Тема 6. Почвенные ресурсы. Понятие деградации почвенных ресурсов (эрозия, подтопление, загрязнение, нарушение и пр.) и ее причины.

1. Значение, состав и свойства почвы

2. Почва - незаменимый природный ресурс

3. Деградация почвы

4. Воспроизводство плодородия

5. Использование земельных ресурсов

Почва – рыхлый поверхностный слой земной коры, образовавшийся в условиях длительного тесного контакта атмосферы, литосферы и биосферы, под воздействием физических, химических и биологических факторов.

Основоположник современного научного почвоведения В.В. Докучаев сформулировал понятие о почве как вполне самостоятельном естественноисторическом теле, которое является продуктом совокупной деятельности грунта, климата, растительных и животных организмов, возраста страны и рельефа местности. Докучаев показал, что понятие о почве неразрывно связано с представлением о ее генезисе, поэтому это учение получило название генетического почвообразования.

К пяти факторам почвообразования, установленных Докучаевым впоследствии были добавлены воды почвенные и грунтовые, а также хозяйственная деятельность человека.

Почва представляет собой сложную, постепенно меняющуюся среду, где непрерывно совершается синтез и разрушение органического вещества, круговорот элементов зольной и азотной пищи. В результате такого биологического (малого) круговорота (Вильямс) происходит закономерная миграция зольных химических элементов в системе почва-растения-почва. Благодаря этому процессу постоянно поддерживается в почве плодородие.

В природе также имеет место и геологический большой круговорот веществ, с которым связан процесс растворения и выноса питательных веществ из почвы в водоемы, где они откладываются в виде различного рода осадочных пород. Так в течение тысячелетия на дне океанов образуются мощные пласты осадочных пород. Затем в результате тектонических процессов и морских регрессий эти породы могут выходить на дневную поверхность. Подвергаться новому континентальному выветриванию. При этом питательные элементы снова могут быть использованы растениями. Этот круговорот занимает длительное геологическое время.

Почва постоянно взаимодействует с другими элементами природы и имеет важное значение в общем круговороте веществ.

Прежде всего почва вместе с организмами образуют сложные экологические системы, которые выполняют в биосфере функции, обеспечивающие само осуществление жизни. Эти функции заключаются,

Во-первых, в непрерывно текущем процессе биогенного накопления, трансформации и перераспределения энергии, поступающей от Солнца на Землю;

Во-вторых, в поддержании на Земле общемирового круговорота химических элементов, особенно биофилов (О_2, С, Н, N,P, S, Са, Си, Со и др.)

В-третьих, через почву происходит взаимодействие литосферы с атмосферой. Благодаря пористости почвы плотной заселенности ее организмами идет газообмен с атмосферой. Из почвы поступает углекислый газ, метан, оксиды азота, а в почву идет кислород. Дыхание почвы совместно с фотосинтезом поддерживает постоянство состава атмосферного воздуха. Почва избирательно отдает в поверхностный и подземный сток растворимые вещества.

В-четвертых, защитная роль почвы по отношению к литосфере. Она одновременно и мембрана, и кожа, защищающая литосферу от разрушения.

В-пятых, почва оптимальная среда для жизнеобитания. Здесь концентрируются все биофильные элементы, имеется запас воды, что и обеспечивает функцию плодородия.

По отношению к человеку почва является назаменимым природным ресурсом, главным средством для сельскохозяйственного производства и местом поселения людей. Ее роль в жизни общества определяется тем, что 95-97% продовольственных ресурсов обеспечивает почва.

Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км² (86,5% суши). Пашни и многолетние насаждения в составе сельхозугодий занимают около 15 млн. км² (10% суши), сенокосы и пастбища – 37,4 млн.км² (25% суши). Общая пахотнопригодность земель оценивается от 25 до 32 млн. км² . Для обеспечения приемлемого уровня жизни требуется 0,5 га на одного человека. В среднем в мире этот показатель снизился с 0,3 до 0,23 га.

Постоянно со скоростью млн. га в год уменьшается площадь пастбищ, лугов, лесов, с такой же скоростью увеличивается площадь непродуктивных земель. Идет абсолютное уменьшение продуктивных ресурсов планеты.

Существуют следующие виды деградации почвы;

1. Физическая деградация почв – происходит за счет уплотнения почвы по причине прохода транспортных средств в том числе и тяжелой техники особенно по мокрой почве. 40% почв сильно уплотнено.

2. Дегумификация почвы – снижение количества гумуса. За 100 лет в черноземных зонах в среднем потеряно 25 – 30% гумуса. В почвах, не подвергавшихся воздействию человека, количество гумуса стабильно. Скорость дегумификации почв за последние 50 лет в 25 раз выше среднеисторической.

3. Эрозия почв – занимает первое место среди проблем деградации почвы. Под эрозией (лат. Erosia – разъединение) понимают многообразные процессы разрушения и сноса почвенного покрова иногда и почвообразующих пород потоками воды или ветром. В связи с этим различают водную эрозию и ветровую или дефляцию. Часто ветровую эрозию еще называют эоловой (Эол – греческий бог ветров).

Эрозия в природе всегда существовала в природе как естественный процесс, скорость которого того же порядка, что и скорость процесса почвообразования. Это так называемая естественная геологическая эрозия, которую предотвратить невозможно, но которая особого вреда не наносит. Она протекает медленно и почти незаметно.

Наряду с этим нормальным геологическим процессом, являющимся частью самой эволюции Земли, имеет место ускоренная или разрушительная эрозия, часто причиной которой является антропогенная деятельность. При такой эрозии потери компонентов почвы не компенсируются и почва частично или даже полностью теряет свое плодородие. При этом процессы разрушения почвы могут проходить в сотни и тысячи раз быстрее, чем при естественной эрозии. Толщина верхнего плодородного слоя почвы, содержащего гумус, во многих типах почв редко превышает 20 см. На его образование природа затратила не менее 2-7 тыс. лет. При ускоренной эрозии полное разрушение этого слоя может произойти за 10 – 30 лет, а нередко он смывается всего лишь за один ливень или сдувается за одну пыльную бурю.

Различают следующие виды ускоренной эрозии: водную, разновидностями которой является техническая и ирригационная эрозии, а также ветровую (дефляция) эрозии.

Самая распространенная и наиболее опасная – водная эрозия. Она выражается в разрушении почвы талыми, дождевыми и ливневыми водами. Обычно водная эрозия возникает на наклонных поверхностях. В первую очередь смываются наиболее плодородные верхние слои почвы. Благодаря такой эрозии ежегодно сносится речной водой до 24 х 10⁹ земли в год. Усилению водной эрозии способствует уничтожение лесов, разрушение дернины, неправильная обработка склонов большой крутизны. Смыв почв нередко сопровождается их размывом с образованием оврагов.

Ирригационная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии.

Снос верхних горизонтов почвы под влиянием сильных ветров (дефляция) осуществляется, как правило, в аридных зонах. При дефляции почва теряет самые мелкие частицы, с которыми выносятся важнейшие для плодородия химические вещества. Развитию ветровой эрозии способствуют уничтожение растительности на территории с недостаточной увлажненностью, неумеренный выпас скота, сильные ветры. Во время сильных бурь частицы почвы могут с больших площадей уноситься на значительные расстояния. На планете ежегодно до 500 млн. тонн пыли попадает в атмосферу. Наиболее опасными бывают «черные бури», возникающие при скорости ветра 10-12 м/c, максимальная 15-20 м./с.

Для защиты от водной и ветровой эрозий широкое применение находят пылезащитные древесные и кустарниковые насаждения из устойчивых к засухе растений, таких как орех, миндаль, фисташки, боярышник, абрикос, персик, вишня, акация и. т. д. Другой важный элемент защиты – водозадержание и усиление водопоглощения на полях, использование противоэрозийных гидротехнических сооружений, водонаправляющих и водопоглощающих сооружений.

4. Антропогенное опустынивание – снижение или разрушение биологического потенциала земли, приводящего к условиям пустыни и, как правило, связано с нерациональным использованием природных ресурсов аридных территорий. Опустыниванию подверглось 18,5% продуктивных земель мира. Главные формы деградации почв при опустынивании: ветровая, ирригационная эрозии и засоление земель. Парниковый эффект усиливает скорость антропогенного опустынивания.

5.Засоление и подтопление почв. Засоление представляет серьезную проблему для современного земледелия. Почва в нормальных условиях содержит различные соли, в том числе Na₂CO₃, МgСО₃, СаСО₃, NаSO₄ и др. Некоторые из солей и прежде всего натриевые значительно ухудшают плодородие почвы. В естественных условиях засоление почв происходит через грунтовые воды, насыщенные солями и если грунтовые воды расположены на небольшой глубине, в жарких и засушливых районах они поднимаются по почвенным капиллярам и испаряются. На поверхности почвы остаются все растворенные до этого соли.

Наибольшую опасность представляет вторичное засоление орошаемых почв. Оросительные системы в основном функционируют без гидроизоляции и в результате грунтовые воды, поднимаясь вверх, подтопляют поверхность почвы и при отсутствии естественного дренажа вызывают заболачивание и засоление. Заболачивание и вторичное засоление орошаемых земель практически приобрело повсеместный характер.

6. Химическое загрязнение почвы – является последствием усиления производственной деятельности человека. В роли основных загрязнителей почвы выступают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве. К наиболее опасным загрязнителям относят ртуть и ее соединения. Ртуть поступает в окружающую среду с ядохимикатами, отходами промышленных предприятий, содержащими металлическую ртуть и различные ее соединения.

Еще более опасный и массовый характер носит загрязнение почв свинцом. Известно, что при выплавке одной тонны свинца в окружающую среду с отходами выбрасывается его до 25 кг. Соединения свинца используются в качестве добавок к бензину, поэтому автотранспорт является серьезным источником свинцового загрязнения. Особенно много свинца в почвах вдоль крупных автострад.

При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие вещества, оседающие на поверхности почвы или поглощаемые растениями. Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу в среднем в год 1 кг свинца в виде аэрозоля. Свинец выбрасывается с выхлопными газами автомобилей, осаждается на растениях, проникает в почву, где он может оставаться довольно долго, поскольку слабо растворяется. Наблюдается ярко выраженная тенденция к росту количества свинца в тканях растений.

Вблизи крупных центров черной и цветной металлургии почвы загрязнены железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и другими металлами. Во многих местах их концентрации в десятки раз превышают ПДК.

В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют те или иные вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и их сообщества. Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли цветных и тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выводит в окружающую среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия. При производстве пластмасс и искусственных волокон образуются отходы бензола и фенола. Отходами целлюлозно-бумажной промышленности, как правило, являются фенолы, метанол, скипидар, кубовые остатки.

Стратегия земледелия за последние 30 лет строилась главным образом на непрерывном наращивании средств химизации. Это привело к обострению медико-экологической обстановке в мире. Это относится в первую очередь к воздействию пестицидов.

Пестициды (ядохимикаты) – химические препараты для защиты сельскохозяйственной продукции от различного рода вредителей. Пестициды в зависимости от объекта подразделяются на:

-гербициды – для уничтожения сорной растительности;

- инсектициды – против вредных насекомых;

- зооциды – для борьбы с грызунами;

- фунгициды – с возбудителями грибковых заболеваний;

- дефолианты – для удаления листьев;

- дефлоранты – для удаления цветков.

Открытие пестицидов – одно из важнейших достижений современной науки. Однако в результате длительного применения пестицидов в сельском хозяйстве повсеместно отмечается снижение их эффективности вследствие развития резистентных рас вредителей и распространению новых вредных организмов, естественные враги и конкуренты которых были уничтожены пестицидами. Неумеренное применение пестицидов негативно влияет на качество почвы. Необходимо создавать и применять препараты с большой скоростью деструкции.

Пестициды являются теми загрязнителями, которые сознательно вносятся человеком в окружающую среду. Пестициды поражают различные компоненты природных экосистем: уменьшают биологическую продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают численность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге представляют опасность и для самого человека. Пестициды, содержащие хлор (ДДТ, гексахлоран, диоксин и т.д) отличаются не только высокой токсичностью. Но и чрезвычайной биологической активностью и способностью накапливаться в различных звеньях пищевой цепи. Даже в ничтожных концентрациях пестициды подавляют иммунную систему организма, повышая, таким образом, его чувствительность к инфекционным заболеваниям. В более высоких концентрациях эти примеси оказывают мутагенное и канцерогенное действие на организм человека. Поэтому в некоторых странах (США, Франция, Германия) начинают уменьшать дозы применения пестицидов или полностью от них отказываться.

Загрязнение почв нередко тормозит ход почвообразовательных процессов, резко снижает урожайность, вызывает накопление вредных веществ в растениях. Из последних они прямо или косвенно попадают в организм человека. Ослабляется также самоочищающая способность почв, что повышает опасность заболеваний, вызываемых болезнетворными микроорганизмами. Например, в обычных условиях возбудители дизентерии, тифа и паратифа сохраняются 2-3 суток. В ослабленных загрязнениями почвах возбудители дизентерии опасны несколько месяцев. А тифа и паратифа – до полутора лет. Воспроизводство плодородия

С древнейших времен и до наших дней земля является основой существования человеческого общества. Как бы не менялись исторические эпохи, земля всегда была важнейшим первичным фактором производства, рождаемая ей сельскохозяйственная продукция всегда была материальной основой жизни. Она служит также пространственным базисом для размещения производительных сил и расселения людей. И в ближайшей перспективе, несмотря на колоссальные успехи научно-технического прогресса, достижения биологии, химии, генной инженерии, земельные ресурсы останутся фундаментом человеческой цивилизации.

Основой решения экологической и продовольственной проблем в аграрном секторе экономики является повышение плодородия земельных ресурсов, увеличение их продуктивности. Выделяются следующие виды плодородия: ЕСТЕСТВЕННОЕ, ИСКУССТВЕННОЕ И ЭКОНОМИЧЕСКОЕ. Естественное, природное плодородие является результатом протекающих в течение многих тысяч лет геологических, климатических, почвообразовательных процессов. От естественного плодородия, наличия в почве питательных веществ, влаги, их доступности для сельскохозяйственных растений во многом зависит выход продукции.

Реализация естественного плодородия почвы во многом зависит от самого человека, уровня агрокультуры, развития производительных сил. Использование этих факторов позволяет существенно увеличить первоначальное, природное плодородие земли. Создается дополнительное плодородие, целиком зависящее от антропогенных воздействий. Эта составляющая плодородия определяется как искусственная.

Совокупность естественного (Пе) и искусственного (Пи) плодородия образует экономическое плодородие (Пэ), которое отражает имеющиеся возможности земли продуцировать биомассу:

Пэ = Пе + Пи (6.1)

Количественно экономическое плодородие находит свое выражение в производстве сельскохозяйственной продукции на единицу площади, урожайности.

Проблемой номер один в сельском хозяйстве большинства стран мира и нашей страны стало падение естественного плодородия почв. Тип ВОСПРОИЗВОДСТВА ЕСТЕСТВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ определяет и эколого-экономический тип развития сельского хозяйства, степень его устойчивости. Можно выделить три типа его воспроизводства:

1) неполное, суженное воспроизводство естественного плодородия, или природоемкий тип ведения сельскохозяйственного производства, при котором наблюдается уменьшение естественного плодородия;

2) простое воспроизводство естественного плодородия, или природоохранный тип сельскохозяйственного производства;

3. расширенное воспроизводство естественного плодородия, или природоулучшающий тип сельскохозяйственного производства. Первый тип воспроизводства естественного плодородия соответствует техногенному типу развития аграрного сектора. Второй и третий типы воспроизводства - устойчивому развитию. Сейчас в стране и мире как в теории, так и на практике основное внимание уделяется проблеме воспроизводства экономического плодородия. Между тем имеются существенные различия в результатах и средствах воспроизводства естественного и экономического плодородия. Ориентация на воспроизводство (простое или расширенное) только экономического плодородия может привести к крайне неблагоприятным экологическим и экономическим последствиям. Об этом говорит 2О-3О-летний опыт многих районов страны. Сначала рост урожайности, а затем ее стабилизация или снижение происходили при значительном росте применения искусственных средств производства и одновременно растрате капитальных запасов почвенного плодородия, сопровождающейся деградацией земли. Таким образом, попытки компенсировать снижение естественного плодородия за счет роста искусственного плодородия малоэффективны. По мере снижения естественного плодородия, деградации агроэкосистем во многих районах результативность техники, минеральных удобрений, пестицидов становится все меньше.

По-видимому, существует объективный природный предел, порог снижения естественного плодородия, при приближении к которому вся техническая мощь человека, созданные им высокопроизводительные искусственные средства производства становятся все менее эффективными. Необходимо знать величину такого “экологического порога”, чтобы избежать негативных последствий приближения к нему (см. рис. 6.1). Сейчас, по мнению многих ученых-почвоведов, рост применения искусственных средств производства маскирует падение естественного плодородия. Например, ряд специалистов полагает, что минеральные удобрения - это вообще искусственное средство сегодняшнего дня, а не долговременное мероприятие, направленное на улучшение почвы, в связи с чем широкое применение минеральных удобрений ведет к расходу капитальных почвенных резервов и скрывает падение их природного плодородия, о чем, в частности, свидетельствует уменьшение запасов гумуса в ряде пахотных почв.

Пи

Рис. 6.1. Экономическое и естественное плодородие

Как видно на рисунке 6.1, резкий рост искусственного плодородия за счет увеличения применения минеральных удобрений, пестицидов, техники может привести к увеличению экономического плодородия (на рисунке 6.1 временной период Оto). Однако в случае продолжения тенденции падения естественного плодородия, после его снижения ниже уровня “экологического порога” (точка, соответствующая времени t1) происходит падение и экономического плодородия, несмотря на возможное резкое увеличение затрат в увеличение искусственного плодородия.

Значение простого и расширенного воспроизводства естественного плодородия в динамике для максимизации производства сельскохозяйственной продукции можно показать на примере простой модели:

max Пэ (К, t) (6.2)

Пэ(К, t) = Пе(К, t) + Пи(К, t) (6.3)

Пе(K, t) <= Пе(K, t+1) (6.4)

где К - инвестиции, t - время (t = 1... n) Формула (6.3) является модификацией соотношения (6.1) с учетом фактора времени и инвестиций.

Смысл приведенной модели является следующим: для максимизации экономического плодородия распределение инвестиций в увеличение естественного и искусственного видов плодородия должно быть таким, чтобы естественное плодородие не уменьшалось во времени. Тем самым соотношение (6.4) является важнейшим и необходимым условием УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (но не достаточным условием).

Примером взаимодействия трех видов плодородия, влияния снижения естественного плодородия на экономическое может служить ситуация в сельском хозяйстве нашей страны в 70-80-х гг. В этот период произошло резкое обострение продовольственной ситуации. Среднегодовое производство большинства видов продукции растениеводства в 8О-е и начале 9О-х гг. сократилось или стабилизировалось на уровне 7О-х гг. Характерен пример важнейшей сельскохозяйственной культуры - зерна. За одиннадцать лет в 1979-1989 гг. валовые сборы зерна не смогли превзойти урожаи 10-15-летней давности 1973 и 1978 гг. Дальнейшее падение производства зерна происходило и после 1991 г. Однако здесь эколого-экономический анализ осложняется экономическим кризисом, резким сокращением использования средств производства в сельском хозяйстве и пр. факторами.