадиационных мероприятий. За период с 1986 по 1990 годы только в юго-западных районах Брянской области было глубоко перепахано 180 тыс. га сельскохозяйственных угодий, внесено калийных удобрений на площади 245,5 тыс. га, профосфоритовано 104,1 тыс. га, произвестковано 202,4 тыс. га, проведено коренное улучшение сенокосно-пастбищных угодий на площади 97,6 тыс. га (255).


В результате проделанной работы удалось создать в почвах агрохимические антирадиационные барьеры на пути поступления радионуклидов в растения, что позволило получить продукцию растениеводства, например зерно, с содержанием 137Cs в 1990 г. в 18 раз меньшим, чем в 1988 г. (253; 257; 258; 101).

Применение высоких доз органических, минеральных, в первую очередь калийных, удобрений и известковых материалов изменило агрохимические свойства почв агроландшафтов (табл. 77).

Таблица 77

Агрохимическая характеристика почв агроландшафтов
после аварии на Чернобыльской АЭС (255)

В поставарийный период в эрозионно-денудационных агроландшафтах возросли почвенная кислотность, содержание гумуса и подвижного фосфора, уменьшились - гидролитическая кислотность и содержание обменного кальция, содержание обменного калия не изменилось (рис. 81).

Рис. 81. Изменение агрохимических свойств почв после аварии на Чернобыльской АЭС в эрозионно-денудационных ландшафтах (255)

В опольских агроландшафтах величина почвенной кислотности практически не изменилась, несколько уменьшилась гидролитическая кислотность, содержание кальция и сумма поглощенных оснований. Основные параметры плодородия - гумус, фосфор, калий - значительно улучшились (рис. 82).

Рис. 82. Изменение агрохимических свойств почв после аварии на Чернобыльской АЭС в опольях (255)

В предопольях реакция почвенного раствора не изменилась, увеличилось содержание подвижного фосфора, обменного калия и гумуса, уменьшились гидролитическая кислотность и содержание кальция (рис. 83).

Рис. 83. Изменение агрохимических свойств почв после аварии на Чернобыльской АЭС в предопольях (255)

В предполесьях и полесьях величина почвенной кислотности осталась без изменений, уменьшилась гидролитическая кислотность и содержание кальция; увеличилось содержание подвижных фосфатов, обменного калия, гумуса (рис. 84, 85).

Рис. 84. Изменение агрохимических свойств почв после аварии на Чернобыльской АЭС в предполесьях (255)


Рис. 85. Изменение агрохимических свойств почв после аварии на Чернобыльской АЭС в полесьях (255)

В моренных ландшафтах и речных долинах произошло уменьшение содержания обменного калия и гидролитической кислотности. Реакция почвенной среды сохранилась на доаварийном уровне, увеличилось содержание подвижного фосфора, гумуса и сумма погло-щенных оснований. Уменьшение содержания обменного кальция отмечено в моренном ландшафте (рис. 86, 87).


Рис. 86. Изменение агрохимических свойств почв после аварии на Чернобыльской АЭС в моренных ландшафтах (255)

Рис. 87. Изменение агрохимических свойств почв после аварии на Чернобыльской АЭС в ландшафтах речных долин (255)

Активное применение после аварии на Чернобыльской АЭС высоких доз извести позволило сохранить в агроландшафтах близкую к нейтральной и нейтральную реакцию почвенной среды, значительно уменьшить гидролитическую кислотность и увеличить сумму обменных оснований. Отмечено заметное уменьшение содержания кальция в почвах ополий и речных долин, что обусловлено, вероятно, усилением его выноса с водными потоками.


Увеличение объёмов фосфоритования и внесения повышенных доз калийных удобрений привело к заметному повышению содержания подвижного фосфора в почвах всех типологических групп агроландшафтов региона и увеличению содержания обменного калия в почвах ландшафтной катены: ополья - предополья - предполесья - полесья.


В моренных ландшафтах и речных долинах, где не применяли повышенных доз калийных удобрений, содержание обменного калия значительно снизилось, произошло уменьшение этого показателя от среднего к низкому, что впоследствии приведёт к увеличению накопления радионуклидов в продукции растениеводства (255).


Анализируют неоднородные по информативности и размерности признаки, характеризующие природные и антропогенные особенности агроландшафтов, с помощью многомерного статистического анализа, позволяющего устанавливать скрытые, но объективно существующие закономерности. Он заключается в определении главных компонент по результатам расчёта корреляционных зависимостей, которые масштабируются так, что сумма квадратов признаков равняется их собственному значению и связано с дисперсией. Это позволяет определить общность каждой главной компоненты с остальными рассматриваемыми признаками ландшафта. Группировка агроландшафтов методом главных компонент (МГК), основана на отношении сходства и различия объектов по различным факторам (371; 372). МГК относят к группе ординационных методов, имеющих неиерархическую структуру, которые основаны на поиске наиболее различающихся объектов, принимаемых затем за базовые, по расстоянию от которых классифицируются все остальные. Методы ординации основаны на представлении многомерных объектов в пространстве меньшей размерности, обычно позволяющем графическое изображение их относительно расположения (236). МГК является наиболее эффективным способом группировки объектов (45).


Ординация агроландшафтов в координатах главных компонент, даёт возможность осуществить переход от 6-мерного пространства исходных признаков к 2-мерному. По корреляционной матрице выделяют два собственных числа и собственных вектора, которые наиболее значимы для построения двух координатV1 и V2. В системе координат двух главных компонент в виде лучей распределяют изучаемые признаки. Длина луча характеризует вес каждого признака в данной компоненте.


Для почвенно-экологической группировки агроландшафтов используют кластерный анализ. Он относится к группе агломеративных математических методов иерархической структуры, объединяющих сходные объекты в классы. Два наиболее сходных объекта заменяют одним, который может быть описан вектором средних значений их признаков. При усреднении векторов двух групп учитывают объём каждой из них. Результаты расчёта представляют дендрограммой, где по горизонтальной оси откладывают значения сходства объектов, а по вертикальной - их группы. По совокупности свойств и внутренней неоднородности объектов дендрограмма обеспечивает визуализацию представленных экспериментальных данных (434).


При анализе неоднородных по информативности и размерности признаков, характеризующих природные и антропогенные особенности агроландшафтов, применяли многомерный статистический анализ, позволяющий установить скрытые, но объективно существующие закономерности без учёта глобального радиоактивного загрязнения территории. Этот анализ заключается в определении главных компонент по результатам расчёта корреляционных зависимостей. Они масштабируются так, что сумма квадратов признаков равняется их собственному значению и связана с дисперсией. Это позволяет определить общность каждой главной компоненты с остальными рассматриваемыми признаками агроландшафта.


Для изучения влияния дочернобыльского глобального радиоактивного загрязнения на агроландшафты методом главных компонент был проведен анализ признаков, характеризующих их особенности после выпадения радиоактивных осадков. В первую компоненту V1, обусловливающую 40 % варьирования свойств агроландшафтов с наибольшим весом вошли следующие свойства почв: глобальное загрязнение 90Sr (0,50), гидролитическая кислотность (0,46), содержание обменного калия (0,40), гумуса (0,38) и 137Cs (- 0,38). Вышеперечисленные признаки и знак их веса в первой компоненте определяют её как компоненту глобального стронциевого загрязнения агроландшафтов (рис. 88).


Рис. 88. Ординация типологических групп агроландшафтов по агрохимическим свойствам почв с учётом дочернобыльского глобального радиоактивного загрязнения (255)

Во вторую главную компоненту V2, объясняющую 30 % варьирования свойств почв агроландшафтов с наибольшим весом и разным знаком вошли следующие свойства почв: содержание кальция (0,61), подвижного фосфора (- 0,59) и калия (0,25). Наибольший вес в данной компоненте имеет содержание в почве кальция. Поэтому её целесообразно рассматривать как кальциевую компоненту агроландшафта.


По показателям, определяющим главные компоненты характеристики агроландшафтов, была проведена их группировка. Определились четыре радиоэкологические группы агроландшафтов: первая группа - ополья и эрозионно-денудационные ландшафты; вторая - предополья, полесья и моренные ландшафты; третья - предполесья; четвертая - ландшафты речных долин.


Факторный анализ экспериментальных данных, полученных за период с 1978 по 1985 годы, позволил установить, что первой главной компонентой в агроландшафтах Брянщины являлось содержание радиостронция глобальных дочернобыльских выпадений (рис. 88).


Для изучения влияния радиоактивного загрязнения на агроландшафты после аварии на Чернобыльской АЭС методом главных компонент был проведен анализ признаков, характеризующих их особенности после выпадения цезиевых осадков (рис. 89).


Рис. 89. Ординация типологических групп агроландшафтов по агрохимическим показателям
с учетом чернобыльского цезиевого загрязнения (255)

В первую компоненту V1, объясняющую 38 % варьирования свойств агроландшафтов с наибольшим весом вошли следующие свойства почв: содержание обменного калия (0,54), гидролитическая кислотность (0,52), содержание гумуса (0,42) и подвижного фосфора (0,40).

Перечень свойств почв и наличие в данной компоненте содержания гумуса, являющегося фундаментальным свойством почвы, определяет компоненту V1 как природную компоненту агроландшафта (рис. 89).


Во вторую главную компоненту V2, объясняющую 28 % варьирования свойств почв агроландшафтов с наибольшим весом и разным знаком вошли следующие свойства почв: аварийное радиоактивное загрязнение 137Cs (0,64), содержание гумуса (-0,46) и кислотность почвенного раствора (-0,43). Вышеперечисленные признаки и знак их веса во второй компоненте определяют её как компоненту цезиевого загрязнения вследствие аварии на Чернобыльской АЭС.


По показателям, определяющим главные компоненты характеристики агроландшафтов, была проведена их группировка. Определились три группы агроландшафтов: I - ополья, эрозионно-денудационные ландшафты, полесья и моренные ландшафты; II - предополья и речные долины; III - предполесья (рис. 89).


Для изучения влияния радиоактивного загрязнения на агроландшафты после аварии на Чернобыльской АЭС методом главных компонент был проведен анализ признаков, характеризующих их особенности после выпадения стронциевых осадков (рис. 90).


Рис. 90. Ординация типологических групп агроландшафтов по агрохимическим показателям с учетом чернобыльского стронциевого загрязнения (255)

В первую компоненту V1 (рис. 90), объясняющую 43 % варьирования свойств агроландшафтов с наибольшим весом вошли следующие свойства почв: содержание обменного калия (0,50), подвижного фосфора (0,44), гумуса (0,44), гидролитическая кислотность (0,41) и аварийное загрязнение 90Sr (-0,41).


Во вторую главную компоненту V2, объясняющую 27 % варьирования свойств почв агроландшафтов с наибольшим весом и разным знаком вошли следующие свойства почв: реакция почвенной среды (0,67), гидролитическая кислотность (-0,50) и содержание подвижного фосфора (0,38). Перечень свойств почв и знак их веса определяет компоненту V1 как одну из основных характеристик агроландшафтов, чутко реагирующую на аграрные воздействия. Поэтому её целесообразно рассматривать как компоненту аграрного воздействия на ландшафт.


По показателям, определяющим главные компоненты характеристики агроландшафтов, была проведена их радиоэкологическая группировка. Определились три группы агроландшафтов: I - ополья и эрозионно-денудационные ландшафты; II - предполесья и речные долины; III - предополья, полесья и моренные ландшафты (рис. 90).


Радиоэкологическая группировка ландшафтов после аварии на Чернобыльской АЭС показала, что выпадение радиоактивных веществ в регионе по типологическим группам агроландшафтов было неоднородным, неравномерным и мозаичным. Особенно пострадали предполесские агроландшафты.


Таким образом, мощное и разноплановое аграрное воздействие на почвы после аварии на Чернобыльской АЭС повлекло за собой изменение их агрохимических свойств, что в свою очередь вызвало перегруппировку естественного соотношения агроландшафтов по этим показателям. Это необходимо учитывать при разработке стратегии их дальнейшего агроэкологического использования.


Ведущую роль в смягчении и преодолении радиационных воздействий на агроландшафты и агроэкосистемы играет почвенный покров, его радиоэкологическая устойчивость и стабильность, а также анализ свойств и режимов, контролирующих процессы трансформации, аккумуляции и выноса техногенных веществ, степень их подвижности и доступность для биоты. Одним из критериев оценки устойчивости агроландшафтов и агроэкосистем к радиоактивному загрязнению считают способность их почв к саморегуляции и производству экологически безопасной продукции.